Vigilancia Tecnológica
El potencial del amianto para capturar CO2 contra el cambio climático
A pesar de su efecto cancerígeno, estos residuos mineros podrían tratarse para acelerar el ciclo natural del carbono y atraparlo permanentemente en forma de rocas. Además de sus riesgos para la salud, será imprescindible combinar el enfoque con políticas que compensen su elevado coste
Un abrasador día de agosto de este año, el estudiante de posgrado del Instituto Politécnico de Worcester en Massachusetts (EE. UU.) Caleb Woodall agarró su pala como una lanza y la clavó en la tierra endurecida de una mina llena de asbesto (amianto) en California (EE. UU.).
Woodall quería muestras de esta mina de amianto que lleva cerrada desde 1980. Extrajo cientos de gramos de varios lugares de la montaña, los metió en distintas bolsas de plástico cerradas y las envió a un par de laboratorios para su análisis.
Sus colegas y él intentan determinar la composición y la estructura de los materiales extraídos de las minas para responder a dos preguntas fundamentales: ¿Cuánto dióxido de carbono contienen y cuánto más podrían almacenar?
La gran superficie de ciertos tipos de amianto fibroso (una clase de compuestos cancerígenos que antes se usaban frecuentemente en materiales de construcción resistentes al calor) resulta especialmente buena para atrapar las moléculas de dióxido de carbono disueltas en el agua de lluvia o que flotan en el aire.
Eso incluye la forma más común de asbesto, el crisotilo (amianto blanco), un mineral del grupo de la serpentina (es la roca local del estado de California) extendido por toda la montaña. Su reacción con el dióxido de carbono produce principalmente minerales de carbonato de magnesio como la magnesita, un material estable que podría bloquear el CO2 de efecto invernadero durante milenios.
Woodall y su asesora e investigadora de la captura de carbono Jennifer Wilcox, forman parte de un número creciente de científicos enfocados en explorar distintas formas de acelerar estas reacciones, que de otro modo serían lentas, con la esperanza de utilizar los desechos mineros para combatir el cambio climático. Se trata de un esfuerzo útil para capturar carbono que también podría funcionar con los subproductos ricos en calcio y magnesio de la extracción de níquel, cobre, diamantes y platino.
Primero esperan compensar las grandes emisiones de carbono de la propia minería mediante estos minerales ya extraídos en el proceso. Pero su gran esperanza consiste en que este trabajo inicial les permita descubrir cómo extraer minerales de manera efectiva y asequible, probablemente incluyendo el amianto, con el propósito específico de capturar grandes cantidades de gases de efecto invernadero de la atmósfera.
El profesor de la Universidad de Columbia Británica (Canadá) y uno de los principales investigadores en este campo emergente Gregory Dipple explica: "La descarbonización de las minas en la próxima década nos está ayudando a generar confianza y conocimientos para la extracción real con el propósito de alcanzar emisiones negativas".
Acelerar un ciclo muy lentoEl Panel Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés) de las Naciones Unidas descubrió que cualquier escenario que suponga no calentar el planeta en más de 1,5 ?C sobre niveles preindustriales requerirá eliminar prácticamente todas las emisiones a mediados de este siglo, así como capturar entre 100.000 millones y 1 billón de toneladas métricas de dióxido de carbono del aire hasta el final este siglo. Mantener el calentamiento por debajo de 2 °C podría requerir la extracción de 10.000 millones de toneladas al año hasta el 2050 y 20.000 millones al año hasta 2100, según un estudio de las Academias Nacionales de EE. UU.
Se trata de una cantidad tan inmensa que, probablemente nos obligue a usar una variedad de métodos solo para acercarnos a ella, incluida la plantación de árboles y el aumento de la absorción de carbono en los suelos agrícolas. La promesa particular de usar minerales para captar el dióxido de carbono consiste en que se podría llevar a cabo a escala masiva y que lo almacenaría de forma efectiva y perpetua.
