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Captura directa de aire

Un ejemplo de cómo podría ser la captura directa de aire y cómo funciona el proceso. La captura directa de aire ( DAC ) [ 1 ] consiste en el uso de procesos químicos o físicos p...

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Un ejemplo de cómo podría ser la captura directa de aire y cómo funciona el proceso.

La captura directa de aire ( DAC ) [ 1 ] consiste en el uso de procesos químicos o físicos para extraer dióxido de carbono ( CO₂ ) directamente del aire ambiente. [ 2 ] Si el CO₂ extraído se almacena posteriormente de forma segura a largo plazo, el proceso global se denomina captura y secuestro directo de carbono del aire ( DACCS ), logrando así la eliminación de dióxido de carbono . Los sistemas que emplean este proceso se denominan tecnologías de emisiones negativas ( NET ). [ 3 ]

La DAC contrasta con la captura y almacenamiento de carbono (CCS), que captura CO₂ de fuentes puntuales , como una fábrica de cemento o una planta de bioenergía. [ 4 ] Después de la captura, la DAC genera una corriente concentrada de CO₂ para su secuestro o utilización . La eliminación de dióxido de carbono se logra cuando el aire ambiente entra en contacto con medios químicos, típicamente un disolvente alcalino acuoso [ 5 ] o sorbentes . [ 6 ] Estos medios químicos se despojan posteriormente de CO₂ mediante la aplicación de energía (es decir, calor), lo que da como resultado una corriente de CO₂ que puede sufrir deshidratación y compresión, mientras que simultáneamente regenera los medios químicos para su reutilización.

El DAC aún no se ha integrado en el comercio de emisiones porque, a más de US$1000, [ 7 ] el costo por tonelada de dióxido de carbono es muchas veces el precio del carbono . [ 8 ] El alto costo actual del DAC está impulsado por la escala de implementación y los factores energéticos. En 2025, los costos del DAC superaron los $1000 por tonelada de CO2 . [ 9 ] Algunos afirman que para escalas de plantas de 1 Mtpa (millón de toneladas por año) y más, el costo del DAC podría reducirse por debajo de los $200 por tonelada de CO2 atmosférico eliminado , [ 5 ] [ 10 ] pero otros lo discuten. [ 9 ] [ 11 ] Las innovaciones futuras pueden reducir la intensidad energética de este proceso.

La tecnología DAC se propuso en 1999 y aún se encuentra en desarrollo. [ 12 ] [ 13 ] Varias plantas comerciales están planificadas o en funcionamiento en Europa y Estados Unidos. El despliegue a gran escala de la tecnología DAC podría acelerarse al vincularse con aplicaciones económicas o incentivos políticos.

A diferencia de la captura y almacenamiento de carbono (CCS), que captura las emisiones de una gran fuente puntual como una fábrica, la DAC reduce la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera en su conjunto. Se espera que volar a través de los océanos y viajar al espacio emita una cantidad significativa de gases de efecto invernadero a mediados del siglo XXI. [ 14 ] [ 15 ] La DAC se puede utilizar para capturar dióxido de carbono antes o después de su uso en combustible para aviones . [ 4 ] [ 16 ] Aunque los biocombustibles [ 17 ] son ​​una alternativa a los efuels , a partir de 2026 el equilibrio más sostenible entre ellos no está claro. [ 18 ]

Métodos de captura

Diagrama de flujo del proceso de captura directa de aire utilizando hidróxido de sodio como absorbente e incluyendo la regeneración del solvente.
Diagrama de flujo del proceso de captura directa de aire utilizando hidróxido de sodio como absorbente e incluyendo la regeneración del disolvente.

La captura de CO₂ en DAC consta de tres etapas : la etapa de contacto, la etapa de captura y la etapa de separación. En la etapa de contacto, el sistema DAC transporta aire atmosférico que contiene CO₂ al equipo mediante ventiladores de gran tamaño. Posteriormente, en la etapa de captura de CO₂, este se une de forma rápida y eficaz a disolventes líquidos en reactores químicos o a adsorbentes sólidos en filtros, los cuales deben poseer energías de enlace equivalentes a la del CO₂ . Más adelante , en la etapa de separación de CO₂ , fuentes de energía externas facilitan la separación del CO₂ de los disolventes o adsorbentes, obteniendo CO₂ puro y disolventes o adsorbentes regenerados. Una vez completadas estas tres etapas, el CO₂ puro separado se utiliza o se almacena, mientras que los disolventes o adsorbentes recuperados se reciclan para su reutilización en el proceso de captura de CO₂ . [ 19 ]

Generalmente, los DAC con sorbentes sólidos (S-DAC) utilizan un proceso de baja temperatura, mientras que los DAC con sorbentes líquidos (aminas o hidróxidos metálicos) (L-DAC) utilizan un proceso de baja o alta temperatura. [ 10 ] [ 20 ] [ 5 ] [ 21 ] Los S-DAC y los L-DAC presentan propiedades diferentes en términos de cinética y transferencia de calor. [ 22 ] Actualmente, los L-DAC y los S-DAC representan dos tecnologías maduras para su implementación industrial. Además, varias tecnologías DAC emergentes, incluyendo la adsorción por oscilación electroquímica (ESA), la adsorción por oscilación de humedad (MSA) y los DAC basados ​​en membranas (m-DAC), se encuentran en diferentes etapas de desarrollo, prueba o aplicación práctica limitada. [ 19 ]

Más recientemente, la empresa irlandesa Carbon Collect Limited [ 23 ] ha desarrollado el MechanicalTree™ , que simplemente se mantiene en pie al viento para capturar CO₂ . La empresa afirma que esta "captura pasiva" de CO₂ reduce significativamente el coste energético de la captura directa de aire y que su geometría se presta a la ampliación para la captura de gigatoneladas de CO₂ .

