Sumidero de carbono

Este diagrama del ciclo rápido del carbono muestra el movimiento del carbono entre tierra, atmósfera, suelo y océanos en miles de millones de toneladas de carbono al año. Los números amarillos son flujos naturales, rojos son contribuciones humanas en miles de millones de toneladas de carbono al año. Los números blancos indican carbono almacenado.

Un sumidero de carbono es cualquier cosa, natural o no, que acumula y almacena algún compuesto químico que contiene carbono durante un período indefinido y, por lo tanto, elimina el dióxido de carbono (CO₂) de la atmósfera.

A nivel mundial, los dos sumideros de carbono más importantes son la vegetación y el océano. La conciencia pública sobre la importancia de los sumideros de CO₂ ha aumentado desde la aprobación del Protocolo de Kioto de 1997, que promueve su uso como forma de compensación de carbono. También hay diferentes estrategias utilizadas para mejorar este proceso. El suelo es un importante medio de almacenamiento de carbono. Gran parte del carbono orgánico retenido en el suelo de las zonas agrícolas se ha agotado debido a la agricultura intensiva. "Carbono azul" designa el carbono que se fija a través de los ecosistemas oceánicos. Los manglares, las marismas y los pastos marinos constituyen la mayor parte de la vida vegetal oceánica y almacenan grandes cantidades de carbono.

Se están realizando muchos esfuerzos para mejorar el secuestro natural en los suelos y los océanos. Además, se están llevando a cabo una serie de iniciativas de secuestro artificial, como el cambio de materiales de construcción de edificios, la captura y el almacenamiento de carbono y el secuestro geológico.

Generales

Air-sea exchange of CO₂

El aumento del dióxido de carbono atmosférico significa un aumento de la temperatura global. La cantidad de dióxido de carbono varía naturalmente en un equilibrio dinámico con la fotosíntesis de las plantas terrestres. Los sumideros naturales son:

• El suelo es una tienda de carbono y un sumidero activo de carbono.
• La fotosíntesis de plantas terrestres con hierba y árboles les permite servir como sumideros de carbono durante las estaciones de cultivo.
• Absorción del dióxido de carbono por los océanos mediante la solubilidad y las bombas biológicas

Si bien se ha discutido la creación de sumideros artificiales, todavía no hay ningún sistema artificial importante que elimine el carbono de la atmósfera a escala material.

Las fuentes de carbono incluyen la combustión de combustibles fósiles (carbón, gas natural y petróleo) por parte de los seres humanos para obtener energía y transporte.

Protocolo de Kioto

El Protocolo de Kioto fue un acuerdo internacional que tenía como objetivo reducir las emisiones de dióxido de carbono (CO₂) y la presencia de gases de efecto invernadero (GEI) en la atmósfera. El principio esencial del Protocolo de Kioto era que las naciones industrializadas necesitaban reducir sus emisiones de CO₂. Debido a que la vegetación en crecimiento absorbe dióxido de carbono, el Protocolo de Kioto permite a los países del Anexo I con grandes áreas de bosques en crecimiento emitir Unidades de Remoción para reconocer el secuestro de carbono. Las unidades adicionales les facilitan alcanzar sus niveles de emisión objetivo. Se estima que los bosques absorben entre 10 y 20 toneladas por hectárea (4,0 a 8,0 toneladas largas/acre; 4,5 a 8,9 toneladas cortas/acre) cada año, a través de la conversión fotosintética en almidón, celulosa, lignina y otros componentes de la biomasa de madera. Si bien esto ha sido bien documentado para los bosques templados y las plantaciones, la fauna de los bosques tropicales impone algunas limitaciones para tales estimaciones globales.

Algunos países buscan comercializar los derechos de emisión en los mercados de emisión de carbono, comprando los derechos de emisión de carbono no utilizados de otros países. Si se establecen límites generales a las emisiones de gases de efecto invernadero, se pretende que los mecanismos del mercado de límites máximos y comercio encuentren formas rentables de reducir las emisiones. Todavía no existe un régimen de auditoría de carbono para todos esos mercados a nivel mundial, y ninguno está especificado en el Protocolo de Kioto. Las emisiones nacionales de carbono son autodeclaradas.

En el Mecanismo de Desarrollo Limpio, solo la forestación y la reforestación son elegibles para producir reducciones certificadas de emisiones (CER) en el primer período de compromiso del Protocolo de Kioto (2008-2012). Las actividades de conservación forestal o las actividades que evitan la deforestación, que resultarían en la reducción de emisiones a través de la conservación de las reservas de carbono existentes, no son elegibles en este momento. Además, el secuestro de carbono agrícola aún no es posible.

