Dióxido de Carbono - X (Diez) Curiosidades

Ingenieros civiles encuentran ahorros donde las llantas tocan el camino

Asfalto carreteras — Imagen: Mehdi Akbarian

Estudio muestra que la deformación del pavimento bajo las llantas del vehículo crea una conducción en subida que incrementa el consumo de combustible.

Denise Brehm, Ingeniería Civil y Ambiental. Original (en inglés).

Un nuevo estudio por ingenieros civiles en el MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) muestra que usar pavimentos más rígidos en los caminos de los Estados Unidos podría reducir el consumo de combustible de vehículos hasta en un tres por ciento – un ahorro que representaría 273 millones de barriles de petróleo crudo por año, o $15.6 miles de millones de dólares al precio del combustible de hoy en día. Esto sería acompañado por un decremento anual en emisiones de CO₂ de 46.5 millones de toneladas métricas.

El estudio, lanzado en un reporte reciente revisado por expertos, es el primero en usar modelado matemático en lugar de experimentos en el camino para ver el efecto del deformado del pavimento sobre el consumo de combustible del vehículo a través de la red de caminos entera de los Estados Unidos. Un artículo sobre este trabajo también ha sido aceptado para su publicación más tarde este año en el Registro de Investigación de la Transportación.

Al modelar las fuerzas físicas trabajando cuando una llanta de caucho rueda sobre el pavimento, los autores del estudio, el profesor Franz-Josef Ulm y el estudiante de doctorado Mehdi Akbarian, concluyen que debido a la manera en que la energía es disipada, el máximo desvío de la carga está detrás de la trayectoria del viaje. Esto tiene como efecto el hacer que las ruedas del vehículo manejen continuamente hacia arriba en una ligera cuesta, lo que incrementa el uso del combustible.

La deformación bajo las ruedas es similar a la de la arena en la playa bajo el pie: Con cada paso, el pie entra en la arena de talón a dedos, requiriendo que el peatón gaste más energía que cuando está caminando en una superficie dura. En los caminos, incluso con un incremento de uno por ciento en el consumo adicional de energía deja una huella ambiental substancial. Pavimentos más rígidos – que pueden ser alcanzados al mejorar las propiedades de los materiales o incrementando el grosor de las capas de asfalto, cambiando a una capa de concreto o estructuras compuestas de asfalto y concreto, o cambiando el espesor o composición de las sub-capas del camino – reduciría la deformación y reduciría la huella.

“Este trabajo es literalmente donde la llanta toca el camino”, dice Ulm, profesor en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental. “Tenemos que encontrar maneras de mejorar la huella ambiental de nuestra infraestructura de caminos, pero todos los estudios empíricos previos para determinar los ahorros de combustible veían el impacto de la dureza y el tipo de pavimento para algunos pocos escenarios no concluyentes, y los hallazgos a veces diferían por una orden de magnitud. ¿En dónde encuentras caminos idénticos en los mismos suelos bajo las mismas condiciones?, no puedes. Tienes efectos secundarios. El acercamiento empírico no funciona. Así que usamos análisis estadístico para evitar esos efectos secundarios.

El nuevo estudio define los parámetros clave involucrados en analizar las propiedades estructurales (grosor) y materiales (rigidez y tipo de subrasante) de pavimentos. El modelo matemático está por lo tanto basado en el comportamiento mecánico real de los pavimentos bajo carga. Para obtener sus resultados, Ulm y Akbarian alimentaron su modelo de datos de 5,643 secciones representativas de los caminos de los Estados Unidos tomadas de los conjuntos de datos de la Administración Federal de Carreteras de los Estados Unidos. Estos datos incluyen información sobre los materiales de la superficie y subyacentes de pavimentos y los suelos debajo, así como el número, tipo y peso de los vehículos usando los caminos. Los investigadores también calcularon e incorporaron el área de contacto de las llantas del vehículo con el pavimento.