La mayoría de las técnicas comerciales utilizan un disolvente líquido —generalmente a base de aminas o cáustico— para absorber CO₂ de un gas. [ 24 ] Por ejemplo, un disolvente cáustico común: el hidróxido de sodio reacciona con el CO₂ y precipita un carbonato de sodio estable . Este carbonato se calienta para producir una corriente de CO₂ gaseoso de alta pureza. [ 25 ] [ 26 ] El hidróxido de sodio se puede reciclar a partir del carbonato de sodio en un proceso de caustificación . [ 27 ] Alternativamente, el CO₂ se une a un adsorbente sólido en el proceso de quimisorción . [ 24 ] Mediante calor y vacío, el CO₂ se desorbe del sólido. [ 26 ] [ 28 ]

Entre los procesos químicos específicos que se están explorando, destacan tres: la causticación con hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos, la carbonatación , [ 29 ] y los sorbentes híbridos orgánico-inorgánicos que consisten en aminas soportadas en adsorbentes porosos . [ 12 ]

Otros métodos explorados

La idea de utilizar muchos depuradores DAC pequeños y dispersos —análogos a plantas vivas— para crear una reducción ambientalmente significativa en los niveles de CO₂ , ha hecho que la tecnología sea conocida como árboles artificiales en los medios de comunicación populares. [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]

Absorbente de cambio de humedad

En un proceso cíclico diseñado en 2012 por el profesor Klaus Lackner , director del Centro para Emisiones Negativas de Carbono (CNCE), el CO₂ diluido puede separarse eficientemente utilizando una resina polimérica de intercambio aniónico llamada Marathon MSA, que absorbe el CO₂ del aire cuando está seco y lo libera al exponerse a la humedad. Gran parte de la energía para el proceso es suministrada por el calor latente del cambio de fase del agua. [ 33 ] La tecnología requiere más investigación para determinar su rentabilidad. [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]

Estructuras metalorgánicas

Otras sustancias que se pueden utilizar son los marcos metalorgánicos (MOF). [ 37 ]

Los marcos metalorgánicos son materiales porosos cristalinos compuestos por cúmulos de iones metálicos unidos por moléculas orgánicas, lo que da como resultado estructuras tridimensionales altamente ordenadas con áreas superficiales internas excepcionalmente grandes. En comparación con los sorbentes sólidos convencionales como los carbones activados y las zeolitas, los MOF ofrecen una mayor capacidad de ajuste: su tamaño de poro, geometría y química superficial pueden variarse sistemáticamente cambiando los centros metálicos o los enlaces orgánicos, lo que permite diseñar materiales con propiedades específicas de unión de CO₂. [ 38 ] Para aplicaciones de DAC, los MOF funcionalizados con aminas han atraído un interés particular, ya que los grupos amina pueden unirse selectivamente al CO₂ a través de quimisorción incluso a la concentración atmosférica extremadamente baja de aproximadamente 400 ppm. [ 39 ] Un desafío clave para los MOF en DAC es la estabilidad a la humedad: dado que el aire atmosférico siempre contiene vapor de agua en concentraciones que superan con creces el CO₂, las moléculas de agua compiten por los mismos sitios de unión y pueden causar degradación estructural del marco durante repetidos ciclos de adsorción-desorción. [ 40 ] El diseño de MOF que sean selectivos para el CO₂ y resistentes a la humedad en condiciones operativas del mundo real sigue siendo un área activa de investigación. [ 41 ]

Identificar adsorbentes MOF eficaces para DAC es un desafío debido a la gran cantidad de posibles combinaciones de estructuras. En 2023, investigadores del equipo de Investigación Fundamental de IA (FAIR) de Meta AI y del Instituto Tecnológico de Georgia publicaron el conjunto de datos Open Direct Air Capture (OpenDAC) para abordar este problema computacionalmente. [ 42 ] El conjunto de datos contiene resultados de aproximadamente 400 millones de horas de CPU de cálculos de química cuántica que evalúan candidatos MOF para propiedades de adsorción de CO₂, lo que lo convierte en uno de los conjuntos de datos computacionales abiertos más grandes del campo. [ 43 ] Junto con el conjunto de datos, se publicaron modelos de potencial interatómico de aprendizaje automático para permitir la evaluación rápida de materiales candidatos a una fracción del costo de las simulaciones tradicionales de la teoría del funcional de la densidad, con el objetivo de acelerar el descubrimiento de adsorbentes DAC viables. [ 42 ]

Membranas

La separación basada en membranas (m-DAC) [ 44 ] emplea membranas semipermeables. Este método requiere poca agua y ocupa menos espacio. [ 24 ] Normalmente se utilizan membranas poliméricas, ya sean vítreas o elastoméricas, para la captura directa de aire. Las membranas vítreas suelen presentar una alta selectividad con respecto al dióxido de carbono; sin embargo, también tienen baja permeabilidad. La captura de dióxido de carbono mediante membranas aún está en desarrollo y requiere más investigación antes de que pueda implementarse a mayor escala. [ 45 ]

