Sequestro de carbono - Carbon sequestration

Esquema mostrando o sequestro terrestre e geológico das emissões de dióxido de carbono da indústria pesada , como uma fábrica de produtos químicos .

O sequestro de carbono é a remoção, captura ou sequestro de dióxido de carbono da atmosfera a longo prazo para desacelerar ou reverter o CO atmosférico
2
poluição e mitigar ou reverter as mudanças climáticas . Dióxido de carbono ( CO
2
) é capturado naturalmente da atmosfera por meio de processos biológicos, químicos e físicos. Essas mudanças podem ser aceleradas por meio de mudanças no uso da terra e nas práticas agrícolas, como a conversão de terras de pastagem para lavouras e gado em terras para plantas não agrícolas de rápido crescimento. Processos artificiais foram concebidos para produzir efeitos semelhantes, incluindo captura e sequestro artificial em grande escala de
CO produzido industrialmente.
2
usando
aquíferos salinos subterrâneos , reservatórios, água do oceano , campos de petróleo envelhecidos ou outros sumidouros de carbono , bioenergia com captura e armazenamento de carbono , biochar , fertilização oceânica , intemperismo aprimorado e captura direta de ar quando combinado com armazenamento.

A provável necessidade de CDR ( remoção de dióxido de carbono ) foi expressa publicamente por uma série de indivíduos e organizações envolvidas com questões de mudança climática , incluindo o chefe do IPCC , Rajendra Pachauri , a secretária executiva da UNFCCC , Christiana Figueres , e o World Watch Institute . As instituições com programas importantes focados em CDR incluem o Lenfest Center for Sustainable Energy no Earth Institute, a Columbia University e o Climate Decision Making Center, uma colaboração internacional operada pelo Departamento de Engenharia e Políticas Públicas da Carnegie-Mellon University.

Descrição

Seqüestro anual de CO2 proposto x implementado globalmente. Mais de 75% dos projetos de processamento de gás propostos foram implementados, com números correspondentes para outros projetos industriais e projetos de usinas de energia sendo cerca de 60% e 10%, respectivamente.

O sequestro de carbono é o processo envolvido na captura de carbono e no armazenamento de longo prazo do dióxido de carbono atmosférico ( CO
2
) e pode referir-se especificamente a:

O dióxido de carbono pode ser capturado como um subproduto puro em processos relacionados ao refino de petróleo ou de gases de combustão de geração de energia . CO
2
sequestro inclui a parte de armazenamento de captura e armazenamento de carbono, que se refere à captura e sequestro artificial em grande escala de CO produzido industrialmente
2
usando
aquíferos salinos subterrâneos , reservatórios, água do oceano , campos de petróleo envelhecidos ou outros sumidouros de carbono .

O sequestro de carbono descreve o armazenamento de longo prazo de dióxido de carbono ou outras formas de carbono para mitigar ou adiar o aquecimento global e evitar mudanças climáticas perigosas . Foi proposto como uma forma de desacelerar o acúmulo atmosférico e marinho de gases de efeito estufa , que são liberados pela queima de combustíveis fósseis e pela pecuária industrial.

O dióxido de carbono é capturado naturalmente da atmosfera por meio de processos biológicos, químicos ou físicos. Algumas técnicas de sequestro artificial exploram esses processos naturais, enquanto outras usam processos inteiramente artificiais.

Este sequestro pode ser realizado de três maneiras; captura pós-combustão, captura pré-combustão e oxicombustão. Uma ampla variedade de técnicas de separação está sendo buscada, incluindo separação em fase gasosa, absorção em um líquido e adsorção em um sólido, bem como processos híbridos, como sistemas de adsorção / membrana. Esses processos acima capturam basicamente o carbono emitido por usinas de energia, fábricas, indústrias de queima de combustível e instalações de produção de gado de nova geração à medida que fazem a transição para técnicas agrícolas restaurativas, que são usadas por organizações que buscam reduzir as emissões de carbono de suas operações.

Processos biológicos

Biosequestration

Um fitoplâncton oceânico floresce no Oceano Atlântico Sul , ao largo da costa da Argentina . O incentivo a tais florescências com fertilização com ferro pode reter carbono no fundo do mar.

A biossquestração é a captura e armazenamento do dióxido de carbono do gás de efeito estufa atmosférico por processos biológicos contínuos ou aprimorados. Essa forma de sequestro de carbono ocorre por meio do aumento das taxas de fotossíntese por meio de práticas de uso da terra , como reflorestamento , manejo florestal sustentável e engenharia genética .

O sequestro de carbono por meio de processos biológicos afeta o ciclo global do carbono . Os exemplos incluem grandes flutuações climáticas, como o evento Azolla , que criou o clima ártico atual . Esses processos criaram combustíveis fósseis , bem como clatrato e calcário . Ao manipular esses processos, os geoengenheiros procuram aumentar o sequestro.

Turfeiras

As turfeiras atuam como sumidouros de carbono porque acumulam biomassa parcialmente decomposta que, de outra forma, continuaria a se decompor completamente. Existe uma variação em quanto as turfeiras agem como sumidouro ou fonte de carbono que pode estar ligada a climas variados em diferentes áreas do mundo e diferentes épocas do ano. Ao criar novos pântanos ou melhorar os existentes, a quantidade de carbono sequestrado por pântanos aumentaria.

