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Comprender la bioenergía con la captura y el almacenamiento de carbono
Bioenergía con la captura y almacenamiento de carbono, comúnmente abreviado como BECCS, representa una de las vías más convincentes técnicamente para lograr emisiones de dióxido de carbono neta negativa. A diferencia de las fuentes de energía renovables convencionales que simplemente evitan las emisiones, BECCS elimina activamente el dióxido de carbono de la atmósfera combinando la producción de energía biomasa con la secuestro de carbono geológico.
La premisa fundamental de BECCS es el ciclo biológico del carbono. Las materias primas de biomasa, como cultivos energéticos cultivados por propósito, residuos forestales, residuos agrícolas y algas absorben CO2 atmosférico a través de la fotosíntesis durante su fase de crecimiento. Cuando esa biomasa se combustúa para el calor o la energía, o se convierte en biocombustibles líquidos, el carbono fijado originalmente por las plantas se libera simultáneamente.
La urgencia de desplegar tecnologías de emisiones negativas se ha intensificado a medida que las trayectorias mundiales de emisiones siguen superando las proyecciones anteriores. El Grupo Intergubernamental sobre el Cambio Climático ha indicado constantemente que prácticamente todos los escenarios compatibles con los objetivos de temperatura del Acuerdo de París requieren un despliegue a gran escala de enfoques de eliminación de dióxido de carbono a mediados del siglo.
Cómo funciona BECCS: Una vista de sistemas
Biomasa de producción y cadenas de suministro de materias primas
El rendimiento de cualquier sistema BECCS comienza con la sostenibilidad y disponibilidad de materias primas de biomasa. Las hierbas perennes cultivadas con fines tales como las transmisiones y el malcántrico ofrecen altos rendimientos por hectárea, requisitos de insumos relativamente bajos, y la capacidad de crecer en tierras agrícolas marginales que son menos adecuadas para la producción de alimentos.
La contabilidad de carbono para BECCS depende fundamentalmente de las emisiones de ciclo de vida del material alimentario. La producción, la recolección, la recolección, el procesamiento y el transporte de biomasa consumen energía, a menudo de fuentes fósiles, que deben ser restringidas de la eliminación de carbono bruto. Para BECCS para lograr emisiones netas genuinas, toda la cadena de suministro debe ser descarbonizada.
Conversion Technologies
La biomasa puede convertirse en energía útil a través de varias vías, cada una con diferentes implicaciones para la captura de carbono. La combustión en una planta de energía de biomasa dedicada o en una planta de carbón que co-incendios biomasa es el enfoque más maduro. El gas de la combustión normalmente contiene 3-15% CO2 por volumen, dependiendo del contenido de humedad y las condiciones de combustión de combustible.
La gasificación ofrece una vía de conversión alternativa mediante la biomasa de calentamiento en un ambiente de oxígeno controlado para producir singas, una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno. Los singas se pueden combustión en una turbina o motor para la generación de energía, o más procesados a través de la síntesis de Fischer-Tropsch para producir combustibles líquidos como diesel y combustible jet.
La digestión anaeróbica de materias primas de biomasa húmedas como el estiércol, los residuos de alimentos y los lodos de aguas residuales produce biogás, una mezcla de metano y CO2. La mejora de los biogás a gas natural renovable de calidad de tuberías implica la eliminación del CO2, que entonces está disponible para la compresión y almacenamiento. Esta vía es particularmente atractiva porque aborda los retos de gestión de residuos al producir un portador de energía almacenado.
Infraestructura de Captura, Transporte y Almacenamiento
Una vez que CO2 se separe del proceso de conversión de energía, debe ser comprimido a un estado denso-fase, normalmente a presiones superiores a 73 bar, y transportado a través de tuberías, nave, camión o ferrocarril a un sitio de almacenamiento adecuado. El transporte de tuberías es la opción más rentable para grandes volúmenes a lo largo de distancias hasta varios cientos de kilómetros, y extensas redes de tuberías CO2 ya existen en regiones con operaciones de recuperación de petróleo.
El almacenamiento geológico de CO2 implica inyectarlo en formaciones subterráneas profundas como depósitos de petróleo y gas agotados, acuíferos salinos profundos o costuras de carbón inminables. Estas formaciones tienen espacios poros que pueden atrapar CO2 a través de una combinación de mecanismos de almacenamiento geométricos, residuales y de almacenamiento de minerales.
El potencial de mitigación climática de BECCS
El sexto informe de evaluación del Grupo Intergubernamental sobre Cambio Climático reafirma que limitar el calentamiento global a 1,5°C sin sobresueldo o limitado requiere emisiones netas de CO2 para alcanzar cero neto alrededor de 2050, seguido de emisiones negativas netas después. BECCS es la tecnología dominante de emisiones negativas en la mayoría de los escenarios evaluados por el IPCC, con niveles de implementación mediana alcanzando 10-15 gigatonnes de eliminación de CO2 anualmente por 2100.