Foto: Caleb Woodall deposita muestras de amianto en una para su posterior análisis. Créditos: Roger Aines, Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
La mineralización ya representa el mecanismo principal que utiliza la naturaleza en el llamado "ciclo lento del carbono". Con el agua de lluvia, el dióxido de carbono disuelve las rocas básicas y produce magnesio, calcio y otros compuestos que llegan a los océanos. Allí, la vida marina convierte esos materiales en conchas y esqueletos que con el tiempo se convierten en piedra caliza y otros tipos de rocas.
Hay minerales más que suficientes para capturar todo el dióxido de carbono que hemos emitido y más. El problema consiste en que la gran mayoría está encerrada en rocas sólidas que no entran en contacto con el gas de efecto invernadero. Incluso cuando están expuestos en afloramientos rocosos, estas reacciones tardan mucho tiempo en llevarse a cabo.
Pero una variedad de intervenciones podría acelerar el lento ciclo natural del carbono. Podrían ser algunos procesos físicos como simplemente desenterrar los materiales, molerlos en partículas más finas y esparcirlas en capas finas, todo lo cual aumenta el área de superficie reactiva expuesta al dióxido de carbono. También hay formas de acelerar las reacciones químicas añadiendo calor o compuestos como ácidos.
"Se trata de una gran oportunidad sin explotar que podría eliminar enormes cantidades de CO2", afirma el director de la Iniciativa de Carbono en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, Roger Aines, quien acompañó a Woodall en su viaje a California.
La mejor recetaDipple está explorando una variedad de técnicas para llevarlo a cabo. En un proyecto piloto del año pasado, financiado por la compañía de diamantes De Beers y Natural Resources Canada, sus colegas y él utilizaron residuos mineros de los Territorios del Noroeste de Canadá para atrapar el dióxido de carbono liberado de un depósito. El objetivo era evaluar la posibilidad de utilizar los minerales para capturar y almacenar el gas de la combustión de una central eléctrica.
El equipo está realizando actualmente una prueba de campo para una fábrica de níquel en Columbia Británica (Canadá). Han colocado los desechos de las perforaciones exploratorias en distintos contenedores y están midiendo las velocidades de reacción de diferentes aditivos químicos y procesos en diferentes condiciones climáticas. Pero esperan que el simple hecho de añadir agua y labrar los materiales elimine rápidamente el dióxido de carbono del aire, formando un bloque sólido que se podría enterrar.
Debido a que la operación propuesta funcionaría principalmente con energía hidroeléctrica, estiman que poner en uso solo el 30 % de los desechos más reactivos de las minas volvería la operación neutra en carbono. Usar alrededor del 50 % la haría negativa en carbono.
Pero no todos los desechos mineros son iguales. En otro proyecto, Wilcox y Woodall están realizando un trabajo de campo en una mina de platino, paladio y níquel en Montana (EE. UU.), con la esperanza de desarrollar formas de acelerar las reacciones de captura de carbono con algunos subproductos no tan ideales. Los principales minerales de los relaves son feldespatos de plagioclasas, que mantienen el magnesio y el calcio en una estructura química compacta, lo que los hace menos reactivos que otros tipos de desechos mineros.
De vuelta en el laboratorio, los investigadores están probando si aplicar calor, sales de amonio y ciertos ácidos débiles pueden romper esas estructuras, liberando más calcio y magnesio para capturar más dióxido de carbono. Wilcox afirma: "Si logramos encontrar una receta para todos estos diferentes relaves, las oportunidades podrían ser numerosas".
Próximos pasosWoodall está explorando los sitios con residuos de amianto porque espera encontrar alguno que pueda funcionar bien para una prueba de campo posterior para evaluar las formas de acelerar la absorción de carbono. Los enfoques podrían incluir esparcir el material para aumentar el área de superficie reactiva, usar ventiladores para aumentar el flujo de aire sobre el asbesto o inyectar directamente dióxido de carbono concentrado en los pozos minerales.