Almacenamiento en ambientes terrestres y marinos

Suelos

Los suelos representan un medio de almacenamiento de carbono a corto y largo plazo y contienen más carbono que toda la vegetación terrestre y la atmósfera juntas. Los desechos vegetales y otra biomasa, incluido el carbón, se acumulan como materia orgánica en los suelos y se degradan por la meteorización química y la degradación biológica. Los polímeros de carbono orgánico más recalcitrantes, como la celulosa, la hemicelulosa, la lignina, los compuestos alifáticos, las ceras y los terpenoides, se retienen colectivamente como humus. La materia orgánica tiende a acumularse en la basura y los suelos de las regiones más frías, como los bosques boreales de América del Norte y la Taiga de Rusia. La hojarasca y el humus se oxidan rápidamente y se retienen mal en condiciones climáticas tropicales y subtropicales debido a las altas temperaturas y la extensa lixiviación por lluvia. Las áreas donde se practica la agricultura itinerante o la agricultura de tala y quema generalmente son fértiles solo durante dos o tres años antes de ser abandonadas. Estas selvas tropicales son similares a los arrecifes de coral en que son muy eficientes en la conservación y circulación de los nutrientes necesarios, lo que explica su exuberancia en un desierto de nutrientes. Gran parte del carbono orgánico retenido en muchas áreas agrícolas de todo el mundo se ha agotado gravemente debido a las prácticas agrícolas intensivas.

Los pastizales contribuyen a la materia orgánica del suelo, almacenada principalmente en sus extensas esteras de raíces fibrosas. Debido en parte a las condiciones climáticas de estas regiones (por ejemplo, temperaturas más frías y condiciones semiáridas a áridas), estos suelos pueden acumular cantidades significativas de materia orgánica. Esto puede variar en función de las precipitaciones, la duración de la temporada de invierno y la frecuencia de los incendios naturales de hierba inducidos por rayos. Si bien estos incendios liberan dióxido de carbono, mejoran la calidad de los pastizales en general y, a su vez, aumentan la cantidad de carbono retenido en el material húmico. También depositan carbono directamente en el suelo en forma de biocarbón que no se degrada significativamente a dióxido de carbono.

Los incendios forestales devuelven el carbono absorbido a la atmósfera, al igual que la deforestación debido al rápido aumento de la oxidación de la materia orgánica del suelo.

La materia orgánica en las turberas sufre una descomposición anaeróbica lenta debajo de la superficie. Este proceso es tan lento que en muchos casos la ciénaga crece rápidamente y fija más carbono de la atmósfera del que se libera. Con el tiempo, la turba se hace más profunda. Las turberas contienen aproximadamente una cuarta parte del carbono almacenado en las plantas y suelos terrestres.

Bajo algunas condiciones, los bosques y las turberas pueden convertirse en fuentes de CO₂, como cuando un bosque se inunda por la construcción de una represa hidroeléctrica. A menos que los bosques y la turba se cosechen antes de las inundaciones, la vegetación en descomposición es una fuente de CO₂ y metano comparable en magnitud a la cantidad de carbono liberada por una planta alimentada por combustibles fósiles de potencia equivalente.

Agricultura regenerativa

Las prácticas agrícolas actuales conducen a la pérdida de carbono de los suelos. Se ha sugerido que las prácticas agrícolas mejoradas podrían mejorar la capacidad de la esponja de carbono del suelo para retener carbono y agua. Las prácticas mundiales actuales de sobrepastoreo están reduciendo sustancialmente muchos pastizales' rendimiento como esponjas de carbono del suelo. El Instituto Rodale dice que la agricultura regenerativa, si se practica en la tierra cultivable del planeta de 15 millones de km² (3,6 millones de acres), podría secuestrar hasta el 40 % del actual CO₂ emisiones. Afirman que el secuestro de carbono agrícola tiene el potencial de mitigar el calentamiento global. Cuando se utilizan prácticas regenerativas basadas en la biología, este gran beneficio se puede lograr sin disminuir los rendimientos ni las ganancias de los agricultores. Los suelos gestionados orgánicamente pueden convertir el dióxido de carbono de un gas de efecto invernadero en un activo para la producción de alimentos.

En 2006, las emisiones de dióxido de carbono de EE. UU., en gran parte por la quema de combustibles fósiles, se estimaron en casi 5900 millones de toneladas (6500 millones de toneladas cortas). Si se lograra una tasa de secuestro de 220 toneladas por kilómetro cuadrado (2000 lb/acre) por año en los 1,76 millones de km² (434 millones de acres) de tierras de cultivo en los Estados Unidos, casi 1,5 millones de t (1,6 miles de millones de toneladas cortas) de dióxido de carbono se secuestrarían por año, mitigando cerca de una cuarta parte de las emisiones totales de combustibles fósiles del país.

Transporte fluvial

Cómo el carbono pasa de aguas interiores al océano

El intercambio de dióxido de carbono, la producción fotosintética y la respiración de la vegetación terrestre, el clima de rocas y la sedimentación se producen en los ecosistemas terrestres. Carbon transports to the ocean through the land-river-estuary continuum in the form of organic carbon and inorganic carbon. El intercambio de carbono en la interfaz de agua de aire, el transporte, la transformación y la sedimentación se producen en ecosistemas oceánicos.

Los ecosistemas terrestres y marinos están conectados principalmente a través del transporte fluvial, que actúa como el canal principal a través del cual las sustancias erosivas de origen terrestre ingresan a los sistemas oceánicos. Los intercambios de materia y energía entre la biosfera terrestre y la litosfera, así como los procesos de fijación y oxidación del carbono orgánico, regulan los depósitos de carbono y dioxígeno (O₂) de los ecosistemas.

