En un almacén junto al muelle con corrientes de aire en el Puerto de Los Ángeles en una tarde fresca a principios de este año, Gaurav Sant, profesor de ingeniería civil y ambiental y ciencia e ingeniería de materiales de la UCLA, estaba hablando ante una multitud de conferencias sobre el potencial de una nueva forma de extraer dióxido de carbono fuera de la atmósfera.
El director del Instituto para la Gestión del Carbono (ICM) de la UCLA, de 39 años, describió un método para eliminar el gas de efecto invernadero peligrosamente prevalente de una manera que parecía demasiado buena para ser verdad: succionarlo del océano, permitiéndole absorber más CO2. desde el aire como una esponja global gigante. Podría hacerse a través de un proceso electroquímico relativamente simple que imita lo que la naturaleza ya hace. Y un subproducto es el hidrógeno, posiblemente el futuro de la energía libre de carbono almacenable.
Proporcionalmente, “el agua del océano contiene 150 veces más dióxido de carbono que el aire, lo que significa que si quieres eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera, una de las formas más efectivas de hacerlo es sacándolo de los océanos”, dijo a la audiencia.
El método de Sant es más que un experimento científico: está bien encaminado hacia la comercialización a través de Equatic, una startup con sede en Los Ángeles que está ampliando la tecnología de producción de hidrógeno y reducción de CO2 basada en el océano desarrollada por científicos de Sant y UCLA.
Su esperanza, y la de los patrocinadores, incluida la Fundación Grantham, la Iniciativa Chan Zuckerberg, la Fundación Temasek de Singapur y el Departamento de Energía de los EE. hacerlo por menos de US$100 por tonelada. Sant también espera que la compañía genere hidrógeno por US$1 por kilogramo que puede vender o usar para ayudar a impulsar las operaciones de Equatic.
Dos pequeñas instalaciones piloto están operando en barcazas para probar que la aproximación funciona: una en Los Ángeles que se inauguró hoy por primera vez y otra similar en Singapur. Cada uno puede eliminar 100 kilogramos de CO2 y generar unos pocos kilogramos de hidrógeno al día.
Una planta de prueba más grande abrirá a fines del próximo año en Singapur, integrada en una instalación de desalinización, escalada para eliminar 10 toneladas métricas de CO2 por día o al menos 3.500 toneladas anuales. Si todo va bien, el objetivo de Equatic es operar grandes plantas a escala comercial capaces de eliminar 1 millón de toneladas métricas de CO2 y producir 35 000 toneladas métricas de hidrógeno anualmente para fines de la década de 2020. Antes de eso, el objetivo de la empresa es recaudar otros 100 millones de dólares y refinar el diseño de sus plantas.
“Si desea eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera, una de las formas más efectivas de hacerlo es eliminándolo de los océanos”.
Gaurav Sant, profesor de UCLA y director del Instituto para la Gestión del Carbono
"Equatic, no quiero llamarlo un lanzamiento a la luna, pero de los negocios (de ICM) ese es el que va a tener el impacto más profundo para el planeta y la humanidad si tienen éxito", dijo Robert Feller, miembro de Junta asesora de ICM y directora de RDF Advisors, que brinda servicios de inversión para una oficina familiar y sirve como socio general para fondos privados.
Un mayor uso de energía eólica, solar y otras formas de energía libre de carbono y el cambio a vehículos eléctricos son esenciales para reducir la tasa de emisiones de carbono, pero la necesidad de eliminar a gran escala grandes cantidades de CO2 en el aire y los océanos que ya están calentando el planeta puede ser aún más vital.
El Panel Internacional para el Cambio Climático lo dejó muy claro en un informe de marzo que subraya la probabilidad de una catástrofe ambiental si las emisiones de dióxido de carbono no se reducen drásticamente. A pesar de los objetivos declarados por las economías y empresas más grandes del mundo, el CO2 global siguió aumentando en 2022, un 0,9 % hasta un récord de 36,8 gigatoneladas, unos inconmensurables 36,8 billones de kilogramos, emitidos por automóviles, camiones, centrales eléctricas, agricultura, manufactura, emisiones de vertederos y otras fuentes, según la Agencia Internacional de Energía.
El IPCC estima que para mediados de siglo será necesario eliminar anualmente entre 3 y 12 gigatoneladas de CO2 del aire para limitar el calentamiento global a 1,5° Celsius por encima de los niveles preindustriales.
Si bien parece que la tecnología de Equatic podría contribuir a ese objetivo y crear un ciclo totalmente virtuoso, desde la eliminación de CO2 del océano hasta la producción de hidrógeno, quedan dudas sobre la gran cantidad de energía que requiere el proceso y si existe algún riesgo de dañar la vida marina de los otros procesos. subproducto, una suspensión de carbonatos que se asemeja al material de una concha marina.