Adsorción por oscilación eléctrica

También se ha propuesto la adsorción por oscilación eléctrica (ESA). [ 46 ]

harina de roca

La harina de roca , suelo molido en nanopartículas por el hielo glaciar, tiene potencial tanto como acondicionador de suelos como para la captura de carbono. El deshielo de los glaciares deposita mil millones de toneladas de harina de roca anualmente, y una tonelada de harina de roca de Groenlandia puede capturar 250 kilogramos (550 lb) de carbono. [ 47 ] 

Impacto ambiental

DAC es una tecnología negativa de carbono, con sus emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) estimadas que van desde 0,01 t CO₂ emitidas por t CO₂ capturada cuando se usa electricidad renovable hasta 0,65 t CO₂ emitidas por t CO₂ capturada cuando se usa electricidad de la red y calefacción de gas natural (GN). [ 10 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] El factor de emisión de la fuente de energía de DAC es el principal impulsor de las emisiones de GEI de DAC. [ 10 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] La combinación de energía eólica renovable y electricidad de la red también sería negativa de carbono, proporcionando altos beneficios de eliminación de carbono. Los factores de emisión para energía eólica renovable y electricidad de la red son típicamente menos de 0,1 t CO₂ emitidas por t CO₂ capturada si la planta eólica suministra al menos 50–80% del factor de capacidad de la planta (uso de capacidad) cuando los factores de emisión de electricidad de la red no superan 0,3077 kg CO₂ /kWh . [ 10 ] Aún se podrían utilizar factores de emisión de electricidad de la red más altos, pero esto requeriría que su uso fuera inferior al 20% para lograr una eliminación de carbono muy alta.

Los defensores de la DAC argumentan que es un componente esencial de la mitigación del cambio climático . [ 2 ] [ 28 ] [ 36 ] Los investigadores postulan que la DAC podría ayudar a contribuir a los objetivos del Acuerdo de París (a saber, limitar el aumento de la temperatura media global a muy por debajo de 2  °C por encima de los niveles preindustriales). La IEA estima que se necesitan capturar al menos 85 millones de toneladas y 980 millones de toneladas de CO 2 anualmente para 2030 y 2050, respectivamente, para lograr cero emisiones netas. [ 51 ] Sin embargo, otros afirman que depender de esta tecnología es arriesgado y podría posponer la reducción de emisiones bajo la noción de que será posible solucionar el problema más adelante, [ 13 ] [ 52 ] y sugieren que reducir las emisiones puede ser una mejor solución. [ 25 ] [ 53 ] Es importante ver la DAC como una solución complementaria que es necesaria para ayudar a lograr los objetivos climáticos.

Los opositores de DAC argumentan que los recursos necesarios para operar las tecnologías DAC son una carga inmensa que puede superar el objetivo de la tecnología en sí. [ 54 ] Un análisis de 2020 reveló que la tecnología DAC 2 puede ser una opción inadecuada para capturar los 30 Gt- CO 2 proyectados por año, ya que requiere una enorme cantidad de materiales (16,3–27,8 Gt de NH 3 y 3,3–5,6 Gt de EO) [ 54 ] El mismo estudio encontró que la tecnología DAC 1 requiere al menos 8,4–13,1 TW-año (46–71% TGES), una estimación que se calculó excluyendo los costos de energía asociados para el almacenamiento de carbono. [ 54 ] Sin embargo, los enfoques de cero neto de la AIE requieren una captura de CO 2 de DAC del orden de 0,1 Gt- CO 2 (980 millones de toneladas de CO 2 ) anualmente en 2050, lo que es significativamente menor que los 30 Gt- CO 2 por año que los opositores de DAC estaban evaluando. [ 51 ] [ 54 ]

En 2021 se exploraron las preocupaciones sobre el costo de la energía y se encontró que , para que la tecnología DAC mantuviera una eliminación de carbono del 73-86% por tonelada de CO₂ capturada, requeriría una ocupación de tierras y energía renovable equivalente a la necesaria para una transición global de vehículos de gasolina a eléctricos, con un consumo de materiales aproximadamente cinco veces mayor. [ 55 ] Sin embargo, la demanda de materiales de DAC proviene principalmente de materiales comunes, como acero, hormigón y minerales terrestres (como zeolitas e hidróxidos metálicos). El uso de vehículos eléctricos puede requerir un acceso sustancial a materiales críticos, y esta disponibilidad limitada de materiales críticos podría no ser suficiente para satisfacer la demanda necesaria para lograr cero emisiones netas. [ 56 ]

Algunas tecnologías DAC, especialmente los sistemas líquidos, requieren tanto calor a alta temperatura como electricidad. En estos sistemas, la demanda eléctrica se realiza utilizando gas natural, electricidad importada de la red y combustión de gas natural con oxígeno puro. [ 57 ] Esto significa que muchas tecnologías DAC se alimentan de combustibles fósiles, precisamente aquello de lo que la tecnología pretende eliminar la dependencia. [ 58 ] Sin embargo, desde el punto de vista de las emisiones de GEI, DAC generalmente sería carbono negativo incluso si se utilizara gas natural para la calefacción, con factores de emisión de 0,3–0,65 t CO 2 emitido por t CO 2 capturado. [ 10 ] [ 48 ] Por lo tanto, el objetivo de DAC de compensar las emisiones aún podría lograrse.

