Klaus Lackner, el hombre que lleva 20 años buscando como absorber los gases de efecto invernadero

La loca idea de Klaus Lackner parece cada vez más esencial para la resolución del cambio climático.

 

El gran contenedor de metal en el laboratorio de Klaus Lackner no pareciera que pueda salvar el planeta, Incluso se parece mucho a un contenedor de basura.

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Mientras klaus observa, la máquina comienza a transformarse. Tres marcos de metal en forma de colchón se elevan desde las tripas del receptáculo, desplegándose como un acordeón mientras se estiran hacia el techo. Cada cuadro de la maquina contiene cientos de tiras de polímeros blancos llenos de resinas que se unen con moléculas de dióxido de carbono. Las tiras forman una especie de vela, diseñada para absorber el gas de efecto invernadero del aire a medida que el viento sopla a través del artefacto.

Después, es ese mismo material el que libera dióxido de carbono cuando está mojado. Ahora Para que este proceso ocurra, el dispositivo de Lackner retrae sus marcos en su contenedor, que luego se llena de agua. Finalmente, el gas se puede recolectar y usar para otros fines, y el proceso se puede ejecutar nuevamente.

Lackner y sus colegas del Centro de Emisiones Negativas de Carbono de la Universidad Estatal de Arizona, han construido una máquina simple con un gran propósito: capturar y reciclar dióxido de carbono para aliviar los efectos del cambio climático. Lackner, imagina bosques repletos de estos artefactos, que se extienden por el campo y absorben miles de millones de toneladas de dióxido de carbono de la atmósfera.

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Klaus, ya con 66 años, y con cabello plateado, lleva dos décadas trabajando en solucionar este problema. Fue en 1999, como físico de partículas en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, cuando escribió el primer artículo científico que exploraba la viabilidad de combatir el cambio climático, al extraer el dióxido de carbono del aire. La suya fue durante mucho tiempo una voz y lucha solitaria, pero una creciente multitud de personas ha llegado a apoyar su pensamiento, mientras el mundo lucha por reducir las emisiones climáticas lo suficientemente rápido como para evitar un calentamiento catastrófico. El trabajo de Lackner ha ayudado a inspirar a una gran cantidad de nuevas empresas incluyendo una de las suyas, además de un creciente cuerpo de literatura científica. “Es difícil pensar en otro campo que sea tanto producto del pensamiento, como la defensa de una sola persona”, expresa David Keith, profesor de Harvard quien además cofundó otra de esas startups, llamada Carbon Engineering. “Klaus fue fundamental al argumentar que, la captura directa del aire, podría desarrollarse a una escala importante para el solucionar el problema del clima”.

Nadie, incluido el mismo Lackner, sabe si realmente el esquema funcionará. La química y su aplicación son bastante fáciles. Pero, ¿De verdad podemos construir en cualquier parte, suficientes máquinas de eliminación de carbono para generar un impacto en el cambio climático? ¿Quién pagará por este proyecto? ¿Y qué vamos a hacer con todo el dióxido de carbono que recogerán?

Klaus reconoce fácilmente las incógnitas, pero cree que cuanto más barato se vuelve el proceso, más factible es. “Si yo te dijese,‘ se Puede resolver el problema del carbono por $ 1,000 USD por tonelada “, se diría que,” El cambio climático es un engaño “, explica Lackner. “Pero si son $ 5 USD por tonelada, o $ 1 USD por tonelada, se diría:” ¿Por qué no lo hemos arreglado todavía? “”

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Reduciendo nuestras opciones

La concentración de dióxido de carbono en la atmósfera se acerca a las 410 unidades por millón. Eso ya ha provocado temperaturas globales de casi 1 ° C por encima de los niveles preindustriales, lo que ha intensificado las sequías, los incendios forestales y otros desastres naturales. Esos peligros solo se agravarán a medida que las emisiones continúen aumentando.

La última evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático de la ONU (IPCC), determinó que no hay forma de limitar o retroceder el calentamiento global a los 1.5˚C sin eliminar entre 100 mil millones y un billón de toneladas métricas aproximadas de dióxido de carbono para fines del actual siglo. Esto se traduce en revertir casi tres décadas de emisiones de carbono globales a ritmo actual.

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Existen varias formas de extraer el dióxido de carbono de la atmósfera. Estas van desde plantar muchos árboles, restaurar pastizales y otras áreas que naturalmente contienen carbono en los suelos, hasta usar plantas que absorben dióxido de carbono y otras formas de biomasa como fuente de combustible, y capturan cualquier emisión cuando se usan (Este proceso es conocido como bio-energía con captura y almacenamiento de carbono). Pero un informe de las Academias Nacionales de EE. UU. describe que estos enfoques por sí solos probablemente no serán suficientes para evitar 2°C de calentamiento global, al menos, no si queremos seguir comiendo. Esta conclusión explica que la cantidad de tierra requerida para capturar tanto dióxido de carbono tendría como costo, una gran cantidad de producción agrícola de alimentos.