Con el tiempo, estos procesos deberían formar una mezcla de roca y tierra ligeramente unidas, compuesta principalmente de carbonatos de magnesio, bicarbonato y carbonato de calcio, que simplemente podrían dejarse ahí, explica Aines. La conversión del amianto también ayudaría a limpiar estas zonas.
Pero, ¿es seguro soplar tanto aire alrededor del amianto? Y, ¿realmente conseguirían esos esfuerzos limpiar del todo estos sitios tóxicos? Dados los riesgos del asbesto para la salud, la decisión de llevar a cabo un trabajo posterior o dónde dependerá de las consideraciones de las juntas de supervisión científica y de las autoridades reguladoras.
Es posible que quede alguna cantidad de amianto o que se disperse en el transcurso del trabajo, admite Aines. Esa es una de las cuestiones clave que deberían probarse, añade.
También es la razón por la que resulta importante realizar ese trabajo en un sitio restringido y por qué cualquier investigación o esfuerzo posterior a gran escala debería seguir las reglas y procesos claros para trabajar con estos materiales. Woodall subraya que tomarían todas las precauciones necesarias, incluida la de echar el agua sobre los materiales para evitar que el asbesto flote por el aire, así como el uso de sensores para controlar el nivel de exposición.
Desafíos adicionalesEn cualquier caso, los desechos mineros por sí solos no conseguirán gran cosa.
Woodall estima que un sitio de amianto en Vermont (EE. UU.), con alrededor de 30 millones de toneladas de desechos, podría capturar hasta 12 millones de toneladas de dióxido de carbono. Las minas a nivel mundial producen suficientes subproductos minerales para capturar casi 40 millones de toneladas de dióxido de carbono al año, según el estudio de las Academias Nacionales de EE. UU.
Pero todo eso solo es una pequeña fracción de los miles de millones de toneladas de dióxido de carbono que se deben capturar para abordar de manera significativa el cambio climático. Por lo tanto, acercarse un poco a la escala necesaria requerirá desenterrar más minerales.
Woodall y Aines creen que eso podría incluir el amianto, dado lo reactivo que es, si las pruebas de campo muestran que el proceso es efectivo y seguro. Pero la idea seguramente suscitará serias preocupaciones dados los riesgos para la salud que presenta el asbesto. Y hay muchas otras opciones de minerales, aunque no sean tan ideales.
Otros grupos de investigación y organizaciones sin ánimo de lucro ya están buscando formas de utilizar otros minerales cuando se extraen, como por ejemplo: esparcir olivino molido a lo largo de algunas playas o rociar polvo de basalto sobre tierras de cultivo para absorber el dióxido de carbono y fertilizar los cultivos.
Sin embargo, la extracción de cualquier material a gran escala se enfrentará a una serie de desafíos. La minería en sí es destructiva para el medio ambiente. Toda la energía necesaria para extraer, moler, distribuir y procesar los minerales afectará cualquier reducción de emisiones. Y podría haber serias limitaciones de terreno disponible, especialmente porque la mayoría de los minerales pueden tardar años en reaccionar con el dióxido de carbono.
Por ejemplo, la eliminar 2.500 millones de toneladas de CO2 al año con óxido de magnesio requeriría una capa de 10 centímetros de espesor de unos 15.000 kilómetros cuadrados, según en julio. Eso equivale a un poco más del 5 % del territorio de Nevada (EE. UU.).
Pero el principal obstáculo es el precio. Wilcox cree que todo el proceso podría costar más de 170 euros por tonelada, lo que es mucho más caro que plantar árboles.
