Intemperatura mejorada

La meteorización mejorada , también denominada mejora de la alcalinidad oceánica cuando se propone para sistemas de créditos de carbono , es un proceso que busca acelerar la meteorización natural esparciendo roca de silicato finamente molida , como el basalto , sobre superficies, acelerando las reacciones químicas entre rocas, agua y aire. También elimina el dióxido de carbono ( CO₂ ) de la atmósfera mediante la formación de ácido carbónico, almacenándolo permanentemente en minerales de carbonato sólidos o en la alcalinidad oceánica _. [ 1 ^{] Esto último} también ralentiza la acidificación de los océanos .

La meteorización acelerada es un método químico para eliminar el dióxido de carbono que utiliza técnicas terrestres u oceánicas. Un ejemplo de técnica terrestre de meteorización acelerada es la carbonatación in situ de silicatos. Las rocas ultramáficas , por ejemplo, tienen el potencial de almacenar emisiones de _CO₂ equivalentes a cientos o miles de años . ^{[ 2 ] [ 3 ]} Las técnicas oceánicas implican el aumento de la alcalinidad, como la molienda, dispersión y disolución de olivino, caliza, silicatos o hidróxido de calcio para abordar la acidificación oceánica y el secuestro de _CO₂ . ^{[ 4 ]}

Aunque los relaves mineros existentes ^{[ 5 ]} o los minerales de silicato industrial alcalino (como las escorias de acero, los residuos de construcción y demolición o las cenizas de la incineración de biomasa) pueden utilizarse inicialmente, ^{[ 6 ]} eventualmente podría ser necesario extraer más basalto para limitar el cambio climático . ^{[ 7 ]}

Se ha propuesto la meteorización acelerada para el secuestro de carbono tanto terrestre como oceánico . La organización sin fines de lucro Project Vesta está probando métodos oceánicos para determinar su viabilidad ambiental y económica. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

En julio de 2020, un grupo de científicos evaluó que la técnica de geoingeniería de meteorización mejorada de rocas, es decir, esparcir basalto finamente triturado en los campos, tiene un uso potencial para la eliminación de dióxido de carbono por parte de las naciones, identificando costos, oportunidades y desafíos de ingeniería. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

La meteorización es el proceso natural de disolución de rocas y minerales por la acción del agua, el hielo, los ácidos, las sales, las plantas, los animales y los cambios de temperatura. ^{[ 12 ]} Puede ser mecánica (rotura de la roca, también llamada meteorización física o desagregación) o química (cambio de los compuestos químicos de las rocas). ^{[ 12 ]} La meteorización biológica es una forma de meteorización (mecánica o química) causada por plantas, hongos u otros organismos vivos. ^{[ 12 ]}

La meteorización química puede ocurrir mediante diferentes mecanismos, dependiendo principalmente de la naturaleza de los minerales involucrados. Esto incluye la meteorización por disolución , hidratación , hidrólisis y oxidación . ^{[ 13 ]} La meteorización por carbonatación es un tipo particular de meteorización por disolución. ^{[ 13 ]}

Los minerales carbonatados y silicatados son ejemplos de minerales afectados por la meteorización carbonatada. Cuando los minerales silicatados o carbonatados se exponen al agua de lluvia o al agua subterránea, se disuelven lentamente debido a la meteorización carbonatada; es decir, el agua (H₂O ₎ y el dióxido de carbono ⁽ _CO₂ ) presentes en la atmósfera forman ácido carbónico (H₂CO₃ ₎ mediante la reacción: ^{[ 12 ] [} ₁₄ ^]

H₂O + CO₂ → _{H₂CO₃​​}​_​

El ácido carbónico ataca el mineral para formar iones carbonato en solución con el agua no reaccionada. Como resultado de estas dos reacciones químicas (carbonatación y disolución), los minerales, el agua y el dióxido de carbono se combinan, alterando la composición química de los minerales y eliminando CO₂ de la atmósfera. Estas reacciones son reversibles; por lo tanto _, si el carbonato entra en contacto con iones H+ provenientes de ácidos, como en los suelos, reaccionará para formar agua y liberar CO₂ a la atmósfera. La aplicación de caliza (carbonato de calcio) a suelos ácidos neutraliza los iones H+, pero libera _{CO₂ de} la caliza.