El atractivo de los dispositivos de captura de aire directamente, como los que están desarrollando Lackner y otros, es que pueden absorber la misma cantidad de dióxido de carbono utilizando mucho menos tierra. El gran problema que se baraja, es que ahora es mucho más barato plantar un árbol. Al costo actual de alrededor de $ 600 USD por tonelada, la captura de un billón de toneladas costaría unos $ 600 USD billones, lo que significaría mas de siete veces el PIB anual mundial.

En un artículo escrito el verano pasado, David Keith de Harvard, calculó que el sistema de captura directa de aire que ayudó a diseñar, podría eventualmente costar menos de $ 100 USD por tonelada si pensamos a gran escala. Carbon Engineering, con sede en Columbia, está en proceso de expandir su planta piloto para aumentar la producción de combustibles sintéticos, creado este a su vez mediante la combinación del dióxido de carbono capturado con hidrógeno. Estos, posteriormente, se convertirán en formas de diésel y combustible para aviones, los que se consideran neutros en carbono, ya que no requieren desenterrar combustibles fósiles adicionales para su producción.

Si el método de Keith puede capturar dióxido de carbono con un costo de $ 100 USD por tonelada, estos combustibles sintéticos podrían venderse de manera rentable en mercados, con apoyo de algunas políticas públicas, como en el mercado de California, por sus estándares de combustibles renovables, o en la Unión Europea, en virtud de su Directiva actualizada sobre energías renovables. La esperanza es que este tipo de oportunidades tempranas ayudarán a ampliar la tecnología, reducir aún más los costos y abrir mercados adicionales.

Otras startups, como Climeworks con sede en Suiza y Global Thermostat of New York, creen que se pueden lograr costos similares o incluso más bajos. Están explorando mercados como la industria de los refrescos y los invernaderos, que utilizan aire enriquecido con dióxido de carbono para fertilizar de forma mas eficiente las plantas.

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Sin embargo, vender dióxido de carbono no es una propuesta sencilla. Según el estudio de las Academias Nacionales la demanda mundial es relativamente pequeña, de aproximadamente unos pocos cientos de millones de toneladas por año, apenas una fracción de las decenas de miles de millones que eventualmente deben eliminarse anualmente. Además, la mayor parte de esa demanda es para una recuperación mejorada de petróleo, una técnica que fuerza el dióxido de carbono comprimido a los pozos para liberar las últimas gotas de petróleo, lo que solo empeora el problema climático.

Una pregunta crítica para las nuevas empresas de captura de carbono es cuánto podría crecer el mercado de dióxido de carbono. Docenas de empresas están explorando nuevas formas de utilizarlo. Un informe de 2016 de la Global CO2 Initiative estima que el mercado de productos que podrían usar dióxido de carbono, incluidos combustibles líquidos, polímeros, metanol y concreto, podría alcanzar los $ 800 mil millones de USD para 2030. Esas industrias podrían usar alrededor de 7 mil millones de toneladas métricas por año: alrededor del 15% de las emisiones globales anuales.

Sin embargo, dichas proyecciones son extremadamente optimistas. E incluso si realmente se produce una transformación tan vasta de múltiples sectores, seguirá dejando enormes cantidades de dióxido de carbono capturado que deberán almacenarse permanentemente bajo tierra. Este escenario solo sucedería si la sociedad decide financiarlo, y ya existen persona que se muestran escépticos de que alguna vez lo hagamos. Capturar dióxido de carbono del aire, lo cual significaría extraer una sola molécula de entre casi 2,500; es una de las formas más costosas y con mayor consumo de energía para lidiar con el cambio climático. “La captura directa del aire es más costosa que evitar las emisiones, pero en este momento ni siquiera estamos dispuestos a gastar el dinero que nos sobra para realizar esto”, dice Ken Caldeira, científico del clima en “Carnegie Institution”. “Por lo que la idea de que vamos a llegar a emisiones negativas a escala de civilización a través de la captura de aire de manera directa, para mí, simplemente parece una fantasía”.

Robots creando robots

Una noche de verano en 1992, mientras Klaus estaba investigando en el Laboratorio Nacional de Los Álamos; él y un físico de partículas, bebían una cerveza y se quejaban de la falta de ideas grandes y osadas en la ciencia en general. Una o dos bebidas después, se les ocurrió una brillante idea: ¿Qué pasaría si las máquinas pudieran construir máquinas? ¿Qué tan grande y rápido podrías fabricar cosas?

