Uma representação da planta de remoção de dióxido de carbono em grande escala da Carbon Engineering, que usará a captura direta de ar. Crédito:Carbon Engineering Ltd.
O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) afirma que limitar o aquecimento global a 1,5˚C poderia evitar os efeitos mais catastróficos das mudanças climáticas. Em seu relatório recente, ele estabeleceu quatro meios de se conseguir isso - e todos eles dependem da remoção do dióxido de carbono da atmosfera. Isso ocorre porque, mesmo se reduzirmos a maioria de nossas emissões de carbono a zero, as emissões da agricultura e das viagens aéreas seriam difíceis de eliminar completamente. E uma vez que o dióxido de carbono que já está na atmosfera pode afetar o clima por centenas a milhares de anos, o IPCC afirma que as tecnologias de remoção de dióxido de carbono (CDR) serão críticas para se livrar de 100 a 1000 gigatoneladas de CO2 neste século.
Como o dióxido de carbono pode ser removido?
Existem várias estratégias de CDR, todos em diferentes estágios de desenvolvimento, e variando em custo, benefícios e riscos. Abordagens de CDR que empregam árvores, plantas e solo para absorver carbono têm sido usados em grande escala por décadas; outras estratégias que dependem mais da tecnologia estão principalmente nos estágios de demonstração ou piloto. Cada estratégia tem prós e contras.
Florestamento e reflorestamento
Conforme as plantas e árvores crescem, eles retiram o dióxido de carbono da atmosfera e o transformam em açúcares por meio da fotossíntese. Desta maneira, As florestas dos EUA absorvem 13 por cento das emissões de carbono do país; globalmente, as florestas armazenam quase um terço das emissões mundiais.
O plantio de árvores adicionais pode remover mais carbono da atmosfera e armazená-lo por um longo tempo, além de melhorar a qualidade do solo a um custo relativamente baixo - US $ 0 a US $ 20 por tonelada de carbono. O florestamento envolve o plantio de árvores onde não existiam anteriormente; reflorestamento significa restaurar florestas onde as árvores foram danificadas ou esgotadas.
Florestamento, Contudo, poderia competir pela terra usada para a agricultura, assim como a produção de alimentos precisa aumentar 70% até 2050 para alimentar a crescente população mundial. Também pode afetar a biodiversidade e os serviços ecossistêmicos.
E embora as florestas possam sequestrar carbono por décadas, eles levam muitos anos para crescer e podem se tornar saturados em décadas a séculos. Eles também exigem uma gestão cuidadosa porque estão sujeitos a impactos humanos e naturais, como incêndios florestais, seca e infestações de pragas.
Seqüestro de carbono do solo
O carbono que as plantas absorvem da atmosfera na fotossíntese torna-se parte do solo quando morrem e se decompõem. Ele pode permanecer lá por milênios ou pode ser liberado rapidamente, dependendo das condições climáticas e de como o solo é manejado. Lavoura mínima, culturas de cobertura, a rotação de culturas e a eliminação de resíduos de culturas no campo ajudam os solos a armazenar mais carbono.
O IPCC, que considera que o sequestro de carbono do solo tem a capacidade de reduzir o CO2 ao menor custo - US $ 0 a US $ 100 por tonelada - estima que o sequestro de carbono do solo poderia remover entre 2 e 5 gigatoneladas de dióxido de carbono por ano até 2050. Em comparação, as usinas de energia do mundo liberaram 32,5 gigatoneladas de CO2 em 2017.
O sequestro de carbono do solo pode ser implantado imediatamente, e melhoraria a saúde do solo e aumentaria o rendimento das colheitas; além disso, não sobrecarregaria os recursos terrestres e hídricos. Mas embora o solo armazene grandes quantidades de carbono no início, pode ficar saturado após 10 a 100 anos, dependendo do clima, tipo de solo e como é gerido.