Silvicultura

O reflorestamento é o estabelecimento de uma floresta em uma área onde não havia cobertura florestal anterior. Reflorestamento é o replantio de árvores em lavouras marginais e pastagens para incorporar o carbono do CO atmosférico
2
em biomassa . Para que esse processo de sequestro de carbono seja bem-sucedido, o carbono não deve retornar à atmosfera da queima em massa ou apodrecimento quando as árvores morrem. Para tanto, os terrenos destinados às árvores não devem ser convertidos para outros usos e pode ser necessário o manejo da frequência das perturbações para evitar eventos extremos. Alternativamente, a madeira deles deve ser sequestrada, por exemplo, por meio de biochar , bioenergia com armazenamento de carbono ( BECS ), aterro ou 'armazenada' para uso em, por exemplo, construção. No entanto, sem crescimento perpétuo, o reflorestamento com árvores de vida longa (> 100 anos) sequestrará o carbono por um período substancial e será liberado gradualmente, minimizando o impacto do carbono no clima durante o século 21. A Terra oferece espaço suficiente para plantar 1,2 trilhão de árvores adicionais. Plantar e protegê-los compensaria cerca de 10 anos de emissões de CO 2 e sequestraria 205 bilhões de toneladas de carbono. Essa abordagem é apoiada pela Campanha Trillion Tree . Restaurar todas as florestas degradadas do mundo capturaria cerca de 205 bilhões de toneladas de carbono no total, o que é cerca de dois terços de todas as emissões de carbono.

Em um artigo publicado na revista Nature Sustainability, os pesquisadores estudaram o efeito líquido de continuar a construir de acordo com as práticas atuais versus aumentar a quantidade de produtos de madeira. Eles concluíram que se durante os próximos 30 anos a nova construção utilizasse 90% de produtos de madeira, 700 milhões de toneladas de carbono seriam sequestrados. Isso é o equivalente a cerca de 7 dias de emissões globais em 2019.

Em um estudo publicado no Journal of Environmental Management, pesquisadores concluíram "que as árvores coníferas e de folha larga podem ter efeitos diversos no sequestro de carbono orgânico do solo em solos de diferentes idades e usos anteriores".

Silvicultura urbana

A silvicultura urbana aumenta a quantidade de carbono absorvido nas cidades ao adicionar novos locais de árvores e o sequestro de carbono ocorre ao longo da vida da árvore. Geralmente é praticado e mantido em escalas menores, como nas cidades. Os resultados da silvicultura urbana podem ter resultados diferentes dependendo do tipo de vegetação que está sendo utilizada, portanto, pode funcionar como sumidouro, mas também pode funcionar como uma fonte de emissões. Junto com o sequestro pelas plantas, que é difícil de medir, mas parece ter pouco efeito na quantidade total de dióxido de carbono que é absorvido, a vegetação pode ter efeitos indiretos sobre o carbono, reduzindo a necessidade de consumo de energia.

Zonas úmidas

A restauração de áreas úmidas envolve a restauração das funções biológicas, geológicas e químicas naturais de uma área úmida por meio de seu restabelecimento ou reabilitação. Também foi proposto como uma estratégia potencial de mitigação das mudanças climáticas, com o carbono sequestrado dessa forma sendo conhecido como carbono azul . O solo de zonas úmidas, particularmente em zonas úmidas costeiras, como manguezais, ervas marinhas e pântanos salgados, é um importante reservatório de carbono; 20-30% do carbono do solo mundial é encontrado em áreas úmidas, enquanto apenas 5-8% das terras do mundo são compostas por áreas úmidas. Estudos têm mostrado que áreas úmidas restauradas podem se tornar sumidouros de CO2 produtivos e muitos projetos de restauração foram implementados nos Estados Unidos e em todo o mundo. Além dos benefícios climáticos, a restauração e conservação de áreas úmidas podem ajudar a preservar a biodiversidade, melhorar a qualidade da água e ajudar no controle de enchentes.

Tal como acontece com as florestas, para que o processo de sequestro seja bem-sucedido, a área úmida deve permanecer intacta. Se for perturbado de alguma forma, o carbono armazenado nas plantas e sedimentos será liberado de volta para a atmosfera e o ecossistema não funcionará mais como sumidouro de carbono. Além disso, algumas áreas úmidas podem liberar gases de efeito estufa não-CO2, como o metano , que podem compensar os benefícios potenciais para o clima. As quantidades de CO
2
sequestrado por pântanos também pode ser difícil de medir.

Agricultura

Em comparação com a vegetação natural, os solos das terras agrícolas estão esgotados em carbono orgânico do solo (SOC). Quando um solo é convertido de terra natural ou seminatural, como florestas, bosques, pastagens, estepes e savanas, o conteúdo de SOC no solo reduz em cerca de 30–40%. Essa perda se deve à retirada de material vegetal contendo carbono, na medida das safras. Quando o uso da terra muda, o carbono no solo aumentará ou diminuirá, esta mudança continuará até que o solo alcance um novo equilíbrio. Desvios desse equilíbrio também podem ser afetados por variações climáticas. A diminuição do teor de SOC pode ser contrabalançada pelo aumento da entrada de carbono, isso pode ser feito com várias estratégias, por exemplo, deixar resíduos da colheita no campo, usar estrume como fertilizante ou incluir culturas perenes na rotação. Culturas perenes têm maior fração de biomassa abaixo do solo, o que aumenta o conteúdo de SOC. Globalmente, estima-se que os solos contenham> 8.580 gigatoneladas de carbono orgânico, cerca de dez vezes a quantidade na atmosfera e muito mais do que na vegetação.