El transporte fluvial, al ser el principal canal de conexión de estos depósitos, actuará para transportar la productividad primaria neta (principalmente en forma de carbono orgánico disuelto (DOC) y carbono orgánico particulado (POC)) de los sistemas terrestres a los oceánicos. Durante el transporte, parte del DOC regresará rápidamente a la atmósfera a través de reacciones redox, lo que provocará una "desgasificación de carbono" ocurrir entre las capas de almacenamiento tierra-atmósfera. El COD restante y el carbono inorgánico disuelto (DIC) también se exportan al océano. Actualmente (2015), los flujos de exportación de carbono inorgánico y orgánico de los ríos globales al océano ascienden a 0,50–0,70 Pg C y⁻¹ y 0,15–0,35 Pg C y⁻¹ respectivamente. Por otro lado, el POC puede permanecer enterrado en los sedimentos durante un período prolongado, y el flujo global anual de POC terrestre a oceánico se ha estimado en 0,20 (+0,13,-0,07) Gg C y ⁻¹.

Océanos

Estimaciones del valor económico de los ecosistemas de carbono azul por hectárea. Sobre la base de datos de 2009 del PNUMA/GRID-Arendal.

El carbono azul se refiere al carbono orgánico capturado y almacenado por los ecosistemas oceánicos y costeros del mundo, principalmente por algas, algas marinas, macroalgas, manglares, marismas de sal y otras plantas en los humedales costeros. El término Blue Carbon fue acuñado en 2009 para destacar la contribución de los ecosistemas vegetativos costeros a la mitigación del cambio climático. Debido a que los océanos cubren el 70% del planeta, aumenta el interés de la industria en desarrollar potencial de carbono azul. La investigación está en curso y, si bien en algunos casos se ha comprobado que estos tipos de ecosistemas eliminan mucho más carbono por área que los bosques terrestres, la eficacia del carbono azul como solución de eliminación de dióxido de carbono sigue siendo muy impugnada.

Mejora del secuestro natural

Bosques

Los bosques pueden ser almacenes de carbono y son sumideros de dióxido de carbono cuando aumentan en densidad o área. En los bosques boreales de Canadá, hasta el 80 % del carbono total se almacena en los suelos como materia orgánica muerta. Un estudio de 40 años de los bosques tropicales de África, Asia y América del Sur realizado por la Universidad de Leeds mostró que los bosques tropicales absorben alrededor del 18% de todo el dióxido de carbono agregado por los combustibles fósiles. Durante las últimas tres décadas, la cantidad de carbono absorbido por los bosques tropicales intactos del mundo ha disminuido, según un estudio publicado en 2020 en la revista Nature.

Proporción del carbono almacenado en piscinas forestales de carbono, 2020

La reserva total de carbono en los bosques disminuyó de 668 gigatoneladas en 1990 a 662 gigatoneladas en 2020. Sin embargo, otro estudio encuentra que el índice de área foliar ha aumentado globalmente desde 1981, lo que fue responsable del 12,4 % del sumidero de carbono terrestre acumulado de 1981 a 2016. El efecto fertilización del CO2, por su parte, fue responsable del 47% del sumidero, mientras que el cambio climático redujo el sumidero en un 28,6%.

En 2019 absorbieron un tercio menos de carbono que en la década de 1990, debido a las temperaturas más altas, las sequías y la deforestación. El bosque tropical típico puede convertirse en una fuente de carbono para la década de 2060. Los bosques tropicales verdaderamente maduros, por definición, crecen rápidamente y cada árbol produce al menos 10 árboles nuevos cada año. Con base en estudios de la FAO y el PNUMA, se ha estimado que los bosques asiáticos absorben alrededor de 5 toneladas de dióxido de carbono por hectárea cada año. El efecto de enfriamiento global del secuestro de carbono por parte de los bosques se contrarresta parcialmente porque la reforestación puede disminuir el reflejo de la luz solar (albedo). Los bosques de latitudes medias a altas tienen un albedo mucho más bajo durante las temporadas de nieve que los terrenos llanos, lo que contribuye al calentamiento. Los modelos que comparan los efectos de las diferencias de albedo entre los bosques y los pastizales sugieren que la expansión de la superficie terrestre de los bosques en las zonas templadas ofrece solo un beneficio de enfriamiento temporal.

En Estados Unidos, en 2004 (el año más reciente del que se dispone de estadísticas de la EPA), los bosques secuestraron el 10,6 % (637 megatoneladas) del dióxido de carbono liberado en Estados Unidos por la combustión de combustibles fósiles (carbón, petróleo, y gas natural; 5.657 megatoneladas). Los árboles urbanos secuestraron otro 1,5% (88 megatoneladas). Para reducir aún más las emisiones de dióxido de carbono de EE. UU. en un 7 %, según lo estipulado en el Protocolo de Kioto, se requeriría plantar "un área del tamaño de Texas [8% del área de Brasil] cada 30 años". Los programas de compensación de carbono están plantando millones de árboles de rápido crecimiento por año para reforestar tierras tropicales, por tan solo $0.10 por árbol; durante su vida útil típica de 40 años, un millón de estos árboles fijarán 1 millón de toneladas de dióxido de carbono. En Canadá, la reducción de la cosecha de madera tendría un impacto muy pequeño en las emisiones de dióxido de carbono debido a la combinación de la cosecha y el carbono almacenado en los productos de madera manufacturados junto con la regeneración de los bosques cosechados. Además, la cantidad de carbono que se libera de la cosecha es pequeña en comparación con la cantidad de carbono que se pierde cada año debido a los incendios forestales y otras perturbaciones naturales.