En particular, la forsterita (un mineral de silicato) se disuelve mediante la siguiente reacción:

Mg ₂ SiO ₄ (s) + 4H ₂ CO ₃ (ac) → 2Mg ²⁺ (ac) + 4HCO ₃ ⁻ (ac) + H ₄ SiO ₄ (ac)

donde "(s)" indica una sustancia en estado sólido y "(aq)" indica una sustancia en solución acuosa .

La calcita (un mineral carbonatado) se disuelve en cambio mediante la siguiente reacción:

CaCO ₃ (s) + H ₂ CO ₃ (ac) → Ca ²⁺ (ac) + 2HCO ₃ ⁻ (ac)

Aunque parte del bicarbonato disuelto puede reaccionar con los ácidos del suelo durante su paso a través del perfil del suelo hasta el agua subterránea, el agua con iones bicarbonato disueltos (HCO ₃ ⁻ ) finalmente termina en el océano, ^{[ 14 ]} donde los iones bicarbonato se biomineralizan para formar minerales carbonatados para conchas y esqueletos a través de la reacción:

Ca ²⁺ + 2HCO ₃ ⁻ → CaCO ₃ + CO ₂ + H ₂ O

Los minerales carbonatados finalmente se hunden desde la superficie del océano hasta el fondo marino. ^{[ 14 ]} La mayor parte del carbonato se redisuelve en las profundidades del océano a medida que se hunde.

Se cree que, a lo largo de periodos geológicos, estos procesos estabilizan el clima de la Tierra . ^{[ 15 ]} La proporción de dióxido de carbono en la atmósfera en estado gaseoso (CO ₂ ) con respecto a la cantidad de dióxido de carbono convertido en carbonato está regulada por un equilibrio químico : en caso de que se altere este estado de equilibrio, teóricamente se necesitan (si no se produce ninguna otra alteración durante este tiempo) miles de años para establecer un nuevo estado de equilibrio. ^{[ 14 ]}

En el caso de la meteorización de silicatos, el efecto neto teórico de disolución y precipitación es de 1 _mol  de CO₂ secuestrado por cada mol de Ca²⁺ ^o Mg²⁺ ^que se pierde del mineral. Dado que algunos de los cationes disueltos reaccionan con la alcalinidad presente en la solución para formar iones CO₃²⁻ _, la proporción no es exactamente 1:1 en los sistemas naturales, sino que depende de la temperatura y _la presión parcial ^de CO₂ . El secuestro neto _de CO₂ en las reacciones de meteorización y precipitación de carbonatos es cero.

Se cree que la meteorización y la precipitación biológica de carbonatos están débilmente relacionadas en periodos cortos (<1000 años). Por lo tanto, un aumento tanto en la meteorización de carbonatos como de silicatos con respecto a la precipitación de carbonatos dará como resultado una acumulación de alcalinidad en el océano.

La meteorización mejorada se utilizó inicialmente para referirse específicamente a la dispersión de minerales de silicato triturados en la superficie terrestre. ^{[ 16 ] [ 17 ]} Además de las limitaciones geoquímicas, es decir, el área superficial reactiva de la materia prima rocosa y el pH de la solución y la capacidad tampón del pH del suelo receptor, ^{[ 18 ]} se ha demostrado que la actividad biológica en los suelos promueve la disolución de minerales de silicato, ^{[ 19 ]} pero aún existe incertidumbre sobre la rapidez con que esto puede ocurrir. Debido a que la tasa de meteorización es una función de la saturación del mineral disuelto en la solución (disminuyendo a cero en soluciones completamente saturadas), algunos han sugerido que la falta de lluvia puede limitar la meteorización mejorada terrestre, ^{[ 20 ]} aunque otros ^{[ 21 ]} sugieren que la formación de minerales secundarios o la absorción biológica pueden suprimir la saturación y promover la meteorización.