La DAC que se basa en la absorción con aminas requiere una cantidad significativa de agua. Se estimó que para capturar 3,3  gigatoneladas de CO₂ al año se necesitarían 300 km³  de agua, o el 4 % del agua utilizada para riego . Por otro lado, el uso de hidróxido de sodio requiere mucha menos agua, pero la sustancia en sí es altamente cáustica y peligrosa. [ 13 ] Además, es importante señalar que las diferentes tecnologías de eliminación de carbono pueden tener sus ventajas de diseño y operación; por ejemplo, si bien las soluciones basadas en la naturaleza son económicas, una planta de DAC que captura 1 MtCO₂ por año utilizando un área de tierra de 0,4–1,5 km² (99–371 acres) equivale a las tasas de captura de CO₂ de aproximadamente 46 millones de árboles, lo que requiere aproximadamente 3098–4647 km² (766 000–1 148 000 acres) de tierra. [ 10 ] [ 59 ] [ 60 ]  

La DAC también requiere una mayor entrada de energía en comparación con la captura tradicional de fuentes puntuales, como los gases de combustión , debido a la baja concentración de CO₂ . [ 25 ] [ 52 ] Algunos autores dan la energía mínima teórica requerida para extraer CO₂ del aire ambiente como 250 kWh por tonelada de CO₂ , mientras que la captura de centrales eléctricas de gas natural y carbón requiere, respectivamente, alrededor de 100 y 65 kWh por tonelada de CO₂ . [ 25 ] [ 2 ] La penalización adicional por el uso de ventiladores para bombear aire podría agregar una penalización de energía del 10% al 30% si la demanda de energía de la DAC es de 10 a 4 MJ/t CO₂ , respectivamente.  

Aplicaciones

Las aplicaciones prácticas de DAC incluyen:

Estas aplicaciones requieren diferentes concentraciones de CO₂ producto formado a partir del gas capturado. Las formas de secuestro de carbono , como el almacenamiento geológico, requieren productos de CO₂ puro ( concentración > 99%), mientras que otras aplicaciones, como la agricultura, pueden funcionar con productos más diluidos (~ 5%). Dado que el aire que se procesa a través de DAC contiene originalmente 0,04% de CO₂ (o 400 ppm), la creación de un producto puro requiere más energía que un producto diluido y, por lo tanto, suele ser más costosa. [ 33 ] [ 62 ] El carbono capturado que se utiliza para alimentos generalmente requiere CO₂ con mayor pureza, que oscila entre el 50% o más, seguido de un procesamiento químico adicional. [ 63 ]

La DAC no es una alternativa a la captura y almacenamiento de carbono (CCS) tradicional de fuente puntual, sino una tecnología complementaria que podría utilizarse para gestionar las emisiones de carbono de fuentes distribuidas, las emisiones fugitivas de la red CCS y las fugas de formaciones geológicas. [ 2 ] [ 53 ] [ 25 ] Debido a que la DAC puede implementarse lejos de la fuente de contaminación, el combustible sintético producido con este método puede utilizar la infraestructura de transporte de combustible ya existente. [ 61 ]

El discurso típico en torno a la captura directa de carbono (DAC) se limita a su eficacia para mitigar los problemas del cambio climático/calentamiento global. [ 64 ] Sin embargo, la mayoría de las instalaciones de DAC existentes son de pequeña escala, [ 44 ] y operan principalmente para vender el CO₂ capturado para su uso en otros productos en lugar de secuestrarlo permanentemente. [ 65 ] Las instalaciones de DAC que venden CO₂ para la producción de bebidas operan con bajas tasas de recuperación de alrededor del 4,7 % y producen 58 tCO₂ por día. [ 66 ] El uso de instalaciones de DAC con fines comerciales refuerza la opinión de los detractores de que la DAC es una estratagema utilizada por las corporaciones para proteger y promover sus intereses financieros. [ 64 ]

Dada la multitud de aplicaciones de DAC, los defensores de DAC argumentan que la utilidad política de la tecnología reside en su capacidad para crear nuevas oportunidades de empleo. [ 67 ]

Instalaciones DAC operativas/en desarrollo

Proyectos DAC y sus respectivos procesos para la eliminación y/o almacenamiento de carbono [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ] [ 75 ] [ 76 ] [ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] [ 80 ] [ 81 ] [ 82 ] [ 83 ] [ 84 ] [ 85 ] [ 86 ] [ 87 ] [ 88 ] [ 89 ]

Desarrollo internacional de CAD

  • Se espera que 53 plantas DAC estén operativas para finales de 2024 [ 90 ].
  • 93 plantas DAC estarán operativas en 2030 con una capacidad combinada de 6,4-11,4 MtCO2/año [ 91 ]
  • Para finales de 2024, está previsto que 18 plantas estén operativas en Norteamérica y 24 en Europa [ 91 ].
  • Los principales países del CAD incluyen a Estados Unidos, Canadá y naciones europeas [ 92 ].