El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático concluyó que "una estrategia de gestión forestal sostenible dirigida a mantener o aumentar las reservas de carbono forestal, mientras produce un rendimiento anual sostenido de fibra de madera o energía del bosque, generará la mayor mitigación sostenida beneficio". Las prácticas de gestión sostenible hacen que los bosques crezcan a un ritmo más alto durante un período de tiempo potencialmente más largo, proporcionando así beneficios de secuestro neto además de los de los bosques no gestionados.

La expectativa de vida de los bosques varía en todo el mundo, influenciada por las especies de árboles, las condiciones del sitio y los patrones de perturbación natural. En algunos bosques, el carbono puede almacenarse durante siglos, mientras que en otros bosques, el carbono se libera con incendios frecuentes que reemplazan los bosques. Los bosques que se cosechan antes de los eventos de reemplazo de rodales permiten la retención de carbono en productos forestales manufacturados como la madera. Sin embargo, solo una parte del carbono extraído de los bosques talados termina en forma de bienes duraderos y edificios. El resto termina como subproductos del aserradero, como pulpa, papel y paletas, que a menudo terminan en la incineración (lo que resulta en la liberación de carbono a la atmósfera) al final de su ciclo de vida. Por ejemplo, de las 1692 megatoneladas de carbono extraídas de los bosques de Oregón y Washington entre 1900 y 1992, solo el 23 % se almacena a largo plazo en productos forestales.

Océanos

Una forma de aumentar la eficiencia de secuestro de carbono de los océanos es agregar partículas de hierro del tamaño de un micrómetro en forma de hematita (óxido de hierro) o melanterita (sulfato de hierro) a ciertas regiones del océano. Esto tiene el efecto de estimular el crecimiento del plancton. El hierro es un nutriente importante para el fitoplancton, generalmente disponible a través del afloramiento a lo largo de las plataformas continentales, las entradas de ríos y arroyos, así como la deposición de polvo suspendido en la atmósfera. Las fuentes naturales de hierro oceánico han disminuido en las últimas décadas, lo que contribuye a una disminución general de la productividad oceánica. Sin embargo, en presencia de nutrientes de hierro, las poblaciones de plancton crecen rápidamente, o "florecen", expandiendo la base de la productividad de la biomasa en toda la región y eliminando cantidades significativas de CO₂ de la atmósfera a través de la fotosíntesis. Una prueba realizada en 2002 en el Océano Austral alrededor de la Antártida sugiere que se hunden entre 10.000 y 100.000 átomos de carbono por cada átomo de hierro agregado al agua. La aplicación de nutrientes de hierro en partes seleccionadas de los océanos, a escalas adecuadas, podría tener el efecto combinado de restaurar la productividad de los océanos y, al mismo tiempo, mitigar los efectos de las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera causadas por el hombre.

Dado que el efecto de las floraciones periódicas de fitoplancton a pequeña escala en los ecosistemas oceánicos no está claro, sería útil realizar más estudios. El fitoplancton tiene un efecto complejo en la formación de nubes a través de la liberación de sustancias como el sulfuro de dimetilo (DMS) que se convierten en aerosoles de sulfato en la atmósfera, proporcionando núcleos de condensación de nubes o CCN.

Otros nutrientes, como nitratos, fosfatos y sílice, así como el hierro, pueden causar la fertilización de los océanos. Se ha especulado que el uso de pulsos de fertilización (alrededor de 20 días de duración) puede ser más efectivo para llevar carbono al fondo del océano que la fertilización sostenida.

Sin embargo, existe cierta controversia sobre sembrar los océanos con hierro, debido al potencial de aumento del crecimiento de fitoplancton tóxico (por ejemplo, 'marea roja'), disminución de la calidad del agua debido al crecimiento excesivo y aumento de la anoxia en áreas que dañan otra vida marina como zooplancton, peces, corales, etc.

Suelos

Desde la década de 1850, una gran proporción de los pastizales del mundo se han labrado y convertido en tierras de cultivo, lo que permite la oxidación rápida de grandes cantidades de carbono orgánico del suelo. Sin embargo, en los Estados Unidos en 2004 (el año más reciente del que se dispone de estadísticas de la EPA), los suelos agrícolas, incluidos los pastizales, secuestraron un 0,8 % (46 megatoneladas) del carbono liberado en los Estados Unidos por la combustión de combustibles fósiles (5.988 megatones). El monto anual de este secuestro ha ido aumentando gradualmente desde 1998.

Los métodos que mejoran significativamente el secuestro de carbono en el suelo incluyen la agricultura sin labranza, el acolchado de residuos, los cultivos de cobertura y la rotación de cultivos, todos los cuales se usan más ampliamente en la agricultura orgánica que en la agricultura convencional. Debido a que solo el 5% de las tierras agrícolas de los EE. UU. utilizan actualmente la siembra directa y la cobertura de residuos, existe un gran potencial para la captura de carbono. La conversión a pastizales, particularmente con un buen manejo del pastoreo, puede secuestrar aún más carbono en el suelo.