Algunos de los materiales se podrían destinar a productos comerciales, como los agregados del hormigón, para sufragar los costes. También ayudaría algún tipo de compensaciones voluntarias de carbono, donde las personas o las corporaciones pagan para equilibrar sus propias emisiones. Pero la mayoría de los expertos creen que llegar a la escala de miles de millones de toneladas requerirá políticas públicas agresivas con altos precios para la contaminación por carbono o generosos incentivos para eliminarla.
Woodall quería muestras de esta mina de amianto que lleva cerrada desde 1980. Extrajo cientos de gramos de varios lugares de la montaña, los metió en distintas bolsas de plástico cerradas y las envió a un par de laboratorios para su análisis.
Sus colegas y él intentan determinar la composición y la estructura de los materiales extraídos de las minas para responder a dos preguntas fundamentales: ¿Cuánto dióxido de carbono contienen y cuánto más podrían almacenar?
La gran superficie de ciertos tipos de amianto fibroso (una clase de compuestos cancerígenos que antes se usaban frecuentemente en materiales de construcción resistentes al calor) resulta especialmente buena para atrapar las moléculas de dióxido de carbono disueltas en el agua de lluvia o que flotan en el aire.
Eso incluye la forma más común de asbesto, el crisotilo (amianto blanco), un mineral del grupo de la serpentina (es la roca local del estado de California) extendido por toda la montaña. Su reacción con el dióxido de carbono produce principalmente minerales de carbonato de magnesio como la magnesita, un material estable que podría bloquear el CO2 de efecto invernadero durante milenios.
Woodall y su asesora e investigadora de la captura de carbono Jennifer Wilcox, forman parte de un número creciente de científicos enfocados en explorar distintas formas de acelerar estas reacciones, que de otro modo serían lentas, con la esperanza de utilizar los desechos mineros para combatir el cambio climático. Se trata de un esfuerzo útil para capturar carbono que también podría funcionar con los subproductos ricos en calcio y magnesio de la extracción de níquel, cobre, diamantes y platino.
Primero esperan compensar las grandes emisiones de carbono de la propia minería mediante estos minerales ya extraídos en el proceso. Pero su gran esperanza consiste en que este trabajo inicial les permita descubrir cómo extraer minerales de manera efectiva y asequible, probablemente incluyendo el amianto, con el propósito específico de capturar grandes cantidades de gases de efecto invernadero de la atmósfera.
El profesor de la Universidad de Columbia Británica (Canadá) y uno de los principales investigadores en este campo emergente Gregory Dipple explica: "La descarbonización de las minas en la próxima década nos está ayudando a generar confianza y conocimientos para la extracción real con el propósito de alcanzar emisiones negativas".
Acelerar un ciclo muy lentoEl Panel Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés) de las Naciones Unidas descubrió que cualquier escenario que suponga no calentar el planeta en más de 1,5 ?C sobre niveles preindustriales requerirá eliminar prácticamente todas las emisiones a mediados de este siglo, así como capturar entre 100.000 millones y 1 billón de toneladas métricas de dióxido de carbono del aire hasta el final este siglo. Mantener el calentamiento por debajo de 2 °C podría requerir la extracción de 10.000 millones de toneladas al año hasta el 2050 y 20.000 millones al año hasta 2100, según un estudio de las Academias Nacionales de EE. UU.
Se trata de una cantidad tan inmensa que, probablemente nos obligue a usar una variedad de métodos solo para acercarnos a ella, incluida la plantación de árboles y el aumento de la absorción de carbono en los suelos agrícolas. La promesa particular de usar minerales para captar el dióxido de carbono consiste en que se podría llevar a cabo a escala masiva y que lo almacenaría de forma efectiva y perpetua.
Foto: Caleb Woodall deposita muestras de amianto en una para su posterior análisis. Créditos: Roger Aines, Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
La mineralización ya representa el mecanismo principal que utiliza la naturaleza en el llamado "ciclo lento del carbono". Con el agua de lluvia, el dióxido de carbono disuelve las rocas básicas y produce magnesio, calcio y otros compuestos que llegan a los océanos. Allí, la vida marina convierte esos materiales en conchas y esqueletos que con el tiempo se convierten en piedra caliza y otros tipos de rocas.