A modificação das práticas agrícolas é um método reconhecido de sequestro de carbono, pois o solo pode atuar como um sumidouro de carbono eficaz, compensando até 20% das emissões anuais de dióxido de carbono de 2010. (Consulte Plantio direto ). A restauração da agricultura orgânica e minhocas pode compensar totalmente o CO
2
excesso de carbono anual de 4 Gt por ano e redução do excesso atmosférico residual. (Veja Composto ).

Os métodos de redução de emissão de carbono na agricultura podem ser agrupados em duas categorias: redução e / ou deslocamento de emissões e aumento da remoção de carbono. Algumas dessas reduções envolvem o aumento da eficiência das operações agrícolas (por exemplo, equipamentos mais eficientes em termos de combustível), enquanto outras envolvem interrupções no ciclo natural do carbono. Além disso, algumas técnicas eficazes (como a eliminação da queima de restolho ) podem impactar negativamente outras questões ambientais (aumento do uso de herbicidas para controlar ervas daninhas não destruídas pela queima).

Cultivo de carbono

O cultivo de carbono é o nome de uma variedade de métodos agrícolas destinados a sequestrar o carbono atmosférico no solo e nas raízes, madeira e folhas das colheitas. Aumentar o teor de carbono do solo pode ajudar no crescimento das plantas, aumentar a matéria orgânica do solo (melhorando o rendimento agrícola), melhorar a capacidade de retenção de água no solo e reduzir o uso de fertilizantes (e as emissões associadas de óxido nitroso de gás de efeito estufa (N2O). A partir de 2016, variantes do cultivo de carbono atingiu centenas de milhões de hectares globalmente, dos quase 5 bilhões de hectares (1,2 × 1010 acres) de terras agrícolas mundiais. Os solos podem conter até 5% de carbono por peso, incluindo a decomposição de matéria vegetal e animal e biochar.

Possíveis alternativas de sequestro para cultivo de carbono incluem purificação de CO
2
do ar com máquinas ( captura direta de ar ); fertilizar os oceanos para provocar a proliferação de algas que, após a morte, carregam carbono para o fundo do mar; armazenar o dióxido de carbono emitido pela geração de eletricidade; e triturar e espalhar tipos de rocha, como o basalto, que absorvem o carbono atmosférico. As técnicas de manejo da terra que podem ser combinadas com a agricultura incluem plantar / restaurar florestas, enterrar o biochar produzido por biomassa convertida anaerobicamente e restaurar áreas úmidas. (Camadas de carvão são os restos de pântanos e turfeiras.)

Cultivo de bambu

Embora uma floresta de bambu armazene menos carbono total do que uma floresta madura de árvores, uma plantação de bambu sequestra carbono em uma taxa muito mais rápida do que uma floresta madura ou uma plantação de árvores. Portanto, o cultivo de madeira de bambu pode ter um potencial significativo de sequestro de carbono.

Solo profundo

Os solos retêm quatro vezes a quantidade de carbono armazenado na atmosfera. Cerca de metade disso é encontrado nas profundezas do solo. Cerca de 90% desse solo profundo C é estabilizado por associações mineral-orgânicas.

Reduzindo as emissões

O aumento da produtividade e da eficiência geralmente reduz as emissões também, uma vez que mais alimentos resultam do mesmo ou de menos esforço. As técnicas incluem o uso mais preciso de fertilizantes , menos perturbação do solo, melhor irrigação e variedades de culturas criadas para características localmente benéficas e aumento da produtividade.

A substituição de operações agrícolas com uso intensivo de energia também pode reduzir as emissões. A agricultura de plantio direto ou reduzido requer menos uso de máquina e queima correspondentemente menos combustível por acre. No entanto, o plantio direto geralmente aumenta o uso de produtos químicos de controle de ervas daninhas e o resíduo agora deixado na superfície do solo tem maior probabilidade de liberar seu CO
2
para a atmosfera à medida que se decompõe, reduzindo a redução líquida de carbono.

Na prática, a maioria das operações agrícolas que incorporam resíduos da colheita pós-colheita, resíduos e subprodutos de volta ao solo fornecem um benefício de armazenamento de carbono. Este é particularmente o caso de práticas como a queima de restolho em campo - ao invés de liberar quase todo o CO armazenado
2
para a atmosfera, o preparo do solo incorpora a biomassa de volta ao solo.