Porcelana

Se han propuesto tecnologías DAC para ayudar a China en su búsqueda de la neutralidad de carbono para 2060. [ 93 ] Tras la Conferencia Climática de Glasgow de 2021, como principal emisor de GEI, China ha comenzado el desarrollo de varias estrategias de bajas emisiones. [ 94 ] Con el compromiso de China solo con DAC, el calentamiento global podría disminuir aproximadamente entre 0,2  °C y 0,3  °C. [ 93 ] Estudios recientes sobre la descarbonización profunda en China sugieren que la neutralidad de carbono puede lograrse con la contribución de la captura y almacenamiento de carbono para eliminar múltiples GtCO2 año-1 emisiones de fuente puntual. [ 95 ] China ha desarrollado su propia tecnología de captura directa de aire (DAC), llamada "CarbonBox", desarrollada por la Universidad Jiao Tong de Shanghái y China Energy Engineering Corporation. [ 96 ] Cada módulo puede extraer más de 100 toneladas de dióxido de carbono (CO 2 ) anualmente, lo que da como resultado un producto de CO 2 con una pureza del 99 % . Las instalaciones CarbonBox DAC tienen el tamaño de un contenedor de transporte, se pueden instalar en el lugar y utilizan fuentes de energía bajas en carbono para eliminar el CO₂ de la atmósfera. [ 97 ]

Islandia

Orca, un proyecto pionero de Climeworks, con sede en Zúrich, con el apoyo de Microsoft en 2021, fue la primera planta DAC a gran escala, que afirmaba poder eliminar 4000 toneladas de CO₂ anualmente [ 98 ] esta cantidad corresponde a aproximadamente 1,75 millones de litros de gasolina. [ 99 ] Sin embargo, el rendimiento real ha promediado 600 toneladas por año desde que comenzó a operar, y no logra extraer siquiera suficiente CO₂ para compensar sus propias emisiones. [ 100 ] La instalación DAC está ubicada en Islandia, Hellisheidi, y se alimenta de la planta de energía geotérmica de Hellisheidi. [ 101 ] Orca consta de 12 contenedores que contienen aminas que recolectan un total de alrededor de 600  kg de CO₂ por hora. [ 102 ] Esta instalación opera en conjunto con CarbFix, una empresa de tecnología islandesa. CarbFix toma el CO₂ capturado de la instalación DAC y lo inyecta en la corteza terrestre (a través de la mineralización) [ 102 ]. El proceso de mineralización evita los riesgos de incendio y fugas asociados con otras tecnologías DAC. [ 99 ].

Kenia

Octavia Carbon, fundada por Martin Freimüller en 2022, es la primera empresa de captura directa de aire en el Sur Global. [ 103 ] La empresa planea desarrollar tecnología DAC en consonancia con la red renovable del país y su rica geología, ambas adecuadas para el almacenamiento de CO 2. [ 104 ] Este proyecto aún se encuentra en su fase de desarrollo; sin embargo, tras el apoyo del gobierno keniano y empresas internacionales de DAC, el equipo ha crecido hasta emplear a más de 53 personas. [ 105 ] En colaboración con Carbonfuture, Octavia Carbon ahora busca implementar un innovador sistema digital de monitoreo, reporte y verificación (dMRV) para DAC. [ 106 ] Los sistemas dMRV permiten el seguimiento de datos en tiempo real a lo largo de todo el proceso de eliminación de carbono. [ 104 ] La instalación piloto actual de DAC, Proyecto Hummingbird, está ubicada en el Valle del Rift de Kenia en Naivasha y se proyecta que capture y almacene de forma segura 1000 toneladas de CO 2 anualmente (1000 tCO/año). [ 107 ] El Proyecto Hummingbird utilizará el proceso de mineralización inyectando el CO 2 almacenado en las formaciones de roca basáltica nativas del Valle del Rift . [ 107 ]

Costo

El impacto de la capacidad de la planta en las principales tecnologías de captura directa de aire mediante adsorbentes sólidos [ 10 ]

Uno de los mayores obstáculos para la implementación de DAC es el costo de separar CO₂ del aire. [ 62 ] [ 108 ] En 2023, el Departamento de Energía de los Estados Unidos tenía como objetivo que los costos por tonelada fueran inferiores a $100. [ 7 ] La planta DAC más grande actual, Climeworks Mammoth, tiene una capacidad de solo 36 000 toneladas de CO₂ por año con un costo de captura de $1000 (£774) por t CO₂ . [ 109 ] Una investigación de 2025 indicó que este alto costo se debe a la capacidad de la planta en operación, típicamente menos de 50 000 toneladas por año. [ 10 ] Aumentar la capacidad de las plantas DAC puede llevar a los beneficios de las economías de escala, con un costo que oscila entre $94 y $232 por t CO₂ capturado para una planta de 1 Mtpa . [ 10 ] [ 5 ] El despliegue a gran escala de DAC puede acelerarse mediante incentivos políticos. [ 110 ]

En virtud de la Ley de Infraestructura Bipartidista, el Departamento de Energía de EE. UU. invertirá 3.500 millones de dólares en cuatro centros de captura directa de CO₂ atmosférico. Según la agencia, estos centros tienen el potencial de capturar al menos un millón de toneladas métricas de dióxido de carbono (CO₂ ) al año de la atmósfera. Una vez capturado, el CO₂ se almacenará permanentemente en una formación geológica. [ 111 ]

El Departamento de Energía invirtió 1200 millones de dólares para impulsar el desarrollo de instalaciones de captura directa de aire en Texas y Luisiana . Estos proyectos son el resultado de las selecciones iniciales de la Ley de Infraestructura Bipartidista del Presidente Biden . [ 112 ]