Terra preta, un suelo antropogénico con alto contenido de carbono, también se está investigando como mecanismo de secuestro. Al pirolizar la biomasa, aproximadamente la mitad de su carbono se puede reducir a carbón vegetal, que puede persistir en el suelo durante siglos y constituye una enmienda útil para el suelo, especialmente en suelos tropicales (biochar o agrichar).

"Durante la mayor parte de la historia humana, el permafrost ha sido el sumidero de carbono terrestre más grande de la Tierra, atrapando material vegetal y animal en sus capas congeladas durante siglos. Actualmente almacena alrededor de 1.600 billones de toneladas de carbono, más del doble de la cantidad actual en la atmósfera. Pero gracias al aumento de las temperaturas, el permafrost se está fracturando y desapareciendo". Sergey Zimov ha propuesto restaurar y proteger este importante mecanismo de secuestro de carbono mediante la restauración de los pastizales y los grandes mamíferos herbívoros del Ártico.

Sabana

Las quemas controladas en las sabanas del extremo norte de Australia pueden resultar en un sumidero general de carbono. Un ejemplo de trabajo es el Acuerdo de Manejo de Incendios de West Arnhem, iniciado para llevar la "gestión estratégica de incendios a lo largo de 28 000 km² de Western Arnhem Land". Comenzar deliberadamente las quemas controladas a principios de la estación seca da como resultado un mosaico de terreno quemado y no quemado que reduce el área de quema en comparación con incendios más fuertes al final de la estación seca. Al principio de la estación seca hay niveles más altos de humedad, temperaturas más frescas y viento más ligero que más tarde en la estación seca; los incendios tienden a apagarse durante la noche. Las quemas tempranas controladas también dan como resultado que se queme una proporción más pequeña de la biomasa de pastos y árboles. Se han realizado reducciones de emisiones de 256 000 toneladas de CO₂ a partir de 2007.

Secuestro artificial

Para que el carbono sea secuestrado artificialmente (es decir, sin usar los procesos naturales del ciclo del carbono), primero debe capturarse, o debe retrasarse significativamente o evitarse que se vuelva a liberar a la atmósfera. (por combustión, descomposición, etc.) de un material rico en carbono existente, al ser incorporado a un uso duradero (como en la construcción). A partir de entonces, se puede almacenar de forma pasiva o permanecer productivamente utilizado a lo largo del tiempo en una variedad de formas. Por ejemplo, al ser cosechada, la madera (como material rico en carbono) puede quemarse inmediatamente o servir como combustible, devolviendo su carbono a la atmósfera, o puede incorporarse a la construcción o a una estufa. de otros productos duraderos, secuestrando así su carbono durante años o incluso siglos.

Un edificio diseñado con mucho cuidado y duradero, con eficiencia energética y captura de energía tiene el potencial de secuestrar (en sus materiales de construcción ricos en carbono) tanto o más carbono que el liberado por la adquisición e incorporación de todos sus materiales y que serán liberados por la función de construcción "importaciones de energía" durante la existencia de la estructura (potencialmente de varios siglos). Tal estructura podría denominarse "carbono neutral" o incluso "carbono negativo". Se estima que la construcción y operación de edificios (uso de electricidad, calefacción, etc.) contribuyen con casi la mitad de las adiciones anuales de carbono a la atmósfera causadas por el hombre.

Las plantas de purificación de gas natural a menudo ya tienen que eliminar el dióxido de carbono, ya sea para evitar que el hielo seco obstruya los camiones cisterna o para evitar que las concentraciones de dióxido de carbono excedan el máximo del 3 % permitido en la red de distribución de gas natural.

Edificios

Mjøstårnet, uno de los edificios de madera más altos, en su apertura 2019

Según un equipo internacional de científicos interdisciplinarios en un estudio de 2020, la adopción generalizada de madera en masa y su sustitución por acero y hormigón en nuevos proyectos de construcción de media altura durante las próximas décadas tiene el potencial de convertir los edificios de madera en un sumidero global de carbono, ya que almacenan el dióxido de carbono tomado del aire por los árboles que se talan y utilizan como madera en masa. Tomando nota de la necesidad demográfica de nuevas construcciones urbanas durante los próximos treinta años, el equipo analizó cuatro escenarios para la transición a nuevas construcciones de media altura con madera en masa. Suponiendo que las cosas sigan como hasta ahora, solo el 0,5 % de los nuevos edificios en todo el mundo se construirán con madera para 2050 (escenario 1). Esto podría incrementarse hasta un 10 % (escenario 2) o un 50 % (escenario 3), suponiendo que la fabricación de madera en masa aumentaría a medida que la revolución de los materiales sustituyera el cemento y el acero en la construcción urbana por la escala de la madera en consecuencia. Por último, si los países con un bajo nivel de industrialización actual, por ejemplo, África, Oceanía y partes de Asia, también hicieran la transición a la madera (incluido el bambú), entonces es concebible incluso un 90 % de madera para 2050 (escenario 4). Esto podría resultar en almacenar entre 10 millones de toneladas de carbono por año en el escenario más bajo y cerca de 700 millones de toneladas en el escenario más alto. El estudio encontró que este potencial podría realizarse bajo dos condiciones. En primer lugar, los bosques explotados tendrían que ser gestionados, gobernados y utilizados de forma sostenible. En segundo lugar, la madera de los edificios de madera demolidos tendría que reutilizarse o conservarse en la tierra de diversas formas.

