La mineralización del carbono es un proceso que acelera la reacción entre el dióxido de carbono (CO2) y determinados minerales, eliminando el CO2 de la atmósfera y almacenándolo de forma permanente.
Este proceso se produce de forma natural a lo largo de cientos o miles de años, pero puede acelerarse de numerosas maneras para eliminar grandes cantidades de CO2 atmosférico en las próximas décadas.
La mineralización del carbono tiene un potencial significativo para eliminar CO2 de la atmósfera, pero todavía no se ha implementado ampliamente.
Sin embargo, se necesita más investigación para comprender los impactos ambientales y sociales de la mineralización del carbono.
La mineralización del carbono es un enfoque de eliminación de dióxido de carbono (CDR) que está empezando a suscitar interés a medida que el mundo busca prevenir algunos de los peores impactos del cambio climático. Acelera las reacciones entre el dióxido de carbono (CO2) y determinados minerales, eliminando el CO2 de la atmósfera y almacenándolo de forma permanente. Aunque este proceso se produce de forma natural a lo largo de cientos o miles de años, la mineralización del carbono puede acelerarse de numerosas maneras para eliminar grandes cantidades de CO2 atmosférico en las próximas décadas.
A medida que las temperaturas globales siguen aumentando, las emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente el CO2, deben reducirse drásticamente para limitar el calentamiento global a 1.5 grados C (2.7 grados F), tal como se establece en el Acuerdo de París sobre el cambio climático. Existe un consenso científico de que, junto con reducciones profundas de las emisiones, alcanzar estos objetivos también exigirá eliminar el CO2 ya presente en la atmósfera. Aunque las reducciones profundas de emisiones deben seguir siendo la máxima prioridad, los enfoques de CDR como la mineralización del carbono deben complementar estos esfuerzos.
La mineralización presenta un potencial significativo de eliminación de carbono, pero no ha contado con financiación suficiente para investigación y demostración que pudiera llevarla eventualmente a un uso más amplio. Se necesitan más estudios y pruebas para comprender mejor cómo y dónde podría ser más eficaz, así como sus posibles impactos ambientales y sociales.
Estas son las respuestas a cinco preguntas frecuentes sobre la mineralización del carbono:
1) ¿Qué es la mineralización del carbono?
La mineralización del carbono es un proceso que se produce de forma natural a lo largo de cientos o miles de años, en el que determinados minerales presentes en las rocas reaccionan con el CO2 atmosférico para formar carbonatos, minerales sólidos que eliminan y secuestran el CO2 de forma segura.
Esta reacción química funciona mejor con rocas máficas o ultramáficas, que son muy reactivas con el CO2, ya que contienen minerales alcalinos como silicatos que contienen magnesio o calcio. Mediante estos procesos naturales de sumidero, la mineralización del carbono elimina de forma permanente unas 0,3 mil millones de toneladas métricas (gigatoneladas) de CO2 de la atmósfera cada año, lo que equivale a un poco más que las emisiones anuales de Polonia.
Existen formas de acelerar este proceso natural de mineralización, lo que permite eliminar y almacenar aún más CO2 atmosférico en el entorno natural o en productos, como el hormigón. Los científicos estiman que hasta 1 gigatonelada de CO2 por año podría eliminarse de la atmósfera a nivel mundial para 2035, y 10 gigatoneladas de CO2 por año para 2050, si invertimos hoy fondos suficientes en investigación y pruebas para prepararnos para una implementación a mayor escala en los próximos años. Como referencia, las emisiones anuales mundiales actuales de CO2 rondan las 40 gigatoneladas.
Los procesos de mineralización acelerada pueden durar desde horas hasta años, según factores como la composición mineral, la temperatura, la humedad y las fuentes de CO2 y de materias primas alcalinas utilizadas en el enfoque.
2) ¿Cuáles son los distintos enfoques de la mineralización del carbono?
En términos generales, la mineralización del carbono se produce en el subsuelo de la Tierra (conocida como in situ mineralización del carbono) o en la superficie terrestre (conocida como ex situ o superficial mineralización del carbono).