Desarrollo

Ingeniería del carbono

Carbon Engineering es una empresa comercial de DAC fundada en 2009 y respaldada, entre otros, por Bill Gates y Murray Edwards . [ 61 ] [ 53 ] A partir de 2018, opera una planta piloto en Columbia Británica, Canadá, que ha estado en funcionamiento desde 2015 [ 28 ] y es capaz de extraer aproximadamente una tonelada de CO 2 al día. [ 13 ] [ 53 ] Un estudio económico de su planta piloto realizado entre 2015 y 2018 estimó el costo en $94–232 por tonelada de CO 2 atmosférico eliminado. [ 28 ] [ 5 ] Una publicación de 2025 coincidió con las estimaciones de costos de Carbon Engineering, bajo las condiciones de que la capacidad de la planta DAC sería de al menos 1 Mtpa para lograr costos de captura de $97–168/tCO2 bruto capturado [$126–170/tCO2 neto capturado ] en 2025 y $87–140/tCO2 bruto capturado [$93–142/tCO2 neto capturado ] en 2050. [ 10 ] Además, este estudio también coincidió con las estimaciones de Climeworks de más de $1000/tCO2 capturado si la capacidad de la planta DAC es menor a 0,05 Mtpa (50 000 toneladas anuales). La planta DAC más grande actual, Climeworks Mammoth, es de solo 36 000 toneladas por año.

En colaboración con la empresa energética californiana Greyrock, Carbon Engineering convierte una parte de su CO2 concentrado en combustible sintético , incluyendo gasolina, diésel y combustible para aviones. [ 28 ] [ 53 ]

La empresa utiliza una solución de hidróxido de potasio . Esta reacciona con el CO₂ para formar carbonato de potasio , que elimina una cierta cantidad de CO₂ del aire. [ 61 ]

Obras climáticas

La primera planta de captura directa de aire (DAC) a escala industrial de Climeworks, que comenzó a operar en mayo de 2017 en Hinwil , en el cantón de Zúrich, Suiza, puede capturar 900 toneladas de CO₂ al año . Para reducir sus necesidades energéticas, la planta utiliza el calor de una planta local de incineración de residuos . El CO₂ se utiliza para aumentar el rendimiento de los cultivos de hortalizas en un invernadero cercano. [ 113 ]

La empresa afirmó que cuesta alrededor de $600 capturar una tonelada de CO2 del aire. [ 114 ] [ 24 ]

Climeworks se asoció con Reykjavik Energy en Carbfix , un proyecto lanzado en 2007. En 2017, se inició el proyecto CarbFix2 [ 115 ] y recibió financiación del programa de investigación Horizonte 2020 de la Unión Europea   . El proyecto de planta piloto CarbFix2 funciona junto con una central geotérmica en Hellisheidi, Islandia . En este enfoque, el CO₂ se inyecta a 700 metros bajo tierra y se mineraliza en el lecho rocoso basáltico formando minerales carbonatados. La planta DAC utiliza el calor residual de baja temperatura de la planta, eliminando así más CO₂ del que ambas producen. [ 13 ] [ 116 ]

El 8 de mayo de 2024, Climeworks activó la planta DAC más grande del mundo, llamada Mammoth, en Islandia. Según Climeworks, podrá extraer 36 000 toneladas de carbono de la atmósfera al año a plena capacidad, lo que equivale a retirar de la circulación unos 7800 coches de gasolina durante un año. [ 117 ] Se informa que esta planta captura CO₂ a un coste de 1000 $ (774 £) por t de CO₂ . [ 109 ] Este elevado coste se debe principalmente al tamaño de la planta , ya que el coste del producto generalmente disminuye con las economías de escala. Se informa que para una planta de CO₂ de 1 Mtpa , el coste de DAC estaría generalmente entre 94 y 232 $ por tonelada de CO₂ atmosférico eliminado. [ 5 ] [ 10 ] El proyecto Cypress tiene como objetivo superar 1 Mtpa en EE. UU. [ 118 ]

termostato global

Global Thermostat es una empresa privada fundada en 2010, ubicada en Manhattan , Nueva York, con una planta en Huntsville, Alabama . [ 61 ] Global Thermostat utiliza sorbentes a base de aminas unidos a esponjas de carbono para eliminar el CO₂ de la atmósfera. La empresa tiene proyectos que van desde 40 a 50 000 toneladas por año. [ 119 ]

Global Thermostat ha cerrado acuerdos con Coca-Cola (que pretende utilizar DAC para obtener CO₂ para sus bebidas carbonatadas) y ExxonMobil, que tiene la intención de iniciar un negocio de DAC para combustible utilizando la tecnología de Global Thermostat. [ 61 ]

Energía Soleair

Soletair Power es una startup fundada en 2016, ubicada en Lappeenranta , Finlandia, que opera en los campos de captura directa de aire y Power-to-X . La startup está respaldada principalmente por el grupo tecnológico finlandés Wärtsilä . Según Soletair Power, su tecnología es la primera en combinar la captura directa de aire con los sistemas HVAC de los edificios. La tecnología captura el CO₂ del aire que circula por las unidades de ventilación existentes en el interior de los edificios para eliminar el CO₂ atmosférico y reducir las emisiones netas del edificio. El CO₂ capturado se mineraliza en hormigón, se almacena o se utiliza para crear productos sintéticos como alimentos, textiles o combustibles renovables . En 2020, Wärtsilä, junto con Soletair Power y Q Power, creó su primera unidad de demostración de Power -to-X [ 120 ] para la Expo Dubai 2020 , que puede producir metano sintético a partir del CO₂ capturado de los edificios.