Bioenergia com captura e armazenamento de carbono (BECCS)
Se queimamos usinas para obter energia em uma usina elétrica e capturamos e armazenamos as emissões resultantes, o CO2 que as plantas antes absorviam é retirado da atmosfera. O CO2 pode então ser usado para recuperação aprimorada de petróleo ou injetado na terra onde é sequestrado em formações geológicas.
O IPCC estima que o BECCS poderia remover entre 0,5 e 5 gigatoneladas de carbono por ano até 2050. Para absorver carbono suficiente para manter o mundo em 2˚, Contudo, safras energéticas precisariam ser plantadas em uma área de terra até três vezes o tamanho da Índia, de acordo com uma estimativa; e quantidades ainda menores de BECCS competiriam com a terra necessária para a produção de alimentos. Um estudo concluiu que o BECCS em grande escala poderia fazer com que a cobertura florestal global caísse 10 por cento e exigir o dobro de água do que é usado atualmente para a agricultura. BECCS também pode acabar impactando a biodiversidade e os serviços ecossistêmicos, e geração de emissões de gases de efeito estufa por meio da agricultura e do uso de fertilizantes.
Neste ponto, O BECCS é caro. Agora mesmo, há apenas um projeto BECCS funcionando no mundo - uma usina de etanol em Decatur, IL que capturou e armazenou mais de 1,4 milhão de toneladas de C02. Porque existem tão poucos projetos de pesquisa e o BECCS não foi testado em grande escala, ainda está em um estágio inicial de desenvolvimento. Enquanto as estimativas de custo atuais para BECCS variam entre $ 30 e $ 400 por tonelada de CO2, estudos projetam que os custos podem cair para US $ 100 a US $ 200 por tonelada de carbono até 2050. No entanto, O BECCS é considerado uma das estratégias de remoção de dióxido de carbono mais potencialmente eficazes para fornecer armazenamento de carbono de longo prazo.
As Academias Nacionais de Ciências, Projetos de engenharia e medicina que, com o que sabemos hoje, florestamento e reflorestamento, sequestro de carbono do solo, e BECCS, juntamente com práticas de manejo florestal sustentáveis (como desbaste de florestas e queimadas prescritas) podem ser ampliadas para capturar e armazenar 1 gigatonelada de carbono por ano nos EUA e 10 gigatoneladas globalmente. Contudo, isso exigiria grandes mudanças na agricultura, gestão de resíduos florestais e de biomassa.
Mineralização de carbono
Reflorestamento no sul do Oregon. Crédito:Foto:Downtowngal
Esta estratégia explora um processo natural em que materiais reativos como peridotito ou lava basáltica se ligam quimicamente com CO2, formando minerais sólidos de carbonato, como calcário, que podem armazenar CO2 por milhões de anos. Os materiais reativos podem ser combinados com fluido contendo CO2 em estações de captura de carbono, ou o fluido pode ser bombeado para formações rochosas reativas onde ocorrem naturalmente.
Cientistas do Observatório da Terra Lamont-Doherty do Earth Institute têm trabalhado na mineralização do carbono por vários anos, e estão encontrando maneiras de acelerar a reação natural para aumentar a absorção de CO2 e armazená-lo permanentemente. David Goldberg, professor de pesquisa de Lamont e seus colegas, por exemplo, estão estudando a viabilidade de armazenar 50 milhões de toneladas ou mais de CO2 em reservatórios de basalto no noroeste do Pacífico. Mais de 20 anos, o projeto injetaria CO2 de fontes industriais, como manufatura e usinas de combustível fóssil, no basalto a 200 milhas da costa, no flanco oriental da Serra Juan de Fuca. Lá, abaixo de 2.600 metros de água e outros 200 metros de sedimentos, o reservatório de basalto contém espaços de poros que seriam preenchidos à medida que o CO2 se mineralizasse em calcário carbonático. Nesta área, o basalto reage rapidamente e a mineralização pode levar apenas dois anos ou menos. A equipe de Goldberg analisou fatores, incluindo como transportar o CO2, como isso reagiria quimicamente, e como o site pode ser monitorado ao longo do tempo.
