La fotosíntesis artificial viene en nuestra ayuda
¿Cómo podría contribuir la fotosíntesis artificial a limitar el calentamiento global?
Más emisiones
Después de varios años durante los cuales las emisiones globales, al menos, se estancaron, volvieron a aumentar un poco en 2017 y 2018. Alemania también ha perdido claramente sus objetivos climáticos.
Para mantener el calentamiento global por debajo de los 2 ºC, solo 2000 gigatoneladas de CO2 pueden ser liberadas a la atmósfera para 2050. Y para limitar el calentamiento global a 1.5 ºC, solo se emiten alrededor de 400 gigatoneladas de CO2 en todo el mundo. Para el 2050, las emisiones tendrán que caer a cero incluso. Actualmente, sin embargo, se agregan 42 gigatoneladas de CO2 cada año.
El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) ha simulado numéricamente varios escenarios. Solo en el escenario más optimista puede alcanzarse el objetivo climático mediante medidas inmediatas y drásticas en todos los sectores (transporte, agricultura, construcción, energía, etc.).
Emisiones negativas
En los escenarios menos optimistas, la comunidad global tendrá que tomar medidas adicionales a partir de 2030 o antes de 2050 a más tardar: tendremos que implementar "emisiones negativas" eliminando grandes cantidades de CO2 de la atmósfera y almacenándolas permanentemente para poder equilibrar el presupuesto de carbono. Un ejemplo de emisiones negativas es la forestación a gran escala: los bosques unen el CO2 en la madera siempre y cuando no se use más adelante como combustible.
Pero el CO2 también podría eliminarse de la atmósfera y unirse mediante fotosíntesis artificial.
Los físicos ahora han calculado cómo podría funcionar esto. El Dr. Matthias May, del Instituto HZB para combustibles solares, es un experto en fotosíntesis artificial. La Dra. Kira Rehfeld es una física ambiental en la Universidad de Heidelberg que estudia la variabilidad climática y ambiental.
Fotosíntesis natural: una superficie del tamaño de Europa tendría que ser cubierta de bosques.
En un escenario promedio, al menos 10 gigatoneladas de CO2 por año tendrían que eliminarse de la atmósfera a partir de 2050 para equilibrar el balance de carbono del clima. Sin embargo, la forestación y el cultivo de biomasa para reducir el CO2 compiten por las mismas áreas que se necesitan para la agricultura.
Por lo tanto, solo con más biomasa, es difícil alcanzar esta escala, ya que la fotosíntesis natural no es un proceso particularmente eficiente. Las hojas pueden usar un máximo del dos por ciento de la luz para convertir el CO2 y el agua en nuevos compuestos químicos.
Los dos físicos argumentan que para unir 10 gigatoneladas de CO2 por año en el bosque, alrededor de 10 millones de kilómetros cuadrados de las áreas fértiles de la Tierra tendrían que ser plantadas con un nuevo bosque. Esto corresponde al área de Europa continental (¡hasta los Urales!).
Con la fotosíntesis artificial, un área del tamaño del estado de Brandenburgo podría ser suficiente
Los sistemas de materiales que se están investigando actualmente para la fotosíntesis artificial podrían unir el CO2 con una eficiencia considerablemente mayor.
Ya en la actualidad, a escala de laboratorio, los sistemas fotoelectroquímicos hechos de materiales semiconductores y óxidos pueden utilizar aproximadamente el 19% de la luz para dividir el agua, por ejemplo, y así realizar parte del proceso de fotosíntesis. Sin embargo, el sistema material previsto por May y Rehfeld no se trata de producir hidrógeno con la luz solar, sino de unir las moléculas de CO2 y convertirlas en compuestos químicos estables. "Sin embargo, este es un problema relativamente similar desde el punto de vista de la química física", dice May.
Sin embargo, el requisito previo es que será posible desarrollar en 2050 módulos duraderos a gran escala que utilicen la energía solar para convertir el CO2 atmosférico en otros compuestos. El área requerida para esta solución se puede calcular. Suponiendo una eficiencia de las pérdidas del sistema del diecinueve por ciento y del cincuenta por ciento, alrededor de 30,000 kilómetros cuadrados de módulos podrían ser suficientes para extraer 10 gigatoneladas de CO2 de la atmósfera anualmente. Esto corresponde al área aproximada del estado federal alemán de Brandenburgo.
Capturando el CO2 para su transformación
"Estos tipos de módulos podrían colocarse en regiones no agrícolas, por ejemplo, en desiertos. A diferencia de las plantas, casi no necesitan agua para funcionar, y su eficiencia no se ve afectada cuando se exponen a la radiación solar intensa", explica May. El CO2 extraído podría convertirse en ácido fórmico, alcohol u oxalato y combinarse con otros compuestos (como el cloruro de calcio) para formar minerales sólidos que pueden almacenarse o incluso usarse en forma de plástico como material de construcción.
Referencia
ESD Ideas: Photoelectrochemical carbon removal as negative emission technology. Matthias M. May and Kira Rehfeld. Earth Syst. Dynam., 10, 1-7, 2019. Volume 10, issue 1. https://doi.org/10.5194/esd-10-1-2019