Captura directa de aire

Diagrama de flujo del proceso de captación de aire directo utilizando hidroxido sodio como absorbente e incluyendo la regeneración de solventes

La captura directa de aire (DAC) es un proceso de captura de dióxido de carbono (CO2) directamente desde el aire ambiente (a diferencia de la captura de fuentes puntuales, como una fábrica de cemento o una planta de energía de biomasa) y generando un flujo concentrado de CO₂ para el secuestro o utilización o producción de combustible neutro de carbono y eólicas. La eliminación de dióxido de carbono se logra cuando el aire ambiente hace contacto con medios químicos, por lo general un disolvente alcalino acuoso o sorbentes. Estos medios químicos son posteriormente despojados de CO₂ a través de la aplicación de energía (calor nominal), resultando en un CO₂ flujo que puede sufrir deshidratación y compresión, mientras que simultáneamente regenera los medios químicos para reutilizar.

El DAC fue sugerido en 1999 por Klaus S. Lackner y sigue en desarrollo. Varias plantas comerciales están planificadas o en funcionamiento en Europa y Estados Unidos. Es posible acelerar el despliegue del CAD a gran escala cuando se conecta con aplicaciones económicas o incentivos de política.

A diferencia de la captura y almacenamiento de carbono (CCS) que captura las emisiones de una fuente de puntos como una fábrica, el DAC reduce la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera en su conjunto. Típicamente, el CCS se recomienda para fuentes grandes y estacionarias de CO₂ más que distribuidos y muebles. Por el contrario, el DAC no tiene limitaciones en las fuentes. Cuando se combina con almacenamiento a largo plazo de CO₂, DAC se conoce como captura y almacenamiento directos de carbono aéreo (DACCS o DACS). El DACCS puede actuar como mecanismo de eliminación de dióxido de carbono, aunque hasta 2022 todavía no ha sido rentable porque el costo por tonelada de dióxido de carbono es varias veces el precio del carbono.

Océanos

Otra forma propuesta de secuestro de carbono en el océano es la inyección directa. En este método, el dióxido de carbono se bombea directamente al agua en profundidad y se espera que forme "lagos" de CO líquido₂ en la parte inferior. Los experimentos llevados a cabo en aguas moderadas a profundas (350–3600 metros (1150–11 810 pies)) indican que el CO líquido₂ reacciona para formar sólidos hidratos de clatrato de CO₂, que se disuelven gradualmente en las aguas circundantes.

Este método también tiene consecuencias ambientales potencialmente peligrosas. El dióxido de carbono reacciona con el agua para formar ácido carbónico, H₂CO₃; sin embargo, la mayoría (hasta un 99 %) permanece como CO molecular disuelto₂. Sin duda, el equilibrio sería bastante diferente bajo las condiciones de alta presión en las profundidades del océano. Además, si los metanógenos bacterianos de aguas profundas que reducen el dióxido de carbono se encontraran con los sumideros de dióxido de carbono, los niveles de gas metano podrían aumentar, lo que llevaría a la generación de un gas de efecto invernadero aún peor. Se desconocen los efectos ambientales resultantes sobre las formas de vida bénticas de las zonas batipelágica, abisopelágica y hadopelágica. Aunque la vida parece ser bastante escasa en las cuencas oceánicas profundas, los efectos energéticos y químicos en estas cuencas profundas podrían tener implicaciones de largo alcance. Se necesita mucho más trabajo aquí para definir el alcance de los problemas potenciales.

El almacenamiento de carbono en los océanos o debajo de ellos puede no ser compatible con el Convenio sobre la prevención de la contaminación del mar por vertimiento de desechos y otras materias.

Un método adicional de secuestro a largo plazo basado en el océano es recolectar residuos de cultivos, como tallos de maíz o exceso de heno, en grandes fardos pesados de biomasa y depositarlos en las áreas de abanico aluvial de la cuenca oceánica profunda. Dejar caer estos residuos en abanicos aluviales haría que los residuos se enterraran rápidamente en el sedimento del fondo del mar, secuestrando la biomasa durante períodos de tiempo muy prolongados. Los abanicos aluviales existen en todos los océanos y mares del mundo donde los deltas de los ríos caen desde el borde de la plataforma continental, como el abanico aluvial del Mississippi en el golfo de México y el abanico aluvial del Nilo en el mar Mediterráneo. Sin embargo, una desventaja sería un aumento en el crecimiento de bacterias aeróbicas debido a la introducción de biomasa, lo que generaría una mayor competencia por los recursos de oxígeno en las profundidades marinas, similar a la zona de mínimo oxígeno.