A próxima etapa é lançar um projeto piloto lá para armazenar 10, 000 toneladas de CO2. "Um projeto piloto é fundamental para mover a bola para a frente para a mineralização de carbono offshore de basalto, por motivos técnicos e regulatórios, "disse Goldberg. Isso permitiria aos pesquisadores experimentar diferentes tipos de injeções, por exemplo, se devem ser contínuos ou intermitentes - e responder a perguntas como 'com que rapidez o espaço dos poros se enche?' que só pode ser testado no campo. Além disso, um projeto piloto é a chave para entender as implicações regulatórias da mineralização de carbono, uma vez que não existem regulamentos atualmente. O Canadá e os EUA só começariam a criar uma estrutura regulatória quando tivessem um projeto piloto. Goldberg diz que ainda está procurando financiamento para um projeto piloto, mas "Há muito interesse."
Desde 2012, CarbFix, um projeto islandês no qual Goldberg também trabalhou, vem capturando carbono e mineralizando-o na maior usina geotérmica do país administrada pela Reykjavik Energy. Enquanto a planta funciona com energia renovável geotérmica, ainda emite uma pequena quantidade de CO2; CarbFix injeta 12, 000 toneladas de CO2 anualmente no solo por US $ 30 por tonelada.
Como a mineralização de carbono aproveita os processos químicos naturais, tem o potencial de fornecer uma economia, forma não tóxica e permanente de armazenar grandes quantidades de carbono. Contudo, ainda há questões técnicas e ambientais que precisam ser respondidas - de acordo com o relatório das Academias Nacionais, a mineralização do carbono pode contaminar os recursos hídricos ou provocar terremotos.
Captura direta de ar
A captura direta de ar suga o dióxido de carbono do ar usando ventiladores para mover o ar sobre substâncias que se ligam especificamente ao dióxido de carbono. (Este conceito é baseado no trabalho de "árvore artificial" de Klaus Lackner, diretor do Centro de Emissões Negativas de Carbono da Arizona State University, que foi por muitos anos o diretor do Centro Lenfest de Energia Sustentável do Earth Institute.) A tecnologia emprega compostos em uma solução líquida ou em um revestimento sobre um sólido que capturam CO2 quando entram em contato com ele; quando posteriormente exposto a calor e reações químicas, eles liberam o CO2, que pode então ser comprimido e armazenado no subsolo. Os benefícios da captura direta de ar são que, na verdade, é uma tecnologia de emissões negativas - pode remover o carbono que já está na atmosfera, em vez de capturar novas emissões sendo geradas - e os sistemas poderiam estar localizados em quase qualquer lugar.
Em uma usina de carvão, cerca de uma em cada dez moléculas do gás de exaustão é CO2, mas o CO2 na atmosfera é menos concentrado. Apenas um em 2, 500 moléculas são CO2, portanto, o processo de remoção de CO2 é mais caro em comparação com a captura de carbono de usinas de combustível fóssil. A captura direta de ar começou em US $ 600 por tonelada de carbono; atualmente custa $ 100- $ 200 a tonelada - ainda caro, em parte porque não há incentivos econômicos (como um imposto sobre o carbono) ou benefícios ambientais secundários (como melhor qualidade do solo) para remover o CO2 do ar. Melhorar a tecnologia para que o CO2 possa ser capturado de forma mais eficiente, e / ou vender o CO2 capturado pode derrubar o preço. Três empresas - Swiss Climeworks, Engenharia Canadense de Carbono, e American Global Thermostat - estão trabalhando nisso.
A primeira planta comercial da Climeworks perto de Zurique captura 1, 000 toneladas métricas de CO2 por ano, que é usado em uma estufa para aumentar o rendimento das safras em 20 por cento. Em 2017, a empresa instalou uma unidade de captura direta de ar como demonstração na planta islandesa da Reykjavik Energy para capturar uma pequena quantidade de CO2 que é armazenada no subsolo pela CarbFix.
A Climeworks agora tem 14 instalações de captura direta de ar construídas ou em construção na Europa; sua fábrica italiana usa o CO2 capturado para fazer combustível de metano para caminhões.