Melhorar a remoção de carbono

Todas as colheitas absorvem CO
2
durante o crescimento e solte-o após a colheita. O objetivo da remoção de carbono agrícola é usar a cultura e sua relação com o ciclo do carbono para sequestrar permanentemente o carbono no solo. Isso é feito selecionando métodos de cultivo que devolvem biomassa ao solo e aumentam as condições nas quais o carbono dentro das plantas será reduzido à sua natureza elementar e armazenado em um estado estável. Os métodos para fazer isso incluem:

  • Use culturas de cobertura , como gramíneas e ervas daninhas, como cobertura temporária entre as estações de plantio
  • Concentre o gado em pequenos piquetes por dias a fio para que pastem de maneira leve, mas uniforme. Isso incentiva as raízes a crescerem mais profundamente no solo. O estoque também ara o solo com seus cascos, triturando grama velha e estrume no solo.
  • Cubra os piquetes nus com feno ou vegetação morta. Isso protege o solo do sol e permite que ele retenha mais água e seja mais atraente para os micróbios que capturam carbono.
  • Restaurar terras degradadas, o que retarda a liberação de carbono enquanto retorna a terra para a agricultura ou outro uso. Terras degradadas com baixo teor de carbono no solo têm um potencial particularmente alto para armazenar C do solo, que pode ser ainda mais aprimorado pela seleção adequada da vegetação.

As práticas de sequestro agrícola podem ter efeitos positivos no solo , no ar e na qualidade da água, ser benéficas para a vida selvagem e expandir a produção de alimentos . Em áreas agrícolas degradadas , um aumento de 1 tonelada de carbono no solo pode aumentar o rendimento da cultura em 20 a 40 quilogramas por hectare de trigo , 10 a 20 kg / ha para milho e 0,5 a 1 kg / ha para feijão nhemba .

Os efeitos do sequestro do solo podem ser revertidos. Se o solo for danificado ou as práticas de cultivo forem abandonadas, o solo se torna uma fonte líquida de gases de efeito estufa. Normalmente, após 15 a 30 anos de sequestro, o solo fica saturado e deixa de absorver carbono. Isso implica que existe um limite global para a quantidade de carbono que o solo pode conter.

Muitos fatores afetam os custos do sequestro de carbono, incluindo a qualidade do solo, os custos de transação e várias externalidades, como vazamentos e danos ambientais imprevistos. Devido à redução do CO atmosférico
2
é uma preocupação de longo prazo, os agricultores podem relutar em adotar técnicas agrícolas mais caras quando não há uma safra, solo ou benefício econômico claros. Governos como Austrália e Nova Zelândia estão considerando permitir que os agricultores vendam créditos de carbono assim que documentarem que aumentaram o conteúdo de carbono do solo o suficiente.

Oceanos

Fertilização de ferro

A fertilização oceânica com ferro é um exemplo de técnica de geoengenharia. A fertilização com ferro tenta estimular o crescimento do fitoplâncton , que remove o carbono da atmosfera por pelo menos um período de tempo. Esta técnica é controversa porque há uma compreensão limitada de seus efeitos completos no ecossistema marinho , incluindo efeitos colaterais e possivelmente grandes desvios do comportamento esperado. Esses efeitos incluem potencialmente a liberação de óxidos de nitrogênio e a interrupção do equilíbrio de nutrientes do oceano.

Eventos de fertilização natural de ferro (por exemplo, deposição de poeira rica em ferro nas águas do oceano) podem aumentar o sequestro de carbono. Cachalotes agem como agentes de fertilização com ferro quando transportam ferro do fundo do oceano para a superfície durante o consumo e defecação das presas. Foi demonstrado que os cachalotes aumentam os níveis de produção primária e exportação de carbono para o oceano profundo, depositando fezes ricas em ferro nas águas superficiais do Oceano Antártico. As fezes ricas em ferro fazem com que o fitoplâncton cresça e retire mais carbono da atmosfera. Quando o fitoplâncton morre, parte dele afunda no oceano profundo e leva consigo o carbono atmosférico. Ao reduzir a abundância de cachalotes no Oceano Antártico, a caça às baleias resultou em 200.000 toneladas extras de carbono remanescentes na atmosfera a cada ano.

Fertilização de uréia

Ian Jones propõe fertilizar o oceano com uréia , uma substância rica em nitrogênio , para estimular o crescimento do fitoplâncton .

A empresa australiana Ocean Nourishment Corporation (ONC) planeja afundar centenas de toneladas de ureia no oceano para aumentar o CO
2
-absorção do crescimento do fitoplâncton como forma de combater as mudanças climáticas. Em 2007, o ONC com sede em Sydney concluiu um experimento envolvendo 1 tonelada de nitrogênio no Mar de Sulu, nas Filipinas.

Camadas de mistura

Incentivar a mistura de várias camadas do oceano pode mover nutrientes e gases dissolvidos, oferecendo caminhos para a geoengenharia . A mistura pode ser obtida colocando-se grandes tubos verticais nos oceanos para bombear água rica em nutrientes para a superfície, provocando a proliferação de algas , que armazenam carbono quando crescem e exportam carbono quando morrem. Isso produz resultados um tanto semelhantes aos da fertilização com ferro. Um efeito colateral é um aumento de curto prazo no CO
2
, o que limita sua atratividade.