Secuestro geológico

El método de geosecuestro o almacenamiento geológico consiste en inyectar dióxido de carbono directamente en formaciones geológicas subterráneas. Se han sugerido campos de petróleo en declive, acuíferos salinos y vetas de carbón no explotables como sitios de almacenamiento. No se consideran cavernas y minas antiguas que se utilizan comúnmente para almacenar gas natural, debido a la falta de seguridad en el almacenamiento.

CO₂ en campos petroleros en declive durante más de 40 años para aumentar la recuperación de petróleo. Esta opción es atractiva porque los costos de almacenamiento se compensan con la venta de petróleo adicional que se recupera. Por lo general, es posible una recuperación adicional del 10 al 15 % del aceite original en el lugar. Otros beneficios son la infraestructura existente y la información geofísica y geológica sobre el campo petrolero que está disponible a partir de la exploración petrolera. Otro beneficio de inyectar CO₂ en los campos petroleros es que el CO₂ es soluble en aceite. Disolver CO₂ en aceite reduce la viscosidad del aceite y reduce su tensión interfacial, lo que aumenta la movilidad de los aceites. Todos los campos petroleros tienen una barrera geológica que impide la migración ascendente del petróleo. Dado que la mayor parte del petróleo y el gas han existido durante millones a decenas de millones de años, los yacimientos de petróleo y gas agotados pueden contener dióxido de carbono durante milenios. Los posibles problemas identificados son los muchos 'fugas' oportunidades que brindan los viejos pozos de petróleo, la necesidad de altas presiones de inyección y la acidificación que puede dañar la barrera geológica. Otras desventajas de los yacimientos petrolíferos antiguos son su distribución geográfica y profundidades limitadas, que requieren altas presiones de inyección para el secuestro. Por debajo de una profundidad de unos 1000 m, el dióxido de carbono se inyecta como un fluido supercrítico, un material con la densidad de un líquido, pero la viscosidad y difusividad de un gas. Las vetas de carbón no explotables se pueden usar para almacenar CO₂, porque CO₂ se absorbe en la superficie del carbón, lo que garantiza un almacenamiento seguro a largo plazo. En el proceso libera metano que previamente estaba adsorbido en la superficie del carbón y que puede recuperarse. Nuevamente, la venta del metano se puede usar para compensar el costo del almacenamiento de CO₂. La liberación o quema de metano, por supuesto, compensaría al menos parcialmente el resultado de secuestro obtenido, excepto cuando se permite que el gas escape a la atmósfera en cantidades significativas: el metano tiene un potencial de calentamiento global 80 veces mayor que el CO₂ (durante los primeros veinte años).

Los acuíferos salinos contienen salmueras altamente mineralizadas y, hasta ahora, no se han considerado beneficiosos para los seres humanos, excepto en unos pocos casos en los que se han utilizado para el almacenamiento de desechos químicos. Sus ventajas incluyen un gran volumen de almacenamiento potencial y una ocurrencia relativamente común que reduce la distancia sobre la cual debe transportarse el CO₂. La principal desventaja de los acuíferos salinos es que se sabe relativamente poco sobre ellos en comparación con los campos petrolíferos. Otra desventaja de los acuíferos salinos es que a medida que aumenta la salinidad del agua, se puede disolver menos CO₂ en una solución acuosa. Para mantener un costo de almacenamiento aceptable, la exploración geofísica puede limitarse, lo que genera una mayor incertidumbre sobre la estructura de un acuífero determinado. A diferencia del almacenamiento en yacimientos petrolíferos o lechos de carbón, ningún producto secundario compensará el costo de almacenamiento. La fuga de CO₂ a la atmósfera puede ser un problema en el almacenamiento de acuíferos salinos. Sin embargo, la investigación actual muestra que varios mecanismos de captura inmovilizan el CO₂ bajo tierra, lo que reduce el riesgo de fuga

Actualmente se está llevando a cabo un importante proyecto de investigación que examina el secuestro geológico de dióxido de carbono en un campo petrolero en Weyburn, en el sureste de Saskatchewan. En el Mar del Norte, la plataforma de gas natural Equinor de Noruega, Sleipner, extrae el dióxido de carbono del gas natural con solventes de amina y elimina este dióxido de carbono mediante secuestro geológico. Sleipner reduce las emisiones de dióxido de carbono en aproximadamente un millón de toneladas al año. El costo del secuestro geológico es menor en relación con los costos generales de funcionamiento. No se financió una de las primeras pruebas planificadas de secuestro a gran escala de dióxido de carbono extraído de las emisiones de la planta de energía en el campo petrolífero Miller a medida que BP agota sus reservas.

En octubre de 2007, la Oficina de Geología Económica de la Universidad de Texas en Austin recibió un subcontrato de 38 millones de dólares por 10 años para llevar a cabo el primer proyecto a largo plazo supervisado intensamente en los Estados Unidos que estudia la viabilidad de inyectar un gran volumen de CO₂ para almacenamiento subterráneo. El proyecto es un programa de investigación de la Asociación Regional de Secuestro de Carbono del Sudeste (SECARB), financiado por el Laboratorio Nacional de Tecnología Energética del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE). La asociación SECARB demostrará la tasa de inyección y la capacidad de almacenamiento de CO₂ en el sistema geológico Tuscaloosa-Woodbine que se extiende desde Texas hasta Florida. A partir del otoño de 2007, el proyecto inyectará CO₂ a razón de un millón de toneladas por año, hasta 1,5 años, en salmuera hasta 10,000 pies (3,000 m) debajo de la superficie terrestre cerca del campo petrolífero de Cranfield, a unas 15 millas (24 km) al este de Natchez, Mississippi. El equipo experimental medirá la capacidad del subsuelo para aceptar y retener CO₂.