Hay minerales más que suficientes para capturar todo el dióxido de carbono que hemos emitido y más. El problema consiste en que la gran mayoría está encerrada en rocas sólidas que no entran en contacto con el gas de efecto invernadero. Incluso cuando están expuestos en afloramientos rocosos, estas reacciones tardan mucho tiempo en llevarse a cabo.
Pero una variedad de intervenciones podría acelerar el lento ciclo natural del carbono. Podrían ser algunos procesos físicos como simplemente desenterrar los materiales, molerlos en partículas más finas y esparcirlas en capas finas, todo lo cual aumenta el área de superficie reactiva expuesta al dióxido de carbono. También hay formas de acelerar las reacciones químicas añadiendo calor o compuestos como ácidos.
"Se trata de una gran oportunidad sin explotar que podría eliminar enormes cantidades de CO2", afirma el director de la Iniciativa de Carbono en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, Roger Aines, quien acompañó a Woodall en su viaje a California.
La mejor recetaDipple está explorando una variedad de técnicas para llevarlo a cabo. En un proyecto piloto del año pasado, financiado por la compañía de diamantes De Beers y Natural Resources Canada, sus colegas y él utilizaron residuos mineros de los Territorios del Noroeste de Canadá para atrapar el dióxido de carbono liberado de un depósito. El objetivo era evaluar la posibilidad de utilizar los minerales para capturar y almacenar el gas de la combustión de una central eléctrica.
El equipo está realizando actualmente una prueba de campo para una fábrica de níquel en Columbia Británica (Canadá). Han colocado los desechos de las perforaciones exploratorias en distintos contenedores y están midiendo las velocidades de reacción de diferentes aditivos químicos y procesos en diferentes condiciones climáticas. Pero esperan que el simple hecho de añadir agua y labrar los materiales elimine rápidamente el dióxido de carbono del aire, formando un bloque sólido que se podría enterrar.
Debido a que la operación propuesta funcionaría principalmente con energía hidroeléctrica, estiman que poner en uso solo el 30 % de los desechos más reactivos de las minas volvería la operación neutra en carbono. Usar alrededor del 50 % la haría negativa en carbono.
Pero no todos los desechos mineros son iguales. En otro proyecto, Wilcox y Woodall están realizando un trabajo de campo en una mina de platino, paladio y níquel en Montana (EE. UU.), con la esperanza de desarrollar formas de acelerar las reacciones de captura de carbono con algunos subproductos no tan ideales. Los principales minerales de los relaves son feldespatos de plagioclasas, que mantienen el magnesio y el calcio en una estructura química compacta, lo que los hace menos reactivos que otros tipos de desechos mineros.
De vuelta en el laboratorio, los investigadores están probando si aplicar calor, sales de amonio y ciertos ácidos débiles pueden romper esas estructuras, liberando más calcio y magnesio para capturar más dióxido de carbono. Wilcox afirma: "Si logramos encontrar una receta para todos estos diferentes relaves, las oportunidades podrían ser numerosas".
Próximos pasosWoodall está explorando los sitios con residuos de amianto porque espera encontrar alguno que pueda funcionar bien para una prueba de campo posterior para evaluar las formas de acelerar la absorción de carbono. Los enfoques podrían incluir esparcir el material para aumentar el área de superficie reactiva, usar ventiladores para aumentar el flujo de aire sobre el asbesto o inyectar directamente dióxido de carbono concentrado en los pozos minerales.
Con el tiempo, estos procesos deberían formar una mezcla de roca y tierra ligeramente unidas, compuesta principalmente de carbonatos de magnesio, bicarbonato y carbonato de calcio, que simplemente podrían dejarse ahí, explica Aines. La conversión del amianto también ayudaría a limpiar estas zonas.