Combustibles de Prometeo

Prometheus Fuels es una empresa emergente con sede en Santa Cruz que surgió de Y Combinator en 2019 para eliminar el CO₂ del aire y convertirlo en gasolina y combustible para aviones con cero emisiones netas de carbono. [ 121 ] [ 122 ] La empresa utiliza una tecnología DAC, adsorbiendo el CO₂ del aire directamente en electrolitos de proceso, donde se convierte en alcoholes mediante electrocatálisis . Los alcoholes se separan de los electrolitos utilizando membranas de nanotubos de carbono y se transforman en gasolina y combustibles para aviones. Dado que el proceso utiliza únicamente electricidad de fuentes renovables , los combustibles son neutros en carbono cuando se utilizan, sin emitir CO₂ neto a la atmósfera.

Tecnologías de carbono de herencia

La primera planta de captura directa de CO₂ de Heirloom abrió sus puertas en Tracy , California, en noviembre de 2023. La planta puede eliminar hasta 1000 toneladas estadounidenses de CO₂ al año, que luego se incorporan al hormigón mediante tecnologías de CarbonCure. Heirloom también tiene un contrato con Microsoft , en virtud del cual esta última adquirirá 315 000 toneladas métricas de CO₂ eliminado . [ 123 ]

Otras empresas

Innovaciones en la investigación

En el ámbito de la investigación, el desarrollo por parte del equipo de ETH Zurich de una solución fotoácida para la captura directa de aire representa una innovación significativa. Esta tecnología, aún en fase de perfeccionamiento, destaca por sus mínimos requisitos energéticos y su novedoso proceso químico que permite la captura y liberación eficiente de CO₂ . El potencial de escalabilidad de este método y sus beneficios ambientales lo alinean con los esfuerzos en curso de otras empresas mencionadas en esta sección, contribuyendo a la búsqueda global de soluciones de captura de carbono eficaces y sostenibles. Investigaciones recientes sugieren que la integración de sistemas de automatización de almacenes en instalaciones de captura directa de aire puede reducir los costos operativos y mejorar la escalabilidad al optimizar el manejo de equipos y el mantenimiento del sistema. [ 128 ] [ 129 ]

Discurso político

oposición ecologista

En Estados Unidos existe un conflicto entre políticos y defensores del medio ambiente no afiliados a ningún partido político en lo que respecta a la captura directa de aire, en relación con el beneficio económico y la eficiencia para mitigar los riesgos asociados al cambio climático.

Una de las principales quejas de los activistas climáticos se refiere a cómo se percibe que el DAC es, en el mejor de los casos, una irrelevancia costosa para la necesidad más apremiante de reducir las emisiones y, es una estratagema que se utiliza para mantener el statu quo de la industria de combustibles fósiles y perpetuar la contaminación [ 130 ] El Proyecto Stratos fue comprado por Occidental Petroleum por $1.1 mil millones. Esta inversión es considerada por algunos como un intento de extender la longevidad de la industria de combustibles fósiles. El proyecto Stratos es propiedad en última instancia de Occidental Petroleum, una compañía petrolera estadounidense que compró Carbon Engineering el 3 de noviembre de 2023 por $1.1 mil millones y ve la eliminación de carbono como una especie de preparación para el futuro de su industria. [ 131 ] Jonathan Foley, director ejecutivo de Project Drawdown (un plan basado en la investigación para revertir el calentamiento global y detener el cambio climático) [ 132 ] considera la tecnología DAC como un ejercicio de lavado de imagen verde, que mitiga los problemas del cambio climático pero no busca resolverlos. [ 130 ] La Asociación de Consumidores de Penang percibe que el DAC es algo que exacerba la crisis climática y es fundamentalmente contrario al principio de justicia climática. [ 133 ]

Un estudio realizado en 2024 analizó el apoyo condicional a las tecnologías DAC en Estados Unidos. El estudio reveló que la mayoría de los participantes familiarizados con la tecnología DAC y preocupados por el cambio climático tenían dudas sobre los riesgos morales de dicha tecnología. [ 67 ] Los participantes expresaron su rechazo a la posibilidad de que la tecnología DAC permitiera a las empresas continuar con prácticas contaminantes mientras realizaban un lavado de imagen verde, un tema que se planteó en todos los grupos focales. [ 67 ] Otros participantes temían que la tecnología DAC fuera utilizada como fachada por las corporaciones de combustibles fósiles para crear la ilusión de que se estaba haciendo algo para combatir el cambio climático sin aportar un beneficio real al medio ambiente. [ 67 ]

La oposición ambientalista a la DAC suele centrarse en los impactos ecológicos de la infraestructura energética asociada. [ 134 ] También se cuestionan las complicaciones relacionadas con el impacto que la DAC puede tener en la calidad del aire en comunidades específicas. [ 134 ] Algunos críticos de la DAC se oponen a la tecnología debido a los lugares donde suele ubicarse, ya que algunos consideran que estos proyectos siempre se desarrollan en zonas pobres; los opositores expresaron sentirse "experimentados". [ 135 ]

Another study focusing on perceptions of DAC technology from climate concerned persons from the United States and the United Kingdom found similar results. A theme across all groups was the perception of DAC as a technology that is incongrous with the vision for a sustainable society.[64] Participants reported DAC to be "reactionary" to climate change as opposed to a viable solution to it.[64] A consistent theme across all workshops was the idea that CDR does not necessarily reflect people's 'vision' for a sustainable future society: "The survey also showed that "very few people believed that CDR deals with the root cause of emissions."[64] The study revealed that the overall perception was that DAC is merely an intervention that fails to address the root cause of climate change and instead sustains the contributors to the crisis itself.[64]'