Subsuelo
Existen varios métodos de mineralización in situ. Uno consiste en disolver CO2 concentrado en agua (casi como un sifón de gaseosa de tamaño industrial) e inyectarlo a través de pozos en rocas máficas o ultramáficas, que son muy reactivas con el CO2. Allí, la reacción forma minerales carbonatados que secuestran el CO2. Después, el agua con menos CO2 se devuelve a la superficie terrestre.
Otro método consiste en inyectar CO2 supercrítico (CO2 comprimido a una densidad similar a la del agua) en rocas basálticas. Este método requiere significativamente menos agua para la inyección, aunque una energía de compresión mucho mayor.
La inyección de CO2 en el subsuelo se ha estudiado bien en yacimientos de roca sedimentaria, como aquellos donde los yacimientos de petróleo agotados se reutilizan para el almacenamiento de CO2, pero no tanto en basaltos con el fin de la mineralización del carbono in situ. Dos proyectos existentes (Wallula en el estado de Washington y CarbFix en Islandia) ya han demostrado que los yacimientos de basalto son prometedores para la mineralización del carbono in situ.
El basalto, que es permeable y poroso, ofrece grandes perspectivas para la mineralización del carbono porque puede almacenar grandes cantidades de CO2. Los basaltos abundan en islas volcánicas y en provincias de basaltos de inundación, como el río Columbia en el noroeste del Pacífico.
Superficie
Superficial la mineralización se produce cuando una materia prima alcalina triturada, como rocas extraídas, relaves mineros o residuos industriales, reacciona con CO2 ambiental o concentrado. Al triturarse, las rocas alcalinas tienen una mayor superficie, lo que acelera la mineralización. La mineralización superficial puede realizarse en instalaciones industriales o en minas que producen relaves como subproducto. Si el CO2 se captura in situ, estas materias primas alcalinas pueden hacerse reaccionar con un volumen más concentrado de CO2 en el mismo lugar, lo que permite una reacción más rápida que con el CO2 ambiental.
La mineralización superficial también incluye la meteorización mejorada de las rocas, en la que la roca ultramáfica o máfica se muele hasta convertirla en polvo y se esparce a lo largo de costas o campos agrícolas. Los minerales alcalinos del polvo de roca reaccionan con el CO2 ambiental y lo atrapan en carbonatos sólidos. En las costas, por ejemplo, el polvo de roca se disuelve en el agua de mar, convirtiendo el CO2 disuelto en el agua superficial en bicarbonatos y carbonatos, lo que provoca que se absorba más CO2 atmosférico en el océano. Este proceso actúa como un antiácido para el océano, elevando el pH del agua, lo que puede reducir la acidificación oceánicalocal.
Ex situ la mineralización se produce en reactores de alta presión y/o alta temperatura donde las rocas alcalinas reaccionan con CO2 concentrado. En comparación con otras vías de mineralización del carbono, la mineralización ex situ sigue siendo intensiva en energía y costosa. Por ello, los esfuerzos se han centrado en utilizar enfoques ex situ para producir materiales de construcción de valor añadido, como los áridos para hormigón. La mineralización en el hormigón resulta atractiva porque reúne los requisitos del crédito fiscal 45Q de EE. UU., un incentivo para los usos beneficiosos del CO2 capturado. Se estima que a nivel mundial entre 0.1 y 1.4 gigatoneladas de CO2 pueden almacenarse en el hormigón para 2050. Sin embargo, alcanzar emisiones netas negativas dependerá de la intensidad de carbono de la cadena de valor del hormigón.
3) ¿Cuáles son los posibles cobeneficios de la mineralización del carbono?
La mineralización puede utilizarse para producir productos útiles. Algunas empresas ya están desarrollando bloques de hormigón mediante la inyección de CO2 capturado en el hormigón antes de que fragüe. Esta reacción crea carbonato de calcio, que no solo fortalece el hormigón y permite usar menos cemento, sino que también secuestra de forma permanente el CO2. Además, algunos relaves mineros contienen minerales raros y valiosos, como el níquel o el cobalto (necesarios para las baterías de los vehículos eléctricos), que pueden extraerse mediante mineralización ex situ indirecta. Esto puede proporcionar un incentivo de ingresos adicional que cumple con el objetivo de la administración Biden de impulsar la producción nacional de minerales críticos.