Algas marinhas

As algas marinhas crescem em áreas rasas e costeiras e capturam quantidades significativas de carbono que podem ser transportadas para o fundo do oceano por mecanismos oceânicos; as algas que atingem as profundezas do oceano sequestram o carbono e impedem sua troca com a atmosfera ao longo de milênios. Além disso, as algas têm um crescimento muito rápido e teoricamente podem ser colhidas e processadas para gerar biometano , via Digestão Anaeróbia para gerar eletricidade, via Cogeração / CHP ou em substituição ao gás natural . Um estudo sugeriu que se as fazendas de algas marinhas cobrissem 9% do oceano, elas poderiam produzir biometano suficiente para suprir a demanda equivalente da Terra por energia de combustível fóssil, remover 53 gigatoneladas de CO
2
por ano da atmosfera e produzir de forma sustentável 200 kg de peixes por ano, por pessoa, para 10 bilhões de pessoas. As espécies ideais para esse cultivo e conversão incluem Laminaria digitata , Fucus serratus e Saccharina latissima .

Processos físicos

O biochar pode ser depositado em aterro, usado como corretivo do solo ou queimado usando a captura e armazenamento de carbono

Relacionado à biomassa

Bioenergia com captura e armazenamento de carbono

Bioenergia com captura e armazenamento de carbono (BECCS) refere-se à biomassa em centrais elétricas e caldeiras que utilizam a captura e armazenamento de carbono. O carbono sequestrado pela biomassa seria capturado e armazenado, removendo o dióxido de carbono da atmosfera.

Enterro

Enterrar biomassa (como árvores) diretamente, imita os processos naturais que criaram os combustíveis fósseis .

Enterro de Biochar

Biochar é carvão vegetal criado pela pirólise de resíduos de biomassa . O material resultante é adicionado a um aterro sanitário ou usado como corretivo de solo para criar terra preta . A adição de carbono orgânico pirogênico (biochar) é uma nova estratégia para aumentar o estoque de C do solo a longo prazo e para mitigar o aquecimento global compensando o C atmosférico (até 9,5 Gigatons C anualmente).

No solo, o carbono não está disponível para oxidação em CO
2
e conseqüente liberação atmosférica. Esta é uma técnica defendida pelo cientista James Lovelock , criador da hipótese Gaia . De acordo com Simon Shackley, “as pessoas estão falando mais sobre algo na faixa de um a dois bilhões de toneladas por ano”. No entanto, surgiram preocupações sobre o potencial de Biochar acelerar a liberação do carbono já presente no solo.

Os mecanismos relacionados ao biochar são chamados de bioenergia com armazenamento de carbono, BECS.

Armazenamento oceânico

Se o CO 2 fosse injetado no fundo do oceano, as pressões seriam grandes o suficiente para que o CO 2 estivesse em sua fase líquida. A ideia por trás da injeção no oceano seria ter reservatórios estáveis ​​e estacionários de CO 2 no fundo do oceano. O oceano pode conter potencialmente mais de um bilhão de toneladas de CO 2 . No entanto, essa via de sequestro não está sendo perseguida de forma tão ativa por causa das preocupações com o impacto na vida do oceano e com sua estabilidade. Uma solução biológica pode ser o cultivo de algas marinhas que podem ser exportadas naturalmente para o fundo do oceano, sequestrando quantidades significativas de biomassa em sedimentos marinhos.

A foz dos rios trazem grandes quantidades de nutrientes e material morto rio acima para o oceano como parte do processo que eventualmente produz os combustíveis fósseis. Transportar materiais como resíduos de colheitas para o mar e permitir que eles afundem explora essa ideia para aumentar o armazenamento de carbono. Regulamentações internacionais sobre despejo marítimo podem restringir ou impedir o uso desta técnica.

Sequestro geológico

O sequestro geológico refere-se ao armazenamento de CO 2 no subsolo em reservatórios de petróleo e gás esgotados, formações salinas ou camadas profundas de carvão não mineráveis.

Uma vez que o CO 2 é capturado de uma fonte pontual, como uma fábrica de cimento, ele seria comprimido a ≈100 bar para que se tornasse um fluido supercrítico. Nesta forma fluida, o CO 2 seria fácil de transportar por meio de dutos até o local de armazenamento. O CO 2 seria então injetado no subsolo, normalmente em torno de 1 km, onde seria estável por centenas a milhões de anos. Nessas condições de armazenamento, a densidade do CO 2 supercrítico é de 600 a 800 kg / m 3 .

Os parâmetros importantes para determinar um bom local para armazenamento de carbono são: porosidade da rocha, permeabilidade da rocha, ausência de falhas e geometria das camadas da rocha. O meio no qual o CO 2 deve ser armazenado idealmente tem alta porosidade e permeabilidade, como arenito ou calcário. O arenito pode ter uma permeabilidade variando de 1 a 10 −5 Darcy e pode ter uma porosidade de até ≈30%. A rocha porosa deve ser recoberta por uma camada de baixa permeabilidade que atua como um selo, ou caprock, para o CO 2 . O xisto é um exemplo de caprock muito bom, com uma permeabilidade de 10 −5 a 10 −9 Darcy. Uma vez injetada, a pluma de CO 2 aumentará por meio de forças de flutuação, uma vez que é menos densa que seu entorno. Depois de encontrar um caprock, ele se espalhará lateralmente até encontrar uma lacuna. Se houver planos de falha perto da zona de injeção, existe a possibilidade de o CO 2 migrar ao longo da falha para a superfície, vazando para a atmosfera, o que seria potencialmente perigoso para a vida na área circundante. Outro perigo relacionado ao sequestro de carbono é a sismicidade induzida. Se a injeção de CO 2 criar pressões muito altas no subsolo, a formação se fraturará, podendo causar um terremoto.

