Una nueva tecnología electroquímica podría desacidificar los océanos e incluso eliminar el dióxido de carbono en el proceso

Para combatir los efectos catastróficos del calentamiento global, debemos acelerar los esfuerzos de reducción de las emisiones de carbono y ampliar rápidamente las estrategias para eliminar el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera y los océanos. Las tecnologías para reducir nuestras emisiones de carbono están maduras; las destinadas a eliminar el carbono del medio ambiente no lo están, y necesitan un sólido apoyo de los gobiernos y del sector privado.

Sólo el 45 por ciento de las emisiones de dióxido de carbono permanecen en la atmósfera; el resto se absorbe a través de dos ciclos: 1) el ciclo biológico del carbono, que almacena el CO2 en la materia vegetal y los suelos, y 2) el ciclo acuoso del carbono, que absorbe el CO2 de la atmósfera y lo lleva a los océanos. Cada uno de estos ciclos representa el 25 por ciento y el 30 por ciento del CO2 emitido, respectivamente.

El CO2 que se disuelve en los océanos reacciona para formar sustancias químicas que aumentan la acidez de los océanos. La disolución de minerales de las rocas a lo largo de las costas actúa para contrarrestar esta acidez, en un proceso llamado erosión geológica, pero el aumento extremo en la tasa y el volumen de emisiones de CO2, especialmente durante los últimos 60 años, ha superado con creces la tasa de erosión geológica, lo que ha provocado un aumento del 30 por ciento en la acidez de los océanos.

A medida que los océanos se acidifiquen, millones de especies marinas y ecosistemas enteros (especialmente los arrecifes de coral) no podrán adaptarse.

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Estamos saturando los sistemas naturales de reequilibrio de la Tierra y dañando sus ecosistemas en el proceso. Nuestro trabajo reciente en la Universidad McMaster y la Universidad de Toronto, con el apoyo de la Iniciativa Carbon to Sea, ha intentado abordar estos desafíos.

El desafío que tenemos por delante

La buena noticia es que es posible reequilibrar el pH de los océanos mediante un proceso denominado mejora de la alcalinidad oceánica (OAE). Además, este reequilibrio también favorecerá la absorción de CO2 adicional de la atmósfera. Si se restaura de forma cuidadosa y continua la alcalinidad del océano, se puede hacer frente simultáneamente a la acidificación oceánica y a las concentraciones excesivas de CO2 atmosférico.

El método más obvio sería añadir minerales alcalinos finamente molidos al océano para reducir directamente la acidez del agua. Sin embargo, la escala masiva a la que se tendrían que llevar a cabo estos procesos es asombrosa.

Por ejemplo, calculamos que, a partir de mediados de siglo, sería necesario añadir a los océanos cada año una masa equivalente a la de unos ocho mil edificios del Empire State, en sustancias alcalinas, para cumplir los objetivos de emisiones del IPCC. Es evidente que esta técnica no puede ser la única solución.

Creemos que una estrategia electroquímica que funcione con energía descarbonizada es una de las mejores formas de combatir la acidificación de los océanos. Mediante un proceso llamado electrodiálisis de membrana bipolar (BMED), se elimina la acidez del agua de mar directamente sin la adición de otras sustancias. Esta tecnología solo requiere agua de mar, electricidad y membranas especializadas.

La simplicidad y modularidad inherentes a la tecnología BMED permiten un método flexible, escalable y potencialmente rentable de eliminación de dióxido de carbono.

Construyendo a escala

En 2015, con un equipo de investigadores del Centro de Investigación de Palo Alto y de X Development, construimos y probamos un sistema BMED a pequeña escala. Este sistema funcionó bien y es muy prometedor cuando se combina con instalaciones existentes, como plantas de desalinización.

Identificamos sus principales limitaciones tecnológicas, pero entre 2015 y 2017, los créditos de carbono y los incentivos para tecnologías de cambio climático fueron insuficientes y el proyecto quedó archivado. Ahora, el clima económico y físico ha cambiado.

En el frente económico, tanto los créditos fiscales que ofrece la Ley de Reducción de la Inflación (IRA, por sus siglas en inglés) en los Estados Unidos como el impuesto al carbono, que no afecta a los ingresos y que aumenta constantemente en Canadá, están fortaleciendo la viabilidad económica de las tecnologías de reducción del dióxido de carbono. Además, los recientes fenómenos climáticos extremos del año pasado, desde los enormes incendios forestales en Canadá hasta los meses más cálidos registrados y las temperaturas del mar más cálidas jamás medidas, están conmocionando a la gente ante las crudas realidades del cambio climático y aumentando la demanda de soluciones reales. La tecnología BMED es una de esas soluciones.

La tecnología BMED está limitada en parte por las membranas especializadas que se encuentran disponibles comercialmente. Además, estas membranas representan una parte significativa (alrededor del 30 por ciento) del costo de capital y tienen una vida útil corta, ya que son susceptibles a la degradación.

Nuestro trabajo tiene como objetivo desarrollar membranas ultradelgadas escalables para su uso en un proceso BMED modificado, al tiempo que identificamos condiciones operativas eficientes, acoplamientos industriales óptimos y ubicaciones globales ideales para implementar de manera rentable esta tecnología OAE en todo el mundo.

Las membranas ultrafinas extraerán la acidez de manera más eficiente que las membranas comerciales existentes, mientras que su técnica de fabricación y uso óptimo reducirán drásticamente sus costos de producción y operación.

El desarrollo de sistemas BMED rentables abrirá un camino hacia una OAE económicamente viable.

Cauto optimismo

Recientemente, se han formado varias empresas emergentes, como Ebb Carbon, SeaO2 y Vesta, que se centran en la eliminación del dióxido de carbono del océano a través de la OAE.

Fomentamos la comunicación abierta sobre el progreso y los desafíos que enfrenta la OAE con el público, las instituciones de investigación, los gobiernos y el sector privado para acelerar las soluciones a los desafíos de la OAE.

En particular, debemos evaluar el impacto del reajuste de la alcalinidad del agua de mar en los ecosistemas marinos y, al mismo tiempo, desarrollar e implementar sistemas confiables para medir, informar y verificar la cantidad neta de acidez y carbono eliminado.

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Además de esto, también debemos identificar lugares óptimos para el despliegue a gran escala donde las OAE puedan implementarse de manera segura y eficaz.

Varios grupos financiados por la Iniciativa Carbon to Sea están investigando estas consideraciones, pero se necesita mucho más apoyo para evaluar y ampliar rápidamente esta tecnología.

Para superar los desafíos tecnológicos y las incertidumbres ambientales, el apoyo gubernamental, industrial, de organizaciones sin fines de lucro y de capital de riesgo debe ser masivo y estar dedicado a validar de manera cuidadosa y responsable la implementación a gran escala de las tecnologías OAE en todo el mundo.