Engenharia de Carbono, que ostenta Bill Gates como investidor, tem uma planta no oeste do Canadá que pode capturar um milhão de toneladas de CO2 por ano. Ele projeta que, em grande escala, poderia remover CO2 por US $ 100 a US $ 150 por tonelada. Seu objetivo é usar o CO2 para fazer combustíveis de hidrocarbonetos sintéticos neutros em carbono, o que reduziria ainda mais seu custo. A empresa afirma que uma instalação que usa este processo "Ar para Combustíveis", uma vez ampliado, poderia produzir combustível por menos de $ 1 dólar o litro.
Termostato Global, que está construindo sua primeira fábrica em Huntsville, AL, pretende baixar o preço para US $ 50 a tonelada com a venda do CO2 capturado para uma empresa de refrigerantes. A empresa construiria pequenas "fábricas de captura" nas instalações da fabricante de refrigerantes, reduzindo assim os custos de energia e transporte.
Um estudo projetou que a captura direta de ar poderia sugar de 0,5 a 5 gigatoneladas de CO2 por ano até 2050 com possivelmente 40 gigatoneladas em 2100. No entanto, a captura direta de ar em grande escala pode eventualmente ter impactos ambientais decorrentes da extração, refino, transporte e destinação de resíduos dos minerais que captam as emissões de carbono.
Embora a captura direta de ar tenha grande potencial para a remoção de dióxido de carbono, ainda está em um estágio inicial de desenvolvimento. Felizmente, está obtendo algum apoio do Congresso na forma da FUTURE Act (a captura de carbono promovida, Utilização, Tecnologia, Armazenamento subterrâneo, e Lei de Emissões Reduzidas). A lei dobra os créditos fiscais para capturar e armazenar permanentemente dióxido de carbono em formações geológicas e usá-lo para melhorar a recuperação de petróleo; para empresas que convertem carbono em outros produtos, como cimento, produtos químicos, plásticos e combustíveis; e fornece um crédito fiscal de US $ 35 por tonelada de CO2 por meio de captura direta de ar.
Intemperismo aprimorado
As rochas e o solo são afetados pela reação com o CO2 no ar ou na chuva ácida, que ocorre naturalmente quando o CO2 do ar se dissolve na água da chuva. As rochas se quebram, criando bicarbonato, um sumidouro de carbono, que é eventualmente transportado para o oceano, onde é armazenado. Intemperismo aprimorado acelera este processo espalhando rocha pulverizada, como basalto ou olivina, em terras agrícolas ou no oceano. Pode ser esmagado e espalhado em campos e praias, e até mesmo usado para caminhos e playgrounds.
Reflorestamento no sul do Oregon. Crédito:Foto:Downtowngal
Intemperismo aprimorado pode melhorar a qualidade do solo, e conforme o bicarbonato alcalino vai para o oceano, poderia ajudar a neutralizar a acidificação dos oceanos. Mas também pode alterar potencialmente o pH do solo e as propriedades químicas, e afetam os ecossistemas e as águas subterrâneas. Mineração, moer e transportar a rocha seria caro, requerem muita energia e produzem emissões de carbono adicionais, bem como poluição do ar. Devido às muitas variáveis e ao fato de que a maioria das avaliações de intemperismo aprimorado não foram testadas no campo, as estimativas de custo variam amplamente.
Alcalinização do oceano, considerado um tipo de intemperismo aprimorado, envolve a adição de minerais alcalinos, como a olivina, para a superfície do oceano para aumentar a absorção de CO2 e neutralizar a acidificação do oceano. Um estudo estimou que esta estratégia poderia sequestrar entre 100 toneladas métricas a 10 gigatoneladas de CO2 por ano, para custos que variam de $ 14 a mais de $ 500 a tonelada. Seus impactos ecológicos, Contudo, são desconhecidos.