Enquanto aprisionado em uma formação rochosa, o CO 2 pode estar na fase de fluido supercrítico ou se dissolver na água subterrânea / salmoura. Também pode reagir com minerais na formação geológica para precipitar carbonatos. Veja CarbFix .

A capacidade de armazenamento mundial em reservatórios de petróleo e gás é estimada em 675–900 Gt CO 2 , e em camadas de carvão não mineráveis ​​é estimada em 15–200 Gt CO 2 . As formações salinas profundas têm a maior capacidade, estimada em 1.000–10.000 Gt CO 2 . Nos EUA, estima-se que haja pelo menos 2.600 Gt e no máximo 22.000 Gt de capacidade total de armazenamento de CO 2 .

Existem vários projetos de captura e sequestro de carbono em grande escala que demonstraram a viabilidade e a segurança desse método de armazenamento de carbono, que são resumidos aqui pelo Global CCS Institute. A técnica de monitoramento dominante é a imagem sísmica, onde vibrações são geradas e se propagam através da subsuperfície. A estrutura geológica pode ser visualizada a partir das ondas refratadas / refletidas.

O primeiro CO em grande escala
2
O projeto de sequestro que começou em 1996 é denominado Sleipner e está localizado no Mar do Norte, onde a StatoilHydro da Noruega retira o dióxido de carbono do gás natural com
solventes de amina e despeja esse dióxido de carbono em um aqüífero salino profundo . Em 2000, uma usina de gás natural sintético movida a carvão em Beulah, Dakota do Norte , tornou-se a primeira usina de carvão do mundo a capturar e armazenar dióxido de carbono, no Projeto de Dióxido de Carbono de Weyburn-Midale . Vários outros projetos de sequestro se seguiram. O Energy Impact Center lançou o projeto OPEN100 em fevereiro de 2020, que é o primeiro projeto de código aberto do mundo para o projeto, construção e financiamento de um pequeno reator de água pressurizada padrão. Em setembro de 2020, o Departamento de Energia dos Estados Unidos concedeu US $ 72 milhões em financiamento federal para apoiar o desenvolvimento e o avanço das tecnologias de captura de carbono.

CO
2
tem sido amplamente utilizado em operações aprimoradas de recuperação de petróleo bruto nos Estados Unidos, começando em 1972. Existem mais de 10.000 poços que injetam CO
2
apenas no estado do Texas . O gás vem em parte de fontes antropogênicas, mas é principalmente de grandes formações geológicas naturais de CO
2
. É transportado para os campos produtores de petróleo por meio de uma grande rede de mais de 5.000 quilômetros (3.100 mi) de CO
2
pipelines. O uso de CO
2
para métodos de recuperação aprimorada de petróleo (EOR) em reservatórios de petróleo pesado na Bacia Sedimentar do Canadá Ocidental (WCSB) também foram propostos. No entanto, o custo de transporte continua sendo um obstáculo importante. Um extenso CO
2
o sistema de pipeline ainda não existe no WCSB. Mineração de areias betuminosas de Athabasca que produz CO
2
está a centenas de quilômetros ao norte da subsuperfície Reservatórios de petróleo bruto pesado que mais poderiam se beneficiar do CO
2
injeção.

Processos químicos

Desenvolvido na Holanda, uma eletrocatálise por um complexo de cobre ajuda a reduzir o dióxido de carbono a ácido oxálico ; Essa conversão usa dióxido de carbono como matéria - prima para gerar ácido oxálico.

Carbonatação mineral

Carbono, na forma de CO
2
pode ser removido da atmosfera por processos químicos e armazenado em formas minerais de carbonato estáveis . Este processo é conhecido como 'sequestro de carbono por carbonatação mineral ' ou sequestro mineral. O processo envolve a reação de dióxido de carbono com óxidos de metal abundantemente disponíveis - óxido de magnésio (MgO) ou óxido de cálcio (CaO) - para formar carbonatos estáveis. Essas reações são exotérmicas e ocorrem naturalmente (por exemplo, o desgaste da rocha ao longo de períodos geológicos ).

CaO + CO
2
CaCO
3
MgO + CO
2
MgCO
3

O cálcio e o magnésio são encontrados na natureza normalmente como silicatos de cálcio e magnésio (como forsterita e serpentinita ) e não como óxidos binários. Para a forsterita e a serpentina, as reações são:

Mg
2
SiO
4
+ 2 CO
2
→ 2 MgCO
3
+ SiO
2
Mg
3
Si
2
O
5
(OH)
4
+ 3 CO
2
→ 3 MgCO
3
+ 2 SiO
2
+ 2 H
2
O

A tabela a seguir lista os principais óxidos de metal da crosta terrestre . Teoricamente, até 22% dessa massa mineral é capaz de formar carbonatos .