“Necesitamos encontrar un equilibrio entre hacer lo necesario para abordar las circunstancias climáticas que nos rodean y, al mismo tiempo, ser responsables de no hacer daño”, dijo Sant. “Lo que ofrece Equatic es una estrategia climática que podría funcionar a escala”.
Crear un negocio multimillonario
La misión es “retirar el carbono que las sociedades occidentales han estado lanzando a la atmósfera durante los últimos 100 años”, dijo a Forbes Lorenzo Corsini, asesor principal de Equatic . Y hacerlo podría ser un negocio lucrativo.
La empresa quiere generar decenas de millones de dólares en ingresos en unos pocos años mediante la venta de créditos de compensación de carbono a compradores corporativos. Y si EE. UU., la Unión Europea, Japón y otros gobiernos establecen reglas cada vez más estrictas para las emisiones de carbono, el negocio podría generar miles de millones de dólares anuales en el futuro. (Tesla de Elon Musk aprendió hace mucho tiempo lo lucrativas que pueden ser las ventas a crédito: registró $1.800 millones en ingresos sin márgenes de otros fabricantes de automóviles que necesitaban créditos de CO2 y contaminación del aire en 2022).
“Lo que va a catalizar el negocio son las grandes corporaciones que se han comprometido a convertirse en carbono negativo. Solo pueden hacer eso comprando créditos de carbono”, dijo Corsini, quien es jefe de operaciones austriacas del desarrollador de fármacos BioNTech.
Corsini señala que prevé que vengan más regulaciones que impidan a las empresas emitir CO2 sin pagar por ello. “Va a ser un poco como los desechos municipales: no puedes tirar la basura a la calle o al bosque. Tienes que pagar por ello.
El hidrógeno también será un elemento central de su negocio, especialmente si la empresa puede generarlo por $1 el kilogramo. Eso es más barato que el objetivo de PlugPower, líder en la carrera por comercializar hidrógeno "verde" hecho de agua y energía renovable, que quiere llegar a $1,50/kg .
El CO2 “va a ser un poco como los desechos municipales: no puedes tirar la basura a la calle o al bosque. Tienes que pagar por ello.
Lorenzo Corsini, asesor principal de Equatic
Fabricar el combustible elemental a partir de fuentes distintas al gas natural se volvió particularmente atractivo el año pasado con un nuevo incentivo federal de $3/kilogramo incluido en la Ley de Reducción de la Inflación. Parte de ese hidrógeno sin carbono puede usarse para propulsar vehículos, pero gran parte reemplazará decenas de millones de toneladas métricas del combustible que ahora se produce a partir del gas natural, un proceso que emite carbono, necesario para industrias como la siderúrgica, la de combustibles, la química y la la producción de alimentos.
Equatic no es la única startup que surge del ICM de UCLA, lanzado en 2018 para desarrollar tecnologías de descarbonización con el potencial de combatir el cambio climático comercialmente. CarbonBuilt, por ejemplo, utiliza tecnología patentada desarrollada por el equipo de Sant para convertir el CO2 de fuentes industriales en bloques y materiales de construcción de hormigón, y otras nuevas empresas están en camino.
"Es bastante singular que un centro académico esté tan centrado en la gestión del carbono y también muy centrado en la comercialización rápida desde el laboratorio hasta el piloto y la escala industrial comercial", dijo Caitlyn Fox, vicepresidenta de iniciativas estratégicas de la Iniciativa Chan Zuckerberg, la filantropía creada por el fundador de Meta Mark Zuckerberg y su esposa Priscilla Chan. El año pasado, CZI prometió $21 millones para apoyar los esfuerzos de Sant e ICM.
Enfoque de Equatic
Los océanos son el principal sumidero de CO2 del planeta, absorbiendo miles de millones de toneladas del aire. Pero su capacidad para seguir haciéndolo está en riesgo a medida que las actividades humanas generan más y más gas. A medida que los niveles de CO2 siguen aumentando y los océanos siguen absorbiéndolo, se vuelven cada vez más ácidos, algo que el proceso de Equatic podría ayudar a combatir.
“Piense en el dióxido de carbono como un ácido. ¿Cómo se neutraliza un ácido? Trátalo con una base”, dijo Sant. "Lo que estamos haciendo es esencialmente permitir que la química ácido-base realmente simple funcione a nuestro favor de una manera que producimos el mismo material del que están hechas las conchas marinas y la tiza: carbonato de calcio".
Este enfoque se esbozó en un artículo que Sant y otros científicos de la UCLA publicaron en 2021 sobre lo que llaman "secuestro y almacenamiento de carbono en un solo paso". Visualiza plantas futuras que serían grandes reactores electroquímicos, con muchos tanques, tuberías y tuberías, que aspiran millones de galones de agua de mar y la pasan a través de una malla cargada eléctricamente para aumentar su pH.