La cantidad de energía necesaria para la trituración depende de la velocidad a la que se disuelven los minerales (se requiere menos trituración para una disolución mineral rápida). Un estudio de 2012 sugirió una amplia variación en el costo potencial de la meteorización acelerada, debido principalmente a la incertidumbre que rodea las tasas de disolución de los minerales. ^{[ 22 ]}

Para superar las limitaciones de la saturación de la solución y utilizar la trituración natural de partículas de arena por la energía de las olas, se pueden aplicar minerales de silicato a entornos costeros, ^{[ 23 ]} aunque el pH más alto del agua de mar puede disminuir sustancialmente la tasa de disolución, ^{[ 24 ]} y no está claro cuánta trituración es posible por la acción de las olas.

Como alternativa, se ha investigado la aplicación directa de minerales carbonatados en las zonas de afloramiento oceánico. ^{[ 25 ]} Los minerales carbonatados se encuentran sobresaturados en la superficie oceánica, pero subsaturados en las profundidades. En las zonas de afloramiento, esta agua subsaturada asciende a la superficie. Si bien esta tecnología probablemente será económica, su potencial máximo anual de secuestro de CO₂ _es limitado.

Se ha propuesto como tecnología alternativa la transformación de los minerales carbonatados en óxidos y la dispersión de este material en mar abierto («encalado oceánico»). ^{[ 26 ]} En este proceso, el mineral carbonatado (CaCO ₃ ) se transforma en cal (CaO) mediante calcinación . Los requerimientos energéticos de esta tecnología son considerables.

También se ha propuesto una "explosión nuclear enterrada en un lecho marino basáltico remoto para pulverizar el basalto" para intensificar la meteorización. ^{[ 27 ]}

La disolución y carbonatación mejorada de silicatos ( "carbonatación mineral" ) fue propuesta por primera vez por Seifritz en 1990, ^{[ 28 ]} y desarrollada inicialmente por Lackner et al. ^{[ 29 ]} y posteriormente por el Albany Research Center . ^{[ 30 ]} Esta investigación inicial investigó la carbonatación de silicatos extraídos y triturados a temperaturas elevadas (~180  °C) y presiones parciales de CO ₂ (~15 MPa) dentro de reactores controlados ("carbonatación mineral ex situ"). Algunas investigaciones exploran el potencial de la "carbonatación mineral in situ" en la que el CO ₂ se inyecta en formaciones de roca silicatada para promover la formación de carbonato bajo tierra (ver Carbfix ).

La investigación sobre la carbonatación mineral se ha centrado principalmente en el secuestro de CO₂ de los gases de combustión . Podría utilizarse para la geoingeniería si la fuente de CO₂ proviniera de la atmósfera, por ejemplo, mediante _la captura directa de aire o la captura y almacenamiento de carbono de biomasa (CCS ₎ .

La remineralización del suelo contribuye a mejorar el proceso de meteorización. Mezclar el suelo con roca triturada, como silicatos, beneficia no solo la salud de las plantas, sino también la captura de carbono cuando hay calcio o magnesio presentes. ^{[ 31 ]} Remineralize The Earth es una organización sin fines de lucro que promueve la aplicación de polvo de roca como fertilizantes naturales en campos agrícolas para restaurar los suelos con minerales, mejorar la calidad de la vegetación y aumentar la captura de carbono.

En lugares donde se dispone de un excedente abundante de electricidad, se ha propuesto ^{[ 32 ]} y demostrado experimentalmente la disolución electrolítica de minerales de silicato. El proceso se asemeja a la meteorización de algunos minerales. Además, el hidrógeno producido sería negativo en carbono. ^{[ 33 ]}

Dada la gran cantidad de energía requerida para la meteorización mejorada de rocas, se ha propuesto que las armas nucleares podrían ser la opción más factible. El documento de trabajo "Explosiones nucleares para el secuestro de carbono a gran escala" ^{[ 34 ]} sugiere detonar un arma nuclear de muy alto rendimiento (81 Gt) en un lecho marino remoto rico en basalto, para pulverizarlo, de modo que pueda capturar grandes cantidades de _CO₂ .