Óxido de terra Porcentagem da Crosta Carbonato Mudança de entalpia
(kJ / mol)
SiO
2
59,71
Al
2
O
3
15,41
CaO 4,90 CaCO
3
-179
MgO 4,36 MgCO
3
-117
N / D
2
O
3,55 N / D
2
CO
3
FeO 3,52 FeCO
3
K
2
O
2,80 K
2
CO
3
Fe
2
O
3
2,63 FeCO
3
21,76 Todos os Carbonatos

Essas reações são ligeiramente mais favoráveis ​​em baixas temperaturas. Este processo ocorre naturalmente em intervalos de tempo geológicos e é responsável por grande parte do calcário da superfície da Terra . A taxa de reação pode ser feita mais rapidamente, reagindo a temperaturas e / ou pressões mais altas, embora este método requeira alguma energia adicional. Alternativamente, o mineral poderia ser moído para aumentar sua área de superfície e exposto à água e à abrasão constante para remover a sílica inerte, como poderia ser obtido naturalmente despejando olivina nas ondas de alta energia das praias. Experimentos sugerem que o processo de intemperismo é razoavelmente rápido (um ano) dadas as rochas basálticas porosas.

CO
2
reage naturalmente com a rocha peridotítica em exposições superficiais de ofiolitos , principalmente em Omã . Foi sugerido que este processo pode ser aprimorado para realizar a mineralização natural de CO
2
.

Quando CO
2
é dissolvido em água e injetado em rochas basálticas quentes no subsolo, foi demonstrado que o CO
2
reage com o basalto para formar minerais sólidos de carbonato. Uma planta de teste na Islândia começou a funcionar em outubro de 2017, extraindo até 50 toneladas de CO 2 por ano da atmosfera e armazenando-o no subsolo em rocha basáltica.

Pesquisadores da Colúmbia Britânica desenvolveram um processo de baixo custo para a produção de magnesita , também conhecido como carbonato de magnésio , que pode sequestrar o CO 2 do ar, ou no ponto de poluição do ar, por exemplo, em uma usina de energia. Os cristais ocorrem naturalmente, mas o acúmulo geralmente é muito lento.

Resíduos de concreto de demolição ou concreto reciclado triturado também são materiais potenciais de baixo custo para carbonatação mineral, pois são resíduos ricos em cálcio.

Método eletroquímico

Outro método usa um catalisador de metal líquido e um eletrólito líquido no qual o CO 2 é dissolvido. O CO 2 então se converte em flocos sólidos de carbono. Este método é feito em temperatura ambiente.

Uso industrial

A fabricação de cimento tradicional libera grandes quantidades de dióxido de carbono, mas os tipos de cimento recém-desenvolvidos da Novacem podem absorver CO
2
do ar ambiente durante o endurecimento. Uma técnica semelhante foi desenvolvida pela TecEco, que produz "EcoCement" desde 2002. Uma startup canadense CarbonCure pega o CO 2 capturado e o injeta no concreto enquanto é misturado. Carbon Upcycling UCLA é outra empresa que usa CO
2
em concreto. Seu produto de concreto é chamado CO2NCRETE ™, um concreto que endurece mais rápido e é mais ecológico do que o concreto tradicional.

Na Estônia, as cinzas de xisto betuminoso , geradas por usinas de energia, podem ser usadas como sorventes de CO
2
sequestro de minerais. A quantidade de CO
2
capturado em média 60 a 65% do CO carbonáceo
2
e 10 a 11% do
CO total
2
emissões.

Purificadores químicos

Vários processos de depuração de dióxido de carbono foram propostos para remover CO
2
do ar, geralmente usando uma variante do processo Kraft . Existem variantes de depuração de dióxido de carbono com base no carbonato de potássio , que pode ser usado para criar combustíveis líquidos, ou no hidróxido de sódio . Isso inclui árvores artificiais propostas por Klaus Lackner para remover o dióxido de carbono da atmosfera usando purificadores químicos .

Relacionado ao oceano

Armazenamento de basalto

O sequestro de dióxido de carbono no basalto envolve a injeção de CO
2
em formações de alto mar. O CO
2
primeiro se mistura com a água do mar e, em seguida, reage com o basalto, que são elementos ricos em alcalinos. Esta reação resulta na liberação de íons Ca 2+ e Mg 2+ formando minerais carbonáticos estáveis.

O basalto subaquático oferece uma boa alternativa a outras formas de armazenamento oceânico de carbono, pois possui uma série de medidas de aprisionamento para garantir proteção adicional contra vazamentos. Essas medidas incluem "formação geoquímica, sedimentar, gravitacional e de hidratos ". Porque CO
2
hidrato é mais denso que CO
2
na água do mar, o risco de vazamento é mínimo. Injetando o CO
2
em profundidades superiores a 2.700 metros (8.900 pés) garante que o CO
2
tem uma densidade maior do que a água do mar, fazendo com que afunde.

Um possível local de injeção é a placa Juan de Fuca . Pesquisadores do Observatório Terrestre Lamont-Doherty descobriram que esta placa na costa oeste dos Estados Unidos tem uma capacidade de armazenamento possível de 208 gigatoneladas. Isso poderia cobrir todas as atuais emissões de carbono dos EUA por mais de 100 anos.

Este processo está em fase de testes no âmbito do projeto CarbFix , resultando em 95% das 250 toneladas de CO 2 injetadas para solidificar em calcita em 2 anos, utilizando 25 toneladas de água por tonelada de CO 2 .