Esto induce una serie de reacciones químicas, incluida la combinación de dióxido de carbono disuelto en el agua y CO2 en el aire, con calcio y magnesio. Estos dos elementos atrapan el CO2 y se convierten en carbonatos de calcio y magnesio, materiales que se encuentran en la tiza y las conchas marinas. El hidrógeno se produce simultáneamente como un subproducto.
“Es sorprendente que a nadie se le ocurriera esto antes”, dijo Corsini. “No es química de secundaria, pero no está muy lejos. No es muy difícil”.
No es química de secundaria, pero no está muy lejos. No es muy difícil”.
Lorenzo Corsini, asesor principal de Equatic
Después de pasar por este proceso, el agua de mar fluye de regreso al océano, al igual que la suspensión de carbonato que crea. Sant cree que esto será inofensivo para la vida marina ya que la cantidad de material devuelto es una fracción del volumen de agua que se extrae y consiste en elementos que se encuentran naturalmente en el agua de mar. Aún así, se deben realizar pruebas ambientales para confirmar eso, dijo.
Al reducir la cantidad de CO2 en el agua de mar, el proceso libera capacidad para que los océanos absorban más del aire, lo que en última instancia reduce y elimina el CO2 atmosférico; como dijo Sant, debería aumentar "la capacidad de almacenamiento de CO2 del agua de mar".
“Examine toda la química que subyace a esto y terminará con un proceso que elimina 4,6 kilogramos de CO2 por metro cúbico de agua de mar procesada”, dijo Sant, nativo del estado indio de Goa e hijo y nieto de ingenieros civiles. Forbes .
Gestión de las necesidades energéticas
Pero es un proceso de uso intensivo de energía. Eliminar una tonelada de CO2 de esta manera requiere 2 megavatios-hora de electricidad, dijo Sant. Sin embargo, la producción simultánea de hidrógeno rico en energía ayuda a compensar esto, reduciendo el requisito de energía neta a 1 megavatio-hora por tonelada. Aún así, es suficiente energía para alimentar 750 hogares a la vez.
Aunque es una cantidad sustancial, Sant cree que utiliza menos formas de eliminación de CO2 que las de la competencia, como la captura directa de aire. “Sus necesidades son varias veces mayores que las nuestras”, dijo, declinando dar más detalles.
Idealmente, las futuras plantas de Equatic estarían ubicadas en regiones costeras con acceso a abundante energía renovable de instalaciones eólicas y solares. Debido a que el proceso genera hidrógeno, aún sería "carbono negativo" incluso si se usa algo de energía de las plantas que funcionan con gas natural.
La ciencia detrás del proceso ha sido verificada en el laboratorio. Pero ahora viene la parte difícil: ¿Se puede hacer en instalaciones piloto cada vez más grandes y, en última instancia, en plantas comerciales de alta eficiencia? Singapur desempeñará un papel esencial para resolverlo.
“Probarlo ahora es bastante crítico”, dijo Gurdev Singh, ingeniero ambiental y subdirector senior de tecnología de PUB, la Agencia Nacional de Singapur. Está trabajando en estrecha colaboración con Sant y su equipo y será el primero en probarlo en algo que se acerque a una escala comercial.
Y a medida que las cosas pasan del laboratorio a la implementación en el mundo real, se deben resolver muchos detalles, incluida la reducción de los requisitos de energía total del sistema y la verificación de que la suspensión que crea es realmente benigna cuando se envía de regreso al océano.
"Si bien tiene todas las sinergias, todos los beneficios, uno de los problemas clave que nos dimos cuenta desde el principio es que requiere bastante energía para poner en el sistema, aunque es (carbono) negativo", dijo Singh. .
“Si bien tiene todas las sinergias, todos los beneficios, uno de los problemas clave que nos dimos cuenta desde el principio es que requiere bastante energía para ponerlo en el sistema”.
Gurdev Singh, Agencia Nacional del Agua de Sinapur
La integración de la tecnología de Equatic en una planta desalinizadora es una opción obvia, ya que esta última ya está extrayendo grandes cantidades de agua (aunque dichas instalaciones usan cantidades sustanciales de energía y pueden dañar la vida acuática si la salmuera que producen no se dispersa de manera segura). Y hay un beneficio adicional al combinar los dos sistemas, dijo Singh a Forbes : la eliminación de calcio y magnesio del agua de mar por parte de Equatic tiene un efecto "ablandador".
“Una corriente de agua ablandada tiene beneficios río abajo”, dijo. Es decir, reduce la cantidad total de energía necesaria para el proceso de desalinización porque reduce las incrustaciones que normalmente se acumulan en las membranas que separan el agua de la salmuera. En este momento, Singh dice que tiene que usar productos químicos para eliminar esas incrustaciones y tiene la esperanza de que el sistema de Equatic lo reduzca.