Pero, ¿es seguro soplar tanto aire alrededor del amianto? Y, ¿realmente conseguirían esos esfuerzos limpiar del todo estos sitios tóxicos? Dados los riesgos del asbesto para la salud, la decisión de llevar a cabo un trabajo posterior o dónde dependerá de las consideraciones de las juntas de supervisión científica y de las autoridades reguladoras.
Es posible que quede alguna cantidad de amianto o que se disperse en el transcurso del trabajo, admite Aines. Esa es una de las cuestiones clave que deberían probarse, añade.
También es la razón por la que resulta importante realizar ese trabajo en un sitio restringido y por qué cualquier investigación o esfuerzo posterior a gran escala debería seguir las reglas y procesos claros para trabajar con estos materiales. Woodall subraya que tomarían todas las precauciones necesarias, incluida la de echar el agua sobre los materiales para evitar que el asbesto flote por el aire, así como el uso de sensores para controlar el nivel de exposición.
Desafíos adicionalesEn cualquier caso, los desechos mineros por sí solos no conseguirán gran cosa.
Woodall estima que un sitio de amianto en Vermont (EE. UU.), con alrededor de 30 millones de toneladas de desechos, podría capturar hasta 12 millones de toneladas de dióxido de carbono. Las minas a nivel mundial producen suficientes subproductos minerales para capturar casi 40 millones de toneladas de dióxido de carbono al año, según el estudio de las Academias Nacionales de EE. UU.
Pero todo eso solo es una pequeña fracción de los miles de millones de toneladas de dióxido de carbono que se deben capturar para abordar de manera significativa el cambio climático. Por lo tanto, acercarse un poco a la escala necesaria requerirá desenterrar más minerales.
Woodall y Aines creen que eso podría incluir el amianto, dado lo reactivo que es, si las pruebas de campo muestran que el proceso es efectivo y seguro. Pero la idea seguramente suscitará serias preocupaciones dados los riesgos para la salud que presenta el asbesto. Y hay muchas otras opciones de minerales, aunque no sean tan ideales.
Otros grupos de investigación y organizaciones sin ánimo de lucro ya están buscando formas de utilizar otros minerales cuando se extraen, como por ejemplo: esparcir olivino molido a lo largo de algunas playas o rociar polvo de basalto sobre tierras de cultivo para absorber el dióxido de carbono y fertilizar los cultivos.
Sin embargo, la extracción de cualquier material a gran escala se enfrentará a una serie de desafíos. La minería en sí es destructiva para el medio ambiente. Toda la energía necesaria para extraer, moler, distribuir y procesar los minerales afectará cualquier reducción de emisiones. Y podría haber serias limitaciones de terreno disponible, especialmente porque la mayoría de los minerales pueden tardar años en reaccionar con el dióxido de carbono.
Por ejemplo, la eliminar 2.500 millones de toneladas de CO2 al año con óxido de magnesio requeriría una capa de 10 centímetros de espesor de unos 15.000 kilómetros cuadrados, según en julio. Eso equivale a un poco más del 5 % del territorio de Nevada (EE. UU.).
Pero el principal obstáculo es el precio. Wilcox cree que todo el proceso podría costar más de 170 euros por tonelada, lo que es mucho más caro que plantar árboles.
Algunos de los materiales se podrían destinar a productos comerciales, como los agregados del hormigón, para sufragar los costes. También ayudaría algún tipo de compensaciones voluntarias de carbono, donde las personas o las corporaciones pagan para equilibrar sus propias emisiones. Pero la mayoría de los expertos creen que llegar a la escala de miles de millones de toneladas requerirá políticas públicas agresivas con altos precios para la contaminación por carbono o generosos incentivos para eliminarla.
"Fondo Europeo Agrícola de Desarrollo Rural: Europa invierte en las zonas rurales"
https://ec.europa.eu/agriculture/index_es