La distribución regional de los posibles COS varía ampliamente basada en la disponibilidad de recursos biológicos, la capacidad de almacenamiento geológico, la infraestructura energética existente y el apoyo a las políticas. Los Estados Unidos tienen abundantes recursos de biomasa de la agricultura y la silvicultura, una amplia capacidad de almacenamiento conocida en los acuíferos salinos y campos de petróleo agotados, y un marco normativo creciente mediante el crédito fiscal de 45 Q y la Ley de reducción de sedimentos de la inflación.
La eficacia del clima de BECCS también depende del plazo considerado. Debido a que el crecimiento de la biomasa toma tiempo para reabsorber el carbono que se combustía y almacenaba, el beneficio neto del clima depende de la tasa de crecimiento de la biomasa y la permanencia del almacenamiento. Los cultivos anuales de rápido crecimiento ofrecen una absorción rápida de carbono, pero requieren una gestión intensiva y pueden tener mayores emisiones de ciclo de vida.
Dimensiones económicas y sociales
Trayectorias de Costos y Competitividad
El costo de la BCE varía según el material alimentario, la vía de conversión, la tecnología de captura, la distancia de transporte y el tipo de almacenamiento. Estimaciones actuales de la Agencia Internacional de Energía y otros analistas colocan el costo de la generación de energía de BCE entre $80 y $200 por tonelada de CO2 eliminado, con una combinación de biomasa dedicada a la captura de post-combustión
El valor de los créditos de eliminación de carbono se ha convertido en un factor crítico en la economía de proyectos de BECCS. El mercado voluntario de carbono, que permite a las empresas compensar sus emisiones residuales comprando créditos de proyectos de eliminación verificados, se ha expandido rápidamente y se prevé que alcanzará 50 mil millones de dólares anuales para 2030. Los proyectos de BECCS que pueden demostrar una eliminación duradera, adicional y verificable de carbono pueden controlar precios premium, en particular los compradores que buscan metodologías de alta calidad de los recuentos de los compromisos de la cadena de alta calidad.
Comercio y seguridad alimentaria de uso terrestre
La huella de la tierra de BECCS en escalas climáticas es sustancial. Estudios de modelado sugieren que lograr 5-10 gigatonnes de eliminación anual de CO2 a través de BECCS requeriría 300 a 800 millones de hectáreas de terreno para cultivos energéticos dedicados, un área equivalente al 15-60% de los cultivos mundiales actuales. Comparación de las demandas de producción de alimentos, conservación de la biodiversidad, desarrollo urbano y otros servicios de ecosistemas hace que la asignación de tales áreas de tierras grandes sean altamente complejos.
Las estrategias para mitigar los conflictos por uso de la tierra incluyen centrarse en tierras marginales y degradadas que no son adecuadas para la producción de alimentos, integrar la producción de biomasa en los sistemas agrícolas existentes mediante cultivos agroforestales y cobertura, y priorizar los residuos y las materias primas de residuos que evitan el uso específico de la tierra.
Participación comunitaria y licencia social
Los proyectos BECCS, como toda la infraestructura energética grande, requieren licencia social para operar. Las comunidades cercanas a las instalaciones de biomasa propuestas, las rutas de tuberías y los sitios de inyección tienen preocupaciones legítimas sobre impactos ambientales locales, valores de propiedad, riesgos de seguridad y distribución de beneficios económicos. Los procesos de compromiso transparentes que proporcionan oportunidades significativas para la entrada comunitaria y la influencia sobre el diseño de proyectos son esenciales para crear confianza y evitar proyectos de participación masiva.
Las comunidades indígenas y los propietarios rurales pueden tener preocupaciones particulares sobre las actividades en sus territorios tradicionales o afectarlos. El consentimiento libre, previo e informado es una norma internacional emergente que debe orientar la colaboración con los pueblos indígenas. Para que BECCS pueda alcanzar su potencial como solución climática, debe desarrollarse de maneras que respeten y permitan a las comunidades locales en lugar de extraer el valor de ellos.
Innovaciones tecnológicas y enfoques de próxima generación
Los sistemas de primera generación de BECCS basados en el escruciamiento de minas de gas post-combustión se prueban técnicamente, pero enfrentan desafíos persistentes relacionados con el coste, la eficiencia energética y la degradación de solventes.Una ola de innovación está abordando estas limitaciones mediante avances en la ciencia de materiales, ingeniería de procesos y estrategias de integración.
La integración de BECCS con otros procesos industriales ofrece vías para mejorar la eficiencia del sistema global y crear la diversificación de los ingresos. Los sistemas de calor y energía combinados que suministran las redes de calefacción de distrito pueden reducir el costo neto de captura mediante el desplazamiento de las fuentes de calor fósiles. Los COC integrados con fábricas de pulpa y papel, plantas de cemento y instalaciones de acero pueden utilizar CO2 capturados para la fabricación in situ de productos químicos, COF y materiales de construcción.
