La huella del Carbono

La huella de carbono de las energías renovables. 1- La biomasa.
Por José Luis Canga Cabañes
En contra de lo que se puede oír por ahí, la huella de carbono de las energías renovables no es cero. Vamos a dedicar una serie de post a ver en qué parte del ciclo de vida se encuentra la parte más importante de su huella de carbono y cuáles son las diferencias más relevantes con la energía producida a partir de los recursos fósiles.
En las centrales eléctricas alimentadas por combustibles fósiles, la mayor parte de la huella de carbono son emisiones directas que se producen durante su funcionamiento. Las emisiones indirectas que se originan durante otras fases del ciclo de vida, como las procedentes de la extracción de las materias primas (carbón, combustibles, gas natural, etc.) y la construcción de las plantas, son relativamente menores.
A continuación, se muestra un esquema con el alcance del sistema de la operación de una central de generación de electricidad a partir de carbón.


Para hacernos una idea de los órdenes de magnitud, la huella de carbono de una central de carbón convencional suele ser superior a 1.000 gCO2eq/kWh. En cambio, una central de gas natural tiene una huella de carbono del orden de 500 gCO2eq/kWh.
Por el contrario, las emisiones de Gases de Efecto invernadero de los sistemas de energía renovable son sobre todo “indirectas”, es decir, se producen en las etapas del ciclo de vida que no son la propia generación de energía.
La generación de electricidad en centrales de biomasa se considera generalmente como “carbono neutral”, debido a que el CO2 liberado en la combustión es equivalente al CO2 absorbido por las plantas durante su crecimiento. Sin embargo, hay otros consumos de materia y energía, a lo largo de su ciclo de vida, que hacen que realmente no sea “carbono neutral”; por ejemplo, las emisiones procedentes de:




·         La producción de los fertilizantes empleados en los cultivos cultivos energéticos.
·         La huella de carbono que se le asigna a los subproductos agrícolas o industriales, que se emplean como fuente de biomasa, como los subproductos agrícolas y los restos de madera.
·         La cosecha de los productos agrícolas y la explotación forestal.
·         El secado y el transporte de la biomasa.
Por otro lado, los combustibles procedentes de la biomasa tienen menos densidad y poder calorífico que los combustibles fósiles. Esto hace necesario cultivar y recoger grandes cantidades de biomasa para disponer de suficiente combustible para este tipo de centrales. El transporte de grandes cantidades de materia prima aumenta las emisiones de CO2 del ciclo de vida; esto hace que la generación de electricidad a partir de biomasa sea más adecuada para las instalaciones de generación locales, a pequeña escala, o para cogeneraciones que producen calor y electricidad.
Para tener una visión general, resumimos a continuación el ciclo de vida de la operación de una central de biomasa, en el que no contemplamos la fase de construcción de la propia central.





La huella de carbono de la electricidad generada a partir de biomasa depende también del tipo de biomasa y la forma en que se realiza la combustión. La biomasa de baja densidad tiene unas emisiones de GEI más altas a largo de su ciclo de vida, por lo que su huella de carbono es del orden de 93 gCO2eq/kWh; mientras que la gasificación de astillas de madera de alta densidad tiene una huella de carbono en torno a 25 gCO2eq/kWh.
La biomasa también puede ser empleada en mezcla con combustibles fósiles, en las centrales eléctricas convencionales. De esta manera, la sustitución de una parte del combustible fósil por biomasa reduce las emisiones globales de GEI de este tipo de centrales eléctricas.
En resumen, la huella de carbono de un kWh producido en una planta de biomasa es mucho menor que la de un 1 kWh producido en una central térmica que emplee combustibles fósiles, pero no es cero; y depende, en una parte importante, de la necesidad de transportar mayores cantidades de biomasa para producir la misma cantidad de electricidad.