Aunque se trata de una solución radical, se argumenta que los impactos de tal explosión serían localizados y contenidos por el océano, y que, si bien sería impactante, el daño ecológico y humano sería mínimo en comparación con permitir que el cambio climático continúe.

En un análisis tecnoeconómico de 2020, el costo de utilizar este método en tierras de cultivo se estimó entre US$80 y US$180 por tonelada de CO₂ _. Esto es comparable con otros métodos de eliminación de dióxido de carbono de la atmósfera actualmente disponibles (BECCS (US$100–200 por tonelada de CO₂ ₎ – Bioenergía con captura y almacenamiento de carbono ) y captura y almacenamiento directo de aire a gran escala y con bajos costos de energía (US$100–300 por tonelada de CO₂ ₎ . En contraste, el costo de la reforestación se estimó en menos de US$100 por tonelada de _CO₂ . ^{[ 35 ]}

_{Para la meteorización mejorada nuclear, capturar las emisiones de CO2} de 30 años (1,08 billones de toneladas) costaría aproximadamente 10 mil millones de dólares ^{[ 36 ]} , lo que equivale a un costo de 0,000926 centavos por tonelada de CO2 _, lo que lo hace extremadamente asequible.

Alt Carbon , con sede en India, es una empresa de ciencia y datos de alta tecnología que desarrolla infraestructura agrícola para la Inteligencia Planetaria. Colaboran con agricultores y científicos del Sur Global para convertir tierras subutilizadas en sumideros de carbono. Como parte de su Proyecto de Revitalización de Darjeeling, obtienen roca basáltica residual de minas y la esparcen por campos agrícolas. Cuando el agua de lluvia disuelve el basalto, mejora el pH del suelo , libera nutrientes esenciales, aumenta la estructura y la retención de humedad, y reacciona simultáneamente con el CO₂ para formar bicarbonatos. En noviembre de 2025, Alt Carbon realizó la mayor emisión de créditos ERW de Asia al gigante naviero japonés Mitsui OSK Lines .

Mati Carbon , con sede en Houston, utiliza la meteorización acelerada de rocas mediante la aplicación de basalto triturado a tierras de cultivo. El proceso reacciona con dióxido de carbono y agua para formar bicarbonato. Sus proyectos han involucrado granjas en India, Zambia y Tanzania. ^{[ 37 ]}

UNDO , una empresa británica de meteorización mejorada, esparce roca de silicato triturada, como basalto y wollastonita, en tierras agrícolas del Reino Unido, Canadá y Australia. Afirman haber esparcido más de 200 000 toneladas de roca triturada hasta la fecha, que capturarán más de 40 000 toneladas de CO₂ _a medida que la roca se meteoriza. En marzo de 2024, publicaron un artículo revisado por pares ^{[ 38 ]} en colaboración con la Universidad de Newcastle en la revista PLOS ONE sobre los beneficios agronómicos del basalto triturado en un clima templado. Fueron uno de los 20 finalistas en XPRIZE Carbon Removal ^{[ 39 ]} , una competición de 100 millones de dólares organizada por la Fundación Musk .

Una empresa irlandesa llamada Silicate ha realizado ensayos en Irlanda y en 2023 estaba llevando a cabo ensayos en Estados Unidos, cerca de Chicago. Utilizando hormigón triturado hasta convertirlo en polvo y esparcido en tierras de cultivo en una proporción de 500 toneladas por cada 50 hectáreas, su objetivo era capturar 100 toneladas de CO₂ _al año de esa zona. Afirmando que mejora la calidad del suelo y la productividad de los cultivos, la empresa vende créditos de eliminación de carbono para financiar los costes. La financiación inicial del proyecto piloto proviene del premio otorgado a la startup por el concurso THRIVE/Shell Climate-Smart Agriculture Challenge. ^{[ 40 ] [ 41 ]}

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