Neutralização de ácido

O dióxido de carbono forma ácido carbônico quando dissolvido na água, então a acidificação do oceano é uma consequência significativa dos níveis elevados de dióxido de carbono e limita a taxa na qual ele pode ser absorvido no oceano (a bomba de solubilidade ). Uma variedade de bases diferentes foram sugeridas que poderiam neutralizar o ácido e, assim, aumentar o CO
2
absorção. Por exemplo, adicionar calcário triturado aos oceanos aumenta a absorção de dióxido de carbono. Outra abordagem é adicionar hidróxido de sódio aos oceanos, que é produzido por eletrólise de água salgada ou salmoura, enquanto elimina o ácido clorídrico residual por reação com uma rocha de silicato vulcânica, como a enstatita , aumentando efetivamente a taxa de intemperismo natural dessas rochas para restaurar o oceano pH.

Obstáculos

Taxas crescentes de extração de carbono fóssil

Emissões globais anuais de carbono fóssil (em gigatoneladas).

No ano de 2019, a extração e queima de carbono fóssil por humanos adicionaram um total de 440 GtC (gigatoneladas de carbono) às regiões atmosféricas, oceânicas e terrestres da biosfera terrestre. A maioria foi adicionada no último meio século. As taxas globais de extração aumentaram cerca de 2% ao ano por muitos anos e agora ultrapassam 10 GtC / ano.

Custos financeiros

O uso da tecnologia acrescentaria um custo adicional de 1 a 5 centavos por quilowatt-hora, de acordo com estimativa feita pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas. Os custos financeiros da moderna tecnologia de carvão quase dobrariam se o uso da tecnologia CCS fosse exigido pela regulamentação. O custo da tecnologia CCS difere com os diferentes tipos de tecnologias de captura em uso e com os diferentes locais em que é implementada, mas os custos tendem a aumentar com a implementação de captura CCS. Um estudo realizado previu que, com as novas tecnologias, esses custos poderiam ser reduzidos, mas permaneceriam um pouco mais altos do que os preços sem as tecnologias CCS.

Requisitos de energia

Os requisitos de energia dos processos de sequestro podem ser significativos. Em um artigo, o sequestro consumiu 25% da capacidade nominal de produção de 600 megawatts da planta.

Aplicações em políticas de mudança climática

Estados Unidos

A partir de meados da década de 2010, muitas peças da política climática e ambiental dos Estados Unidos buscaram fazer uso do potencial de mitigação das mudanças climáticas do sequestro de carbono. Muitas dessas políticas envolvem a conservação de ecossistemas de sumidouros de carbono, como florestas e pântanos, ou o incentivo a práticas agrícolas e de uso da terra destinadas a aumentar o sequestro de carbono, como cultivo de carbono ou sistemas agroflorestais , muitas vezes por meio de incentivos financeiros para fazendeiros e proprietários de terras.

A Ordem Executiva sobre o Enfrentamento da Crise Climática em Casa e no Exterior, assinada pelo presidente Joe Biden em 27 de janeiro de 2021, inclui várias menções ao sequestro de carbono por meio da conservação e restauração de ecossistemas sumidouros de carbono, como pântanos e florestas. Isso inclui enfatizar a importância dos fazendeiros, proprietários de terras e comunidades costeiras no sequestro de carbono, direcionando o Departamento do Tesouro para promover a conservação de sumidouros de carbono por meio de mecanismos baseados no mercado e direcionando o Departamento do Interior para colaborar com outras agências para criar um Corpo Civil do Clima para aumentar o sequestro de carbono na agricultura, entre outras coisas.

Várias peças da legislação introduzidas nos congressos 116 e 117, incluindo o Climate Stewardship Act de 2019, o Ocean Based Climate Solutions Act de 2020 , o Solo Saudável, Resilient Farmers Act de 2020 e o Healthy Soils Healthy Climate Act de 2020 , buscou aumentar o sequestro de carbono em terras públicas e privadas por meio de incentivos financeiros.

Vários governos estaduais, incluindo Califórnia , Havaí , Maryland e Nova York , aprovaram versões de um crédito fiscal de cultivo de carbono , que buscam melhorar a saúde do solo e aumentar o sequestro de carbono, oferecendo assistência financeira e incentivos para agricultores que praticam agricultura regenerativa , cultivo de carbono e outras práticas de mitigação das mudanças climáticas. Estima-se que o Programa de Solos Saudáveis ​​da Califórnia resultou em 109.809 toneladas métricas de CO
2
sendo sequestrado anualmente, em média.

A Casa Branca e o USDA estão desenvolvendo planos para usar US $ 30 bilhões em fundos da Commodity Credit Corporation (CCC) para a criação de um programa de banco de carbono, que envolveria dar créditos de carbono a agricultores e proprietários de terras em troca da adoção de práticas de sequestro de carbono, que eles poderiam então vender em um mercado de limite e negociação.

Alguns ativistas ambientais e políticos criticaram a captura e armazenamento ou sequestro de carbono (CCS) como uma falsa solução para a crise climática. Eles citam o papel da indústria de combustíveis fósseis nas origens da tecnologia e no lobby por uma legislação focada em CCS e argumentam que isso permitiria que a indústria se "esverdeasse ", financiando e se envolvendo em coisas como campanhas de plantio de árvores sem cortar significativamente seu carbono emissões.

Veja também

Referências

links externos