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Maybe we can afford to suck CO2 out of the sky after all
A new analysis shows that air capture could cost less than $100 a ton.
·         by James Temple  June 7, 2018
While avoiding the worst dangers of climate change will likely require sucking carbon dioxide out of the sky, prominent scientists have long dismissed such technologies as far too expensive.
But a detailed new analysis published today in the journal Joule finds that direct air capture may be practical after all. The study concludes it would cost between $94 and $232 per ton of captured carbon dioxide, if existing technologies were implemented on a commercial scale. One earlier estimate, published in Proceedings of the National Academies,put that figure at more than $1,000 (though the calculations were made on what’s known as an avoided-cost basis, which would add about 10 percent to the new study’s figures).
Crucially, the lowest-cost design, optimized to produce and sell alternative fuels made from the captured carbon dioxide, could already be profitable with existing public policies in certain markets (see “The carbon-capture era may finally be starting”). The higher cost estimates are for plants that would deliver compressed carbon dioxide for permanent underground storage.
Making direct air capture as cheap as possible is critical because a growing body of work finds it’s going to be nearly impossible to prevent global temperatures from rising more than 1.5 ˚C without rolling out some form of the technology on a huge scale. By some estimates, the world will emit enough greenhouse gases to lock in that level of warming within a few years. At that point, one of the only ways to reverse the effects is to remove carbon dioxide from the atmosphere, where it otherwise persists for thousands of years.
David Keith, a Harvard physics professor and lead author of the paper, says the findings should shift the perception of direct air capture from “vaporware” to “something that can be built with current industrial technologies now.”
Keith is also the founder of Carbon Engineering, a Calgary-based startup that has spent the last nine years designing, refining, and testing a direct air capture pilot plant in Squamish, British Columbia. (See “Go inside an industrial plant that sucks carbon dioxide straight out of the air.”) The study, partially funded by the US Department of Energy, simulates a scaled-up version, based on the facility’s actual performance and cost data.

The demonstration facility is already producing small amounts of synthetic fuels.
CARBON ENGINEERING
“I hope it’s a real change in the community’s view of the technology,” Keith says.
In 2011, a pair of influential papers all but sounded the death knell for direct air capture, concluding that the approach would cost nearly an order of magnitude more than capturing the greenhouse gas from power-plant stacks.
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“It’d be such a great solution—if it were real,” MIT Energy Initiative senior researcher Howard Herzog, who coauthored the study that found costs could top $1,000 a ton, said at the time.
In an interview this week, Herzog complimented the detailed analysis in the new study, but said he remains skeptical of some of its financial assumptions. He expects that Carbon Engineering will face higher costs and challenges than it anticipates as the company moves to build larger plants.
“Until you really can confirm the costs and performance at scale, you’ve always got to take those costs with a grain of salt,” he says. “I still think a final number could be several times as much.”
The cost differences from the earlier studies arise mainly from different design choices. Those include the use of horizontally rather than vertically stacked structures, lower energy demands due to improved heat integration in the process, and the power sources selected to run the plant.
Carbon Engineering plans to combine the carbon captured at its plants with hydrogen to produce carbon-neutral synthetic fuels, a process the pilot facility has already been performing. Such fuels are more expensive than standard gasoline and diesel, so the size and stability of the market for them will depend largely on whether subsidies are in place.

Following successful tests at the pilot plant, Carbon Engineering is now planning to build a larger facility to sell fuels.
CARBON ENGINEERING
Carbon Engineering has secured $30 million to date. It’s currently seeking additional funds to build a larger facility that will begin selling fuels, though still on a relatively small scale.
But those carbon-neutral fuels won’t directly help to reduce carbon in the atmosphere (unless they’re used in systems that capture carbon as well). To make real gains in removing greenhouse gases, the world may eventually need to permanently store massive amounts of captured carbon dioxide, rather than releasing it again when synthetic fuels burn. Doing that on a large scale would almost surely require significant cost reductions, a high price on carbon, or other public policy support.
Keith says producing synthetic fuels offers a sustainable business model that could help companies scale up and reduce the costs of the technology, easing the path to that eventual goal.
But Herzog, who has also studied the challenges of converting carbon dioxide into fuel, remains skeptical that the numbers will work even for that initial business model.
“It’s very tough, and even tougher if the CO2 is from your most expensive source, which is the air,” he says.