Secuestro de minerales

El secuestro de minerales tiene como objetivo atrapar el carbono en forma de sales de carbonato sólidas. Este proceso ocurre lentamente en la naturaleza y es responsable de la deposición y acumulación de piedra caliza a lo largo del tiempo geológico. El ácido carbónico en el agua subterránea reacciona lentamente con silicatos complejos para disolver calcio, magnesio, álcalis y sílice y dejar un residuo de minerales arcillosos. El calcio y el magnesio disueltos reaccionan con el bicarbonato para precipitar los carbonatos de calcio y magnesio, un proceso que utilizan los organismos para fabricar caparazones. Cuando los organismos mueren, sus caparazones se depositan como sedimentos y eventualmente se convierten en piedra caliza. Las calizas se han acumulado durante miles de millones de años de tiempo geológico y contienen gran parte del carbono de la Tierra. La investigación en curso tiene como objetivo acelerar reacciones similares que involucran carbonatos alcalinos.

Se están investigando varios depósitos de serpentinita como sumideros de almacenamiento de CO₂ potencialmente a gran escala, como los que se encuentran en NSW, Australia, donde se está ejecutando el proyecto de la primera planta piloto de carbonatación mineral. La reutilización beneficiosa del carbonato de magnesio de este proceso podría proporcionar materia prima para nuevos productos desarrollados para el entorno construido y la agricultura sin devolver el carbono a la atmósfera y, por lo tanto, actuar como sumidero de carbono.

Una reacción propuesta es la de la dunita de roca rica en olivino, o su serpentinita hidratada equivalente con dióxido de carbono para formar el mineral de carbonato magnesita, además de sílice y óxido de hierro (magnetita).

El secuestro de serpentinita se ve favorecido por la naturaleza no tóxica y estable del carbonato de magnesio. Las reacciones ideales involucran los componentes del extremo de magnesio del olivino (reacción 1) o serpentina (reacción 2), este último derivado del olivino anterior por hidratación y silicificación (reacción 3). La presencia de hierro en el olivino o serpentina reduce la eficiencia del secuestro, ya que los componentes de hierro de estos minerales se descomponen en óxido de hierro y sílice (reacción 4).

Reacciones de serpentinita

Mg-olivineMg2SiO4 + dióxido de carbono2CO2 → magnesita 2MgCO3 + silica SiO2 + agua H2O

()Reacción 1)

Serpentine Mg3[Si2O5(OH)4] + dióxido de carbono3CO2 → magnesita 3MgCO3 + silica 2SiO2 + agua 2H2O

()Reacción 2)

Mg-olivine3Mg2SiO4 + silica 2SiO2 + agua 4H2O → serpentina 2Mg3[Si2O5(OH)4]

()Reacción 3)

Fe-olivine3Fe2SiO4 + agua 2H2O → magnetita 2Fe3O4 + silica 3SiO2 + hidrógeno 2H2

()Reacción 4)

Estructuras de imidazolato zeolítico

Las estructuras de imidazolato zeolítico son un sumidero de dióxido de carbono de estructuras metal-orgánicas que podrían utilizarse para mantener las emisiones industriales de dióxido de carbono fuera de la atmósfera.

Tendencias en el rendimiento del sumidero

Las contribuciones acumuladas al presupuesto mundial de carbono desde 1850 ilustran cómo los componentes de fuentes y sumideros han estado fuera de equilibrio, causando un aumento casi del 50% en la concentración de dióxido de carbono atmosférico.

Un estudio realizado en 2009 encontró que la fracción de las emisiones de combustibles fósiles absorbidas por los océanos puede haber disminuido hasta en un 10 % desde 2000, lo que indica que el secuestro oceánico puede ser sublineal. Otro estudio de 2009 encontró que la fracción de CO₂ absorbida por los ecosistemas terrestres y los océanos no ha cambiado desde 1850, lo que indica que no ha disminuido capacidad.

Un estudio de 2020 encontró que 32 bosques tropicales estacionales no amazónicos de Brasil pasaron de ser un sumidero de carbono a una fuente de carbono en 2013 y concluye que "se necesitan políticas para mitigar la emisión de gases de efecto invernadero y para restaurar y proteger los bosques estacionales tropicales".

El IPCC ha señalado que los océanos y la vegetación absorberán progresivamente una fracción menor de las emisiones de CO₂ y, a cambio,, crea una mayor deficiencia de absorción.

Una tendencia emergente es el uso de agricultura conservadora o regenerativa. Según Project Drawdown, la agricultura regenerativa podría hundir entre 9,43 y 13,4 gigatoneladas de CO₂ entre 2020 y 2050. Este será un gran contribución al rendimiento del fregadero.