La mineralización también podría ayudar a reducir algunos riesgos para la salud asociados a ciertos relaves mineros. Los relaves de amianto, por ejemplo, que a menudo se almacenan en minas de amianto abandonadas, son tóxicos al inhalarse debido a su forma cristalina fibrosa. Cuando el amianto reacciona con CO2, forma minerales de carbonato de magnesio, que secuestran CO2 y cambian la forma del cristal, lo que elimina el riesgo para la salud. Sin embargo, las técnicas que utilizan relaves mineros tóxicos para la mineralización aún deben desarrollarse y probarse en lugares restringidos y bajo una supervisión estricta.
Otro posible cobeneficio es el uso de rocas alcalinas para reducir la acidificación oceánica local y evitar daños posteriores a los arrecifes de coral y a la acuicultura de valor comercial. Rocas como la olivina pueden molerse y esparcirse en playas o añadirse directamente al agua de mar, donde reaccionan con el CO2 disuelto, formando carbonatos sólidos que fijan el carbono. Se necesitan más investigación y pruebas para comprender mejor cómo maximizar estos cobeneficios y cómo minimizar los posibles impactos negativos en los ecosistemas.
4) ¿Cuáles son los posibles impactos negativos de la mineralización del carbono?
Junto con los posibles cobeneficios, las aplicaciones de mineralización también pueden plantear riesgos sociales y ambientales que deben comprenderse y abordarse mejor antes de desplegarse a gran escala.
Algunos enfoques, como la meteorización mejorada de las rocas, pueden introducir en el medio ambiente metales como el níquel y el cromo. Estos metales son tóxicos cuando se acumulan y se oxidan en los suelos o en el océano. Además, almacenar relaves mineros carbonatados en balsas de relaves puede contaminar los recursos de aguas superficiales y subterráneas cercanos. Para minimizar esto, algunos relaves mineros pueden pretratarse para extraer los metales pesados.
Aunque la mineralización puede ayudar a eliminar el riesgo para la salud asociado a los relaves de amianto, los trabajadores que tratan estos residuos aún pueden correr el riesgo de sufrir graves problemas de salud. Hacer funcionar ventiladores para aumentar el flujo de aire sobre los relaves de amianto puede mejorar la mineralización, pero también expone a los trabajadores al riesgo de inhalar fibras de amianto. Por ello, son necesarias medidas de precaución estrictas. El amianto puede, por ejemplo, rociarse con agua para evitar que el polvo de amianto flote en el aire.
Algunos métodos de mineralización in situ, como el aplicado por Carbfix en Islandia, requieren grandes cantidades de agua: unas 25 toneladas por tonelada de CO2 inyectado. Aunque el reciclaje de agua forma parte de este proceso, el consumo total podría ser un problema en zonas con escasez de agua, como el suroeste de EE. UU. Una alternativa consiste en utilizar este método en alta mar, empleando agua de mar, lo que evitaría el problema de la escasez. Sin embargo, se necesitaría más energía.
Además de las preocupaciones sobre los recursos hídricos, debe considerarse la actividad sísmica local inducida. Para minimizar los riesgos, deben realizarse y evaluarse periódicamente pruebas de sismicidad regional. Antes de que CarbFix inyectara CO2 disuelto, inyectaba aguas residuales en el yacimiento de basalto, lo que aumentó significativamente la actividad sísmica. Para abordar este problema, se ajustaron las tasas de inyección de CO2, junto con otras medidas preventivas. Como resultado, los eventos sísmicos disminuyeron de 96 en 2011 a uno en 2018, por lo que ahora funciona dentro de los límites regulatorios. Se necesitan más datos y proyectos piloto adicionales para comprender mejor los riesgos asociados a la mineralización in situ en basaltos.
Una preocupación clave respecto al escalado de la mineralización del carbono en superficie es la necesidad de aumentar la minería para acceder a grandes cantidades de material alcalino, así como de molienda y transporte, todo lo cual requiere energía. Esta mayor actividad minera presentaría impactos sociales y ambientales negativos asociados a las actividades mineras existentes, como la contaminación del agua y del aire y los daños a la salud humana.