Political opposition to DAC technology has also been related to doubts in the feasibility of DAC development and deployment at scale. Technologies analogous with DAC such as CCS and BECCS have been subject to immense public opposition.[136] These technologies have also been characterized by multiple failures and aborted projects, contributing to the already persistent doubt regarding the credibility of DAC projects.[137]

Biden's Bipartisan Infrastructure Law

Some environmentalists believe that the 3.5 billion investment in DAC is a "dangerous gamble" that puts the lives of frontline communities at risk.[138] The Institute of Policy studies regards this decision to be risky because "the promise of DAC may never materialize" and should the deployment of this technology fail, the result will be only harm on frontline communities in "new and unacceptable ways".[139] Surveys revealed that among those against DAC Trust in local government was generally low, in addition to mistrust in fossil fuel companies who sponsor DAC development.[67] Environmentalists lack of faith in the bipartisan infrastructure law grew after a 2020 Treasury Department Inspector General investigation revealed that 90% of the tax credits used for carbon capture operations were done so without verifying that any carbon was being captured.[139] Additionally, the IRS decision to not release information about which companies are benefiting from these new investments in DAC increases uncertainty among people who are concerned how their taxes are paying for DAC development.[139]

Partisan perception in the United States

A poll taken in 2023 assessing the opinions on Direct Air Capture based on political party affiliation found that, 42% of Democrats were strongly in favor of DAC, 34% of independent voters were in favor while only 28% of Republicans indicated their fervent support of DAC technology.[135] However, despite the negative response from the climate conscious community, politically, DAC technology has received bipartisan support in government.[140]

La razón del apoyo bipartidista a la DAC parece deberse a dos méritos: el beneficio ambiental de la DAC y las potenciales ventajas económicas. [ 141 ] Los republicanos argumentan que la DAC puede proporcionar ventajas económicas a los países y áreas locales que albergan estas instalaciones mediante la creación de empleo, el aumento de los ingresos fiscales y la diversificación económica. [ 142 ] La utilidad económica que también proporciona la DAC es la protección de las industrias de combustibles fósiles, ya que muchas, incluida ExxonMobil, han donado generosamente a la investigación y el desarrollo de la DAC. [ 141 ] El apoyo bipartidista surge de la percepción de la DAC como una solución que satisface las preocupaciones económicas y ambientales. [ 135 ] Sin embargo, a pesar del apoyo bipartidista a la DAC en el Congreso, una encuesta realizada en 2024 reveló que "los republicanos e independientes eran significativamente menos propensos que los demócratas a apoyar el desarrollo de la DAC en sus comunidades y cerca de ellas, y en los EE. UU."

Gran parte del discurso en torno a la DAC proviene de activistas ambientales, [ 67 ] y aunque existen discrepancias en la forma en que republicanos y demócratas ven la DAC, estas diferencias generalmente se reducen a la percepción de los beneficios que ofrece la DAC. [ 143 ] Algunos ven la DAC como una solución viable para combatir el calentamiento global (principalmente los demócratas), mientras que el apoyo de los republicanos a la DAC radica en que la tecnología no interferirá con los intereses económicos de las compañías de combustibles fósiles. [ 144 ]

Deficiencias de la captura directa de aire

Proyecto BECCS

La bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS) ha sido objeto de escrutinio por diversas razones, principalmente porque la tecnología consume mucha energía, requiere grandes cambios/uso de tierras y tiene el potencial de liberar dióxido de carbono a la atmósfera. [ 145 ] Los ambientalistas argumentaron que la BECCS era una opción inviable debido a las emisiones que produciría el proyecto. [ 145 ] La BECCS se propone como una solución basada en el supuesto de que la bioenergía sería neutra en carbono. Este supuesto resultó ser incorrecto, ya que muchos creen que la deforestación, la tala y las tierras necesarias para albergar esta tecnología compensarían la cantidad de carbono que la tecnología elimina. [ 145 ] Las personas preocupadas por la protección de la vida animal también argumentan que el aumento de la demanda de tierras para la BECCS representaría una amenaza adicional para la biodiversidad. Los opositores también argumentan que el riesgo de una fuga de dióxido de carbono supera los beneficios potenciales si la tecnología funciona correctamente. El dióxido de carbono almacenado bajo tierra tiene un alto riesgo de fuga, y las consecuencias de una fuga importante podrían ser catastróficas. [ 146 ] "Los niveles de CO₂ atmosférico podrían aumentar significativamente, especialmente si se produjera una fuga en un sitio de almacenamiento importante." [ 145 ] La ansiedad en torno a la posibilidad de una fuga de CO₂ es una preocupación común entre quienes dudan de la DAC. [ 67 ]

Requisitos energéticos de los sistemas DAC

La captura directa de carbono (DAC) requiere mucha energía; [ 147 ] las estimaciones varían entre 1 y 2,5 MWh de electricidad por tonelada de CO2. Un estudio de 2026 estimó que eliminar 2 Gt de CO2 anualmente requeriría más de la mitad de la generación de electricidad de EE. UU. de 2024. [ 11 ] Sin embargo, se pueden utilizar bombas de calor y calor geotérmico. [ 148 ]

Véase también

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