Fertilização oceânica
A fertilização do oceano adicionaria nutrientes, frequentemente ferro, para o oceano para estimular a proliferação de algas, que absorveria mais CO2 por meio da fotossíntese. Contudo, ao estimular o crescimento do fitoplâncton - a base da cadeia alimentar - a fertilização dos oceanos pode afetar a produtividade alimentar local e regional. A proliferação de grandes algas também pode causar eutrofização e resultar em zonas mortas sem oxigênio. Além de seus possíveis impactos no ecossistema, também tem menos potencial para sequestrar carbono a longo prazo.
Carbono azul costeiro
Pântanos salgados, manguezais, as ervas marinhas e outras plantas nos pântanos das marés são responsáveis por mais da metade do carbono sequestrado no oceano e nos ecossistemas costeiros. Esse carbono azul pode ser armazenado por milênios nas plantas e nos sedimentos. Contudo, pântanos estão sendo destruídos pelo escoamento e poluição, seca e desenvolvimento costeiro - uma área de ervas marinhas do tamanho de um campo de futebol é perdida a cada meia hora. Restaurar e criar zonas úmidas e gerenciá-las melhor pode potencialmente dobrar seu armazenamento de carbono. Pântanos saudáveis também fornecem proteção contra tempestades, melhorar a qualidade da água e apoiar a vida marinha.
Existem poucas estimativas do potencial de remoção de carbono do carbono azul, mas os custos seriam baixos a zero.
E algumas ideias para o futuro
Y Combinator, uma organização que financia startups promissoras, fez um apelo para qualquer trabalho em novos tipos de tecnologias de remoção de dióxido de carbono, nenhum dos quais ainda foi testado fora de um laboratório. Especificamente, eles estão procurando projetos em quatro áreas:
O que é necessário para avançar na remoção de dióxido de carbono?
Cada tecnologia de CDR é viável em algum nível, mas tem incertezas sobre o custo, tecnologia, a velocidade de implementação possível, ou impactos ambientais. É claro que ninguém oferece a solução definitiva para as mudanças climáticas.
"A remoção de dióxido de carbono por si só não pode fazer isso, "disse Kate Gordon, bolsista do Columbia Center on Global Energy Policy. "Se há algo que o relatório do IPCC realmente destaca é que precisamos de um portfólio - precisamos reduzir as emissões drasticamente, precisamos criar mais opções de energia renovável para substituir os combustíveis fósseis, precisamos eletrificar muitas coisas que atualmente funcionam com petróleo e, em seguida, precisamos fazer uma quantidade enorme de remoção de carbono. "No curto prazo, ela gostaria de ver mais implantação e aumento de estratégias testadas e comprovadas, como o plantio de árvores e práticas agrícolas mais sustentáveis.
Na verdade, um novo estudo acabou de determinar que o plantio de árvores e a melhoria do manejo das pastagens, terras agrícolas e pântanos podem sequestrar 21 por cento das emissões anuais de gases de efeito estufa dos EUA a um custo relativamente baixo.
O desenvolvimento de outras estratégias de remoção de dióxido de carbono exigirá quantias substanciais de dinheiro.
"A comunidade de filantropia climática realmente precisa reconhecer isso como parte da solução climática - é muito importante que [CDR] se torne parte desse portfólio, "disse Gordon." Também precisamos de um orçamento federal de P&D bastante significativo dedicado a essas estratégias para que possamos começar a melhorar a tecnologia e ter uma melhor compreensão de quanto custa para fazer cada uma dessas coisas, quão eficazes são e quão seguros são. "
O estabelecimento de um incentivo financeiro para remover o carbono, como um imposto sobre o carbono ou penalidades pela emissão de carbono, também ajudaria.
“Esta é a próxima fronteira da energia, conversa sobre clima e tecnologia, ", disse Gordon." Precisamos estar à frente disso se quisermos permanecer competitivos - se quisermos continuar a ter a maior parte da energia limpa do mundo e patentes de energia avançada ... Caso contrário, compraremos de outra pessoa, porque alguém vai fazer isso. "
Esta história é republicada por cortesia do Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu. O artigo original está aqui.