5) ¿Qué se necesita para escalar de forma sostenible la mineralización del carbono?
Las distintas vías de mineralización se encuentran en diferentes etapas de desarrollo. La mineralización en el subsuelo en formaciones de basalto ya se está produciendo en Islandia y en los Estados Unidos. Algunos enfoques de mineralización superficial también están disponibles comercialmente. Para escalar la mineralización del carbono de forma responsable, no obstante, se necesita más investigación para resolver incertidumbres científicas y abordar riesgos. También deben establecerse marcos normalizados de medición y seguimiento.
Necesidades de investigación
Se necesitan más proyectos piloto para aportar aprendizajes de diferentes lugares y escalas, lo que permitirá a los investigadores evaluar las posibles incertidumbres y reducir los riesgos. A pesar del potencial teórico de eliminar grandes cantidades de CO2, la mineralización del carbono puede verse limitada en parte por consideraciones logísticas, como el transporte de CO2 o de materias primas. Además, se necesitan mejores prácticas de ingeniería y logística para minimizar las emisiones y los costes asociados a los enfoques de mineralización.
Además, se necesita seguir estudiando la química de determinados minerales y cómo responden a los tratamientos de mineralización con CO2, así como las características generales de las rocas. Los conjuntos de datos a menudo no están normalizados, lo que dificulta comparar datos sobre la composición de las rocas, el tamaño de grano, la presión, la porosidad, la permeabilidad y la superficie. También se necesitarán más datos sobre las cantidades potenciales de materias primas en distintas ubicaciones, así como sobre sus concentraciones y composiciones.
Se necesita una cartografía actualizada y de alta resolución de la ubicación de las rocas y minerales adecuados a escalas más amplias. Por ejemplo, los datos existentes del USGS sobre minas en explotación y cerradas no se han actualizado en una década. Es fundamental disponer de información actual que pueda integrarse en bases de datos completas para identificar mejor la ubicación, la cantidad y la composición química y mineral de los residuos rocosos y los relaves mineros, y estimar su potencial de almacenamiento de CO2. Será necesaria una mayor colaboración con la industria para cartografiar y comprender mejor las cantidades de residuos alcalinos disponibles para la mineralización de CO2, así como datos sobre el contenido de amianto de determinadas rocas ultramáficas.
Herramientas de medición y seguimiento mejoradas y normalizadas
Los métodos normalizados y los protocolos de alta calidad de MRV (medición, notificación y verificación) deben desarrollarse y aplicarse en todos los proyectos para medir con precisión cuánto CO2 ha eliminado un proyecto durante un período de tiempo determinado. Actualmente, los métodos aún no están normalizados y las empresas aplican sus propios protocolos, lo que dificulta la comparación entre proyectos.
El carbono eliminado mediante la mineralización superficial, por ejemplo, es difícil de contabilizar y de monitorizar porque los océanos, las costas y los suelos, donde se esparcen los relaves mineros y las rocas trituradas, son sistemas abiertos (a diferencia de una planta DAC de sistema cerrado). Observar la cantidad de carbono eliminada mediante la mineralización en el subsuelo también presenta desafíos, ya que no puede observarse directamente, y la recopilación de muestras físicas puede resultar complicada y costosa. El CO2 mineralizado y almacenado mediante mineralización ex situ es más fácil de monitorear, especialmente cuando se almacena en productos como el cemento. Se necesitan sistemas MRV de alta calidad para garantizar la coherencia y la integridad de los proyectos y asegurar su impacto climático positivo.
Desarrollar la mineralización como solución climática
La mineralización del carbono presenta un potencial significativo como método de eliminación de carbono, dentro de un conjunto más amplio de acciones de eliminación de carbono y de acción climática, para contribuir al logro de los objetivos climáticos globales. Para que la mineralización del carbono se considere una vía clave de eliminación de dióxido de carbono (CDR), deberán incrementarse la investigación y los proyectos piloto. Deben minimizarse las incertidumbres en torno a dónde y cómo llevar a cabo proyectos de mineralización, así como los posibles impactos ambientales y sociales negativos de estos proyectos. También se necesitan protocolos MRV estandarizados e integrales para garantizar que la mineralización del carbono se escale de forma responsable.