Rápidamente se dieron cuenta de que la única forma en que el esquema funcionaría, sería si se diseñaran robots que desenterraran todas sus materias primas de la suciedad, construyeran paneles solares para impulsar el proceso y finalmente hicieran más copias de sí mismos.

A la mañana siguiente, Lackner y su amigo, Christopher Wendt de la Universidad de Wisconsin – Madison, decidieron que tenían una idea que valía la pena explorar. Eventualmente publicaron un documento que resuelve las matemáticas y explora varias aplicaciones, incluidos los robots auto replicables que pueden capturar cantidades masivas de dióxido de carbono y convertirlo en roca de carbonato. La armada robotizada, los paneles solares, las máquinas de conversión de carbono y las pilas de roca crecerían exponencialmente, alcanzando un “tamaño continental en menos de una década”, concluyó el documento. La conversión del 20% del dióxido de carbono en la atmósfera generaría una capa de roca de 50 centímetros (20 pulgadas) de espesor que cubre un millón de kilómetros cuadrados; un área similar al tamaño de Egipto.

El único problema, por supuesto, es que las máquinas autorreplicantes no existen. Klaus pasó de esa parte del plan y se centró brevemente en la energía solar como reemplazo de los combustibles fósiles. Pero cuanto más estudiaba el problema, más creía que las fuentes renovables tendrían dificultades para competir con el precio, la abundancia y la densidad energética del carbón, el petróleo y la gasolina.

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Unos años más tarde, Lackner publicó un artículo titulado “Extracción de dióxido de carbono del aire: ¿Es una opción?”. Argumentó que era técnicamente factible y podría ser posible por tan solo $ 15 USD por tonelada. (Ahora asumiendo que el precio mínimo es probablemente entre $ 30 y $ 50 USD por tonelada).

En 2001, fue cuando Lackner se mudó a la Universidad de Columbia, donde cofundó Global Research Technologies, su primer esfuerzo para comercializar la captura directa de aire. Gary Comer, fundador de la compañía de ropa y muebles Lands ’End, le entregó a la compañía $ 8 millones USD de lo que Lackner describe como “capital de aventura, no capital de riesgo”.

La compañía construyó un pequeño prototipo pero pronto se quedó sin dinero. Un grupo de inversores compró la participación mayoritaria, la trasladó a San Francisco y la renombró Kilimanjaro Energy. Lackner se desempeñó como asesor y miembro de la junta. Pero silenciosamente cerró sus puertas después de no poder recaudar más dinero.

A pesar de estas fallas, Lackner continuó tratando de descubrir cómo capturar aire de manera económica y eficiente. Ha publicado más de 100 artículos científicos y editoriales sobre el tema, y ​​ha solicitado más de dos docenas de patentes. Sin embargo, algunos críticos científicos encontraron que las proyecciones de Klaus no solo eran erróneas, sino también riesgosas. Temían que afirmar el hecho de que la captura directa del aire se podría hacer de manera barata y fácil reduciría a su vez la presión para reducir las emisiones. En 2011, un par de estudios concluyeron que la tecnología costaría entre $ 600 y $ 1,000 USD por tonelada.

Howard Herzog, investigador principal de MIT Energy Initiative, coautor de uno de los estudios, dio el paso, de sugerir que “algunos proveedores” de la tecnología eran “vendedores de aceite de serpiente”.

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Muchos leen las conclusiones de los periódicos y artículos como una sentencia de muerte para la idea de la captura directa del aire. Lackner se mantiene firme y le dijo a la revista Nature después de que se publicara el primero de sus estudios: “Probaron que una forma específica de capturar dióxido de carbono del aire es costosa. Si estudias pingüinos, puedes llegar a la conclusión de que las aves no pueden volar”.

En 2014, él y su cofundador de Global Research Technologies, Allen Wright, establecieron el Centro de Emisiones Negativas de Carbono.

Plantando bosques sintéticos

En el corazón del diseño del Centro de Emisiones Negativas de Carbono se concentra un tipo particular de resina de intercambio aniónico disponible comercialmente. A medida que el viento transporta dióxido de carbono en el aire a través de esas tiras de polímeros, los iones cargados negativamente se unen a las moléculas de gas y las convierten en bicarbonato, el compuesto principal en el bicarbonato de sodio y los antiácidos.

Luego, la máquina se retrae, empujando esas tiras saturadas hacia el recipiente y bombeándola de agua. El agua comienza a convertir las moléculas de bicarbonato en iones de carbonato. A medida que el agua se drena, esos compuestos se vuelven inestables y se convierten de nuevo en dióxido de carbono en el aire dentro del contenedor. El aire ahora rico en dióxido de carbono puede ser aspirado a través de un tubo y dentro de un conjunto adyacente de tanques.