“traducción aproximada”
Energía sostenible
Tal vez podamos permitirnos absorber el CO2 del cielo después de todo
Un nuevo análisis muestra que la captura de aire podría costar menos de $ 100 por tonelada.
• por James Temple 7 de junio de 2018
Mientras que evitar los peores peligros del cambio climático probablemente requerirá la extracción del dióxido de carbono del cielo, científicos prominentes han descartado estas tecnologías por demasiado tiempo.
Pero un nuevo análisis detallado publicado hoy en la revista Joule encuentra que la captura directa de aire puede ser práctica después de todo. El estudio concluye que costaría entre $ 94 y $ 232 por tonelada de dióxido de carbono capturado, si las tecnologías existentes se implementaran a escala comercial. Una estimación anterior, publicada en Proceedings of the National Academies, situó esa cifra en más de $ 1,000 (aunque los cálculos se realizaron en lo que se conoce como una base de costo evitado, que agregaría aproximadamente un 10 por ciento a las cifras del nuevo estudio).
De manera crucial, el diseño de menor costo, optimizado para producir y vender combustibles alternativos hechos del dióxido de carbono capturado, ya podría ser rentable con las políticas públicas existentes en ciertos mercados (ver "La era de la captura de carbono podría comenzar"). Las estimaciones de costos más altos son para plantas que entregarían dióxido de carbono comprimido para almacenamiento subterráneo permanente.
Hacer que la captura directa de aire sea lo más barata posible es crítico porque un creciente trabajo encuentra que será casi imposible evitar que las temperaturas globales aumenten más de 1.5 ° C sin desplegar alguna forma de la tecnología a gran escala. Según algunas estimaciones, el mundo emitirá suficientes gases de efecto invernadero para bloquear ese nivel de calentamiento en unos pocos años. En ese momento, una de las únicas formas de revertir los efectos es eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera, donde por lo demás persiste durante miles de años.
David Keith, profesor de física de Harvard y autor principal del artículo, dice que los hallazgos deberían cambiar la percepción de la captura de aire directa de "vaporware" a "algo que se puede construir con las tecnologías industriales actuales ahora".
Keith también es el fundador de Carbon Engineering, una startup con sede en Calgary que ha pasado los últimos nueve años diseñando, refinando y probando una planta piloto de captura de aire directo en Squamish, Columbia Británica. (Consulte "Ir dentro de una planta industrial que aspira dióxido de carbono directamente del aire".) El estudio, parcialmente financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. simula una versión ampliada, basada en el rendimiento real de la instalación y los datos de costos.

La instalación de demostración ya está produciendo pequeñas cantidades de combustibles sintéticos.
INGENIERIA DE CARBONO
"Espero que sea un cambio real en la visión de la comunidad sobre la tecnología", dice Keith.
En 2011, un par de artículos influyentes casi sonaron la sentencia de muerte para la captura directa de aire, concluyendo que el enfoque costaría casi un orden de magnitud más que la captura del gas de efecto invernadero de las pilas de centrales eléctricas.
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"Sería una gran solución, si fuera real", dijo el investigador principal de MIT Energy Initiative, Howard Herzog, quien fue coautor del estudio y descubrió que los costos podrían superar los $ 1,000 por tonelada, en ese momento.
En una entrevista esta semana, Herzog elogió el análisis detallado en el nuevo estudio, pero dijo que sigue siendo escéptico sobre algunas de sus suposiciones financieras. Él espera que Carbon Engineering enfrente costos y desafíos más altos de lo que anticipa a medida que la empresa se mueve para construir plantas más grandes.
"Hasta que realmente puedas confirmar los costos y el rendimiento a escala, siempre tienes que tomar esos costos con un grano de sal", dice. "Todavía creo que un número final podría ser varias veces más".
Las diferencias de costo de los estudios anteriores surgen principalmente de diferentes opciones de diseño. Estos incluyen el uso de estructuras apiladas horizontalmente en lugar de verticalmente, menores demandas de energía debido a una mejor integración del calor en el proceso, y las fuentes de energía seleccionadas para ejecutar la planta.
Carbon Engineering planea combinar el carbono capturado en sus plantas con hidrógeno para producir combustibles sintéticos neutros en carbono, un proceso que la instalación piloto ya ha estado realizando. Tales combustibles son más caros que la gasolina estándar y  diésel, por lo que el tamaño y la estabilidad del mercado dependerán en gran medida de si existen subsidios.

Luego de exitosas pruebas en la planta piloto, Carbon Engineering ahora planea construir una instalación más grande para vender combustibles.
INGENIERIA DE CARBONO
Carbon Engineering ha asegurado $ 30 millones hasta la fecha. Actualmente está buscando fondos adicionales para construir una instalación más grande que comenzará a vender combustibles, aunque todavía en una escala relativamente pequeña.
Pero esos combustibles neutros en carbono no ayudarán directamente a reducir el carbono en la atmósfera (a menos que también se usen en sistemas que capturan carbono). Para obtener ganancias reales en la eliminación de gases de efecto invernadero, el mundo podría eventualmente tener que almacenar permanentemente grandes cantidades de dióxido de carbono capturado, en lugar de liberarlo nuevamente cuando se queman combustibles sintéticos. Hacerlo a gran escala seguramente requeriría una reducción significativa de los costos, un alto precio del carbono u otro apoyo de políticas públicas.
Keith dice que la producción de combustibles sintéticos ofrece un modelo de negocio sostenible que podría ayudar a las empresas a aumentar y reducir los costos de la tecnología, facilitando el camino hacia ese objetivo final.
Pero Herzog, que también ha estudiado los desafíos de convertir el dióxido de carbono en combustible, se muestra escéptico de que los números funcionarán incluso para ese modelo de negocio inicial.
"Es muy difícil, e incluso más difícil si el CO2 proviene de su fuente más costosa, que es el aire", dice.


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