Más allá de los COC convencionales, se están desarrollando nuevos enfoques que combinan la bioenergía, la captura de carbono y la captura directa de aire en sistemas integrados. La bioenergía con captura y almacenamiento aéreo directo, o BEDACS, utiliza el calor y la energía de la combustión de biomasa para impulsar un proceso de captura de aire directo que elimina el CO2 de la atmósfera ambiental, duplicando eficazmente la eliminación de carbono por unidad de biomas.
Marco de políticas y mecanismos de mercado
El despliegue de BECCS a escala requiere marcos normativos que reconozcan y retribuyan emisiones negativas. Las políticas tradicionales de energía renovable que incentivan la generación libre de emisiones no diferencian entre la energía que simplemente evita las emisiones y la energía que produce emisiones negativas. Un precio en carbono, ya sea a través de un impuesto al carbono o un sistema de comercio de emisiones, debe aplicarse idealmente a las emisiones de CO2 biógenas y proporcionar un crédito para la eliminación neta.
El papel de los mercados internacionales de carbono, gobernados por el artículo 6 del Acuerdo de París, es particularmente importante para el BECCS porque permite proyectos en países con abundante biomasa y capacidad de almacenamiento para generar créditos que puedan utilizarse para las contribuciones nacionales determinadas de otros países. Esto crea un mecanismo para financiar proyectos BECCS en países en desarrollo donde el entorno de política interna no pueda todavía apoyar la tecnología.
La iniciativa de almacenamiento de carbono Negative Shot del Departamento de Energía de los Estados Unidos, que apunta a costos de eliminación de carbono por debajo de los 100 dólares por tonelada para 2035, ha destinado fondos sustanciales para la investigación, desarrollo y demostración de BECCS. El Reino Unido recibe el consentimiento de planificación para el proyecto Drax BECCS y el desarrollo del Cluster de la Costa Este
Environmental Integrity and Sustainability Safeguards
La sostenibilidad de BECCS se extiende más allá de la contabilidad del carbono para abarcar el uso del agua, la calidad del aire, la biodiversidad y la salud de los ecosistemas. La producción de biomasa dedicada para la energía requiere agua para el riego en muchas regiones, compitiendo con otras necesidades en áreas con agua.
Los efectos de la biodiversidad de BECCS son particularmente difíciles de generalizar porque dependen del contexto específico del uso de la tierra. Convertir ecosistemas naturales como bosques, pastizales y turberas a plantaciones monocultivas de cultivos energéticos tendrían graves impactos negativos en la biodiversidad que no podrían justificarse por los beneficios del clima.
El control de la seguridad de los fondos de almacenamiento geológico es una dimensión crítica de la integridad ambiental de BECCS. El CO2 inyectado en formaciones geológicas adecuadas está atrapado por múltiples mecanismos físicos y químicos que se vuelven más seguros con el tiempo. La disolución en el agua de formación crea una brisa estable y densa que se hunde al fondo del embalse.
El papel futuro de los BECCS en la cartera global Net-Zero
La integración de las COCCS en una estrategia integral de almacenamiento neto debe guiarse por el principio de descarbonización universal primero, con la eliminación de carbono utilizada para abordar las emisiones residuales de sectores difíciles de alcanzar y reducir el legado histórico del exceso de CO2. La dependencia de las CO2 como sustituto de las reducciones de las emisiones profundas en los sectores de energía, transporte, industrial y edificios sería, en última instancia, suboptimal de los costos.
La diversidad tecnológica es un principio importante de gestión de riesgos para la eliminación de carbono. BECCS no es una bala de plata, ni tampoco debe ser esperado. La captura de aire directa con almacenamiento geológico, el clima mejorado, el mejoramiento de la alcalinidad marina, el biocarril y el secuestro del carbono del suelo son enfoques complementarios con diferentes estructuras de costos, beneficios co-, perfiles de riesgo y características de aceptación pública.
La trayectoria del despliegue de BECCS durante las próximas décadas dependerá de las opciones de política, las decisiones de inversión y la aceptación social tanto como de la innovación técnica. Los primeros proyectos se están moviendo en países con entornos de políticas favorables y dotaciones de recursos favorables, pero el ritmo debe acelerarse drásticamente para cumplir los niveles de implementación previstos en escenarios climáticos.
La conversación social más amplia sobre BECCS debe basarse en la transparencia sobre sus limitaciones, compensaciones e incertidumbres. Las afirmaciones exageradas sobre el potencial de BECCS pueden crear un peligro moral si fomentan la complacencia en las reducciones de las emisiones, mientras que las evaluaciones excesivamente pesimistas pueden desalentar la inversión en una tecnología que pueda resultar necesaria para la estabilización del clima.