Dado que el dióxido de carbono está relativamente diluido en el aire, la mayoría de los otros enfoques de captura directa emplean grandes ventiladores para soplar aire sobre los materiales de unión para atrapar más gas. Luego emplean calor para impulsar las reacciones posteriores que liberan dióxido de carbono. Ambos pasos utilizan mucha energía. En contraste, dice Lackner, su enfoque y el de Wright solo requieren un poco de electricidad para extender y retraer la máquina, bombear el agua y aspirar el aire.

“Mi argumento siempre ha sido que debemos ser pasivos”, dice Lackner. “Queremos ser un árbol parado en el viento y que nos transporten el CO2”.

Pero hay grandes inconvenientes para este método. Funciona solo cuando sopla el viento y tiene sentido solo en áreas secas, ya que la humedad permite que el dióxido de carbono escape. Además, la concentración de carbono capturado en el gas resultante, es inferior al 5%, en comparación con alrededor del 98% que captura una instalación de Carbon Engineering o Climeworks.

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Ese bajo nivel de captura está bien para fertilizar plantas en invernaderos. Pero ese es un mercado pequeño, y Lackner tiene diseños más masivos.

Él imagina miles de estas máquinas extrayendo dióxido de carbono del cielo en alguna parte seca y caliente del mundo, mientras que los paneles solares adyacentes impulsan un proceso de electrólisis que extrae hidrógeno del agua. El dióxido de carbono y el hidrógeno podrían combinarse en el sitio para producir miles de barriles por día de combustible sintético, que podrían venderse para calefacción o transporte, o usarse para alimentar la red eléctrica

Ese plan, sin embargo, plantea varios desafíos. La electrólisis sigue siendo muy costosa. Y se tendría que comprimir el dióxido de carbono a la concentración necesaria mientras eliminan el vapor de agua, el nitrógeno y el oxígeno. Eso se puede hacer, pero podría aumentar sustancialmente los costos y las necesidades de energía. “Esta es una de las problemáticas mas grandes e importantes que se está pasando por alto”, dice Jennifer Wilcox, profesora del Instituto Politécnico de Worcester y coautora del informe de las Academias Nacionales.

Algunos creen que las fortalezas de Klaus Lackner como teórico y gran personaje no le han servido tan bien como para traducir esas ideas en los avances necesarios en la ciencia de los materiales y la química. En particular, el proyecto del Centro de Emisiones Negativas de Carbono está muy por detrás de Carbon Engineering, Climeworks y Global Thermostat, que están acumulando capital, contratando personal y construyendo instalaciones de demostración, a escala comercial.

Pero Klaus Lackner sigue confiando en que su enfoque será menos costoso que los de la competencia. “Puedo exponerlo unidad por proceso y por unidad, y en términos de primeros principios, en cada paso somos un poco más baratos”, explica.

¿Cómo se siente Lackner sobre las perspectivas de la tecnología más de dos décadas después de comenzar este camino de investigación? No es una respuesta simple. Lackner realmente no responde nada de forma simple. Durante una caminata por el campus lleno de palmeras de la universidad en Tempe, Klaus confiesa, que sigue confiando en que la captura directa de aire es factible y cree que podría ser mucho menos costosa si es capaz de alcanzar una escala comercial.

“Pero soy menos optimista de que tengamos la voluntad política de superar esa barrera”, dice.

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Dados los altos costos iniciales y los mercados competitivos, él cree que la tecnología necesitará fondos gubernamentales significativos o regulaciones estrictas para ser ampliamente adoptados, y necesitará más apoyo gubernamental para cubrir el costo de capturar y enterrar la mayoría del dióxido de carbono que no se puede utilizar. Él cree que tendremos que tratar el dióxido de carbono como alcantarillado, lo que exige que los consumidores o las empresas paguen por su recolección y eliminación, ya sea en impuestos o tasas.

Pero después de décadas de relativamente poca acción política sobre el cambio climático y la feroz resistencia pública de los impuestos al carbono, Klaus teme que el mundo no vaya a adoptar esa forma de pensar hasta que el sufrimiento de las catástrofes climáticas se vuelva demasiado horrible como para ignorarlo.

De lo que si está seguro, es que después de pasar más tiempo que cualquier otra persona cuestionándose sobre la eliminación de carbono, lo vamos a necesitar. “Soy el primero en admitir que la captura de aire no está probada, y ciertamente no está probada a la escala necesaria”, dice Lackner. “Pero estamos en serios problemas si no podemos resolverlo.

 

Fuente: MIT Technology review

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