Incluso la suspensión de carbonato de calcio y magnesio creada a partir del proceso de eliminación de CO2 de Equatic puede resultar un recurso demasiado útil para bombear de nuevo al océano.
“¿Puede esto entrar en concreto, por ejemplo; ¿podría entrar en materiales de construcción? Entonces evitamos el problema de que ese lodo vaya a los océanos”, dijo Singh. También podría usarse potencialmente para proteger la costa de Singapur de la erosión y el aumento del nivel del mar. “Estas son cosas que necesitamos estudiar… estas sinergias adicionales”.
La gestión de las necesidades energéticas del sistema y el impacto en el océano no son los únicos desafíos. El diseño de electrodos más económicos, más eficientes y duraderos necesarios para iniciar el proceso de eliminación de CO2 será uno de los más grandes, además de escalar el diseño de pequeños pilotos a grandes instalaciones comerciales. Aún así, el equipo de ICM parece estar progresando relativamente rápido, según Doug Wicks, director de programa de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada del Departamento de Energía-Energía, que invirtió $ 1 millón en Equatic a través de una subvención federal.
“Cuando los financiamos el año pasado, estaban en una escala en la que su celda reactiva era más pequeña que mi teléfono. Para septiembre, en mi próxima visita, estaban en una escala de prototipo que es muy equivalente a la desplegada” en el Puerto de Los Ángeles, dijo Wicks. “Tienen un sistema y funciona, pero este no es un simple proceso de seguimiento. Todavía hay algunos grandes desafíos técnicos, que es lo que estamos financiando desde el lado del DOE, centrándonos realmente en esos electrodos”.
“Tienen un avance muy serio, y no voy a minimizar que tiene desafíos técnicos, pero su enfoque es muy interesante”, dijo Wicks.
Extrayendo CO2 directamente del aire
Miquatic está siguiendo una táctica muy diferente a la avalancha de empresas que trabajan para perfeccionar las formas de eliminar el CO2 de la atmósfera a través de la "captura directa de aire" y luego almacenar o secuestrar el gas de forma permanente. Climeworks, con sede en Zúrich, uno de los primeros líderes en captura directa de aire que ha recaudado US$ 810 millones en fondos, comenzó a operar la primera y más grande instalación del mundo para hacer eso en Islandia en 2021. Muchas otras compañías, incluidas GE, Occidental Petroleum y Los Ángeles. la startup CarbonCapture, están preparando sus propios proyectos directos de captura y secuestro de aire que entrarán en funcionamiento en los próximos años.
Sin embargo, un gran desafío para ese método es garantizar que el CO2 extraído del aire permanezca bajo tierra o almacenado sin fugas. También es necesario desarrollar métodos para canalizar o transportar grandes cantidades de carbono capturado. Y a diferencia del enfoque basado en el mar de Equatic, no produce hidrógeno como subproducto.
“Tengo los ojos claros sobre los riesgos, pero confiamos en Gaurav”.
Robert Feller, asesor de la ICM
De manera similar, el modelo comercial de Climeworks se basa en la venta de créditos de carbono a empresas como Microsoft, Swiss Re, UBS, Shopify, Stripe y Zendesk. La compañía dijo en un correo electrónico que tiene la intención de alcanzar una "capacidad de megatones" de eliminación de carbono para 2030 y una "capacidad de gigatones" para 2050.
A medida que se amplía, la compañía estima que eventualmente puede reducir el costo de captura y secuestro de CO2 a alrededor de $ 200 / tonelada. En comparación, el Departamento de Energía de EE. UU. estableció un objetivo de $100/tonelada métrica para las empresas que participan en su iniciativa Carbon Shot Negative . Ese es también el costo que Sant cree que alcanzará Equatic cuando comience sus operaciones comerciales a fines de esta década.
Corsini de Equatic cree que el enfoque de la compañía tiene dos ventajas clave sobre la captura directa de aire: elimina la necesidad de averiguar cómo y dónde almacenar el carbono capturado y produce hidrógeno de alto valor. “Este método lo bloquea mientras lo captura en un solo paso. Esa es la elegancia de esto”, dijo.
Con la ciencia de Sant y los patrocinadores de Equatic, la empresa está lista para revolucionar la industria de la captura de carbono, y lo que está en juego no podría ser mayor.
“El mundo no va a abandonar los hidrocarburos o los combustibles fósiles durante mi vida. Vamos a depender de la innovación tecnológica para ayudarnos a alcanzar nuestros objetivos de cero emisiones netas, suponiendo que sean incluso realistas”, dijo Feller, asesor de ICM. “Tengo los ojos claros sobre los riesgos, pero confiamos en Gaurav”.
