Convierten el CO2 en roca inyectándolo en el basalto subterráneo

Científicos e ingenieros que trabajan en una planta de energía en Islandia han demostrado por primera vez que las emisiones de dióxido de carbono pueden ser bombeadas a la tierra y convertirse químicamente en un sólido en cuestión de meses -radicalmente más rápido de lo que nadie había predicho.

El hallazgo podría ayudar a abordar el temor que hasta el momento ha acompañado a la idea de capturar y almacenar CO2 bajo tierra: que las emisiones podrían filtrarse de nuevo al aire o incluso explotar. Un estudio que describe el método aparece esta semana en la revista Science.

La planta de energía Hellisheidi es la instalación geotérmica más grande del mundo; ella y una planta que la acompaña proporcionan la energía de la capital de Islandia, Reykjavik, además de energía para la industria, mediante el bombeo de agua calentada volcánicamente para mover turbinas. Pero el proceso no es completamente limpio; también mueve gases volcánicos, como el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno, de olor desagradable.

En virtud de un proyecto piloto llamado Carbfix, iniciado en 2012, la planta comenzó a mezclar los gases con el agua bombeada desde abajo y a reinyectar la solución en el basalto volcánico que hay por debajo. En la naturaleza, cuando el basalto se expone a dióxido de carbono y agua, se producen una serie de reacciones químicas naturales, y el carbono precipita en un mineral de color blanquecino, de tiza.

Pero nadie sabía lo rápido que esto podría ocurrir si el proceso se aprovechaba para el almacenamiento de carbono. Estudios previos han estimado que en la mayoría de las rocas, se necesitarían cientos o incluso miles de años. En el basalto que hay debajo de Hellisheidi, el 95 por ciento del carbono inyectado se solidificó en menos de dos años.

El coautor del estudio Martin Stute, hidrólogo del Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty, de la Universidad de Columbia (Nueva York, EE.UU.), explica en una nota de prensa: "En el futuro, podríamos pensar en utilizar esto para centrales eléctricas en lugares donde hay una gran cantidad de basalto -y hay muchos lugares así." Básicamente, todos los fondos marinos del mundo están hechos de esa roca negruzca y porosa, al igual que alrededor del 10 por ciento de las rocas continentales.

Captura de carbono

La idea de capturar carbono lleva años rondando a los científicos, pero hasta ahora, los proyectos han hecho pocos progresos. Se ha intentado en sólo un puñado de sitios, y la mayoría de los experimentos han consistido en bombear dióxido de carbono puro en piedra arenisca, o en acuíferos salados y profundos. Aquí, se espera que la presión y las capas sólidas de roca que hay por encima sellen el residuo.

Sin embargo, a los científicos les preocupa que cualquier error de cálculo pueda dar lugar a que las emisiones hagan su camino de vuelta a través de fracturas, o que los terremotos naturales o los temblores provocados por la inyección en sí puedan romper depósitos subterráneos.

Una central eléctrica de carbón en Saskatchewan (Canadá) ha estado plagada de problemas técnicos: el dióxido de carbono capturado está siendo enviado a los productores de petróleo, que lo inyectan en pozos debilitados para presionar más al petróleo, produciendo más dióxido de carbono cuando se quema.

En 2007 el operador de Hellisheidi, Reykjavik Energy, se unió a un consorcio que incluye a la Universidad Columbia y a las universidades de Copenhague (Dinamarca) y de Islandia para deshacerse de sus emisiones de CO2, junto con el sulfuro de hidrógeno, que estaban asolando la zona.

La planta produce 40.000 toneladas de CO2 al año, sólo el 5 por ciento de las emisiones de una central térmica de carbón equivalente, pero todavía es una cifra considerable. Los experimentos de laboratorio mostraron que, a diferencia de las rocas sedimentarias que la mayor parte de otros proyectos han utilizado para la inyección, el basalto local contiene mucho calcio, hierro y magnesio, que son necesarios para precipitar el carbono.

Los experimentos mostraron que también había que añadir grandes cantidades de agua para provocar la reacción: otra diferencia con proyectos anteriores, que sólo bombeaban dióxido de carbono puro.

En un experimento piloto en 2012-2013, el equipo virtió 250 toneladas de CO2 mezcladas con agua y sulfuro de hidrógeno a 400-800 metros bajo tierra, y monitorizó la química de la formación a través de una serie de pozos. Los rápidos cambios de las composiciones de los isótopos de carbono en muestras de agua, publicados inicialmente en 2014, señalaron que gran parte del carbono se había mineralizado en cuestión de meses. El nuevo artículo de Science expone la evidencia de forma concluyente.

El equipo esperaba que el proceso durara entre 8 y 12 años, que ya era mucho más rápido de lo que se preveía hasta entonces (cientos o miles de años); pero acabó durando menos de dos años.

En 2014 Reyjavik Energía inició la inyección de dióxido de carbono a razón de 5.000 toneladas por año. El seguimiento continuo indica que la mineralización ha mantenido el ritmo. Este verano, la compañía planea duplicar la velocidad de inyección.

Aplicaciones

Compañías de energía geotérmica de todo el mundo han mostrado interés en la tecnología. Pero los investigadores desean que también se apunten las plantas de combustibles fósiles, las fundiciones y otras industrias pesadas, que producen muchas más emisiones.

Aparte del basalto, el mayor escollo es que se necesitan 25 toneladas de agua por cada tonelada de CO2. En muchos lugares se podría usar el agua de mar. Un estudio de Columbia de 2010 apunta que los fondos marinos basálticos de las costas de Estados Unidos podrían ser utilizados para capturar las emisiones.

La separación y la inyección de CO2 en la mayoría de los proyectos se ha estimado que costaría unos 130 dólares por una tonelada. La operación Hellisheidi tiene la ventaja de que utiliza en gran medida la infraestructura existente de la planta para reinyectar la solución, y no necesita purificar el CO2, por lo que solo les cuesta 30 dólares por tonelada.

Las centrales térmicas podrían no ser capaces de hacerlo tan barato, o de no hacerlo en absoluto, sin abundancia de agua. Además, según otro estudio reciente, ciertos microbios subterráneos podrían transformar los minerales de carbono en metano, un gas de efecto invernadero aún más potente que el dióxido de carbono. Tales microbios se piensa que existen solamente en el fondo del océano profundo, pero los investigadores los encontraron en un manantial de California. Los microbiólogos del Instituto de Física Planetaria de París ya han comenzado a estudiar los microbios subterráneos de Carbfix para investigar cómo podrían interactuar con el carbono inyectado.

Otras compañías están buscando formas innovadoras de utilizar las emisiones de carbono de las centrales eléctricas. Los proyectos incluyen uno respaldado por Exxon para construir pilas de combustible que convierten el CO2 en energía, y una iniciativa de Ford para convertir las emisiones en espumas sólidas para construir los interiores de los vehículos. En un proyecto en Omán, otro grupo de Columbia está estudiando el bombeo de las emisiones en un tipo diferente de roca, la peridotita, que puede reaccionar aún más rápidamente con el CO2.

Referencia bibliográfica:
Juerg M. Matter, et al. Rapid carbon mineralization for permanent disposal of anthropogenic carbon dioxide emissions Science (2016). DOI: 10.1126/science.aad8132.