Ulm y Akbarian estiman que los efectos combinados de la dureza del camino y la deformación son responsables por un promedio anual de consumo de combustible extra de 7,000 a 9,000 galones (26,498 litros a 34,069 litros) por cada 1,609 metros de carretera en caminos de alto volumen (sin incluir los caminos más pesadamente transitados) en los 13.68 millones de kilómetros de carreteras que forman la red de caminos en los Estados Unidos. Dicen que hasta el 80 por ciento del consumo extra de combustible, en exceso al uso normal de combustible de los vehículos, podría ser reducido a través de mejoras en las propiedades básicas del asfalto, concreto y otros materiales utilizados para construir los caminos.

“Estamos desperdiciando combustible innecesariamente porque el diseño del pavimento ha estado basado solamente en minimizar el costo inicial más que el desempeño – qué tan bien se mantiene el pavimento – cuando también se deberían tomar en consideración la huella ambiental de los pavimentos basado en variaciones de condiciones externas”, dice Akbarian. “Ahora podemos incluir los impactos ambientales, el desempeño del pavimento y – eventualmente – un modelo de costo para optimizar el diseño del pavimento y obtener el costo más bajo y el impacto ambiental más bajo con el mejor desempeño estructural”.

Los investigadores dicen que el costo inicial extra por mejores pavimentos rápidamente se pagaría a sí mismo no solo en eficiencia del camino y en emisiones de CO₂ reducidas, sino también en costos de mantenimiento reducidos.

“Hay un concepto erróneo de que si quieres ser más amigable con el entorno tienes que gastar más dinero, pero eso no es necesariamente verdad”, dice Akbarian. “En mejor diseño del pavimento sobre el tiempo de vida ahorraría mucho más dinero en costos de combustibles que el costo inicial de las mejoras. Y los departamentos de transportación de los estados ahorrarían dinero mientras reducen su huella ambiental en el tiempo, porque los caminos no se deteriorarán tan rápido”.

Esta investigación fue conducida como parte del Centro de Sustentabilidad del Concreto (Concrete Sustainability Hub) en el MIT, que está patrocinado por la Asociación del Cemento de Portland y la Fundación de Investigación y Educación del Concreto Mezclado Listo, con la meta de mejorar la huella ambiental de esa industria.

“Este trabajo no es sobre el asfalto contra el concreto”, dice Ulm. “La meta final es hacer la infraestructura de nuestra nación más sustentable. Nuestro modelo ayudará a hacer esto posible al darle a los ingenieros del pavimento una herramienta para incluir sustentabilidad como un parámetro del diseño, al igual que la seguridad, el costo y la calidad del paseo”.

“Esta investigación del MIT es pionera de un rigoroso marco de trabajo matemático relacionando el consumo de combustible con la deformación del pavimento predicha matemáticamente. Este marco de trabajo deja un cimiento para el desarrollo continuo y la mejora futura de modelos avanzados de interacción pavimento-vehículo”, dice Lev Khazanovich, un profesor de ingeniería civil en la Universidad de Minnesota quien no estuvo involucrado en esta investigación. “La integración de los resultados de este estudio con la Guía de Diseño de Pavimento Mecanístico-Empírico recientemente adoptada por la Asociación Americana de Oficiales de Transportación de Carreteras Estatales permitirá a las agencias de transporte tomar en consideración el consumo de energía del tráfico en las decisiones de diseño del pavimento. Esto hace la investigación de Akbarian y Ulm especialmente importante el día de hoy a la luz de los esfuerzos de las agencias de transporte por reducir la huella ambiental del sistema de transportación”.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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http://web.mit.edu/ (en inglés)

Membranas de separación de oxígeno podrían ayudar en la reducción de CO2

Oxígeno separación membranas — Imagen: Ghoneim lab

Membranas cerámicas podrían reducir las emisiones de dióxido de carbono de las plantas de energía basadas en gas y carbón.

Jennifer Chu, MIT News Office. Original (en inglés).

Podría parecer contradictorio, pero una forma de reducir las emisiones de dióxido de carbono en la atmósfera podría ser producir dióxido de carbono puro en las plantas de energía que queman combustibles fósiles. De esta manera, los gases de invernadero – una vez aislados dentro de una planta – podrían ser capturados y almacenados en reservas naturales, profundas en la corteza terrestre.

Dicha tecnología de “captura-de-carbono” podría reducir significativamente las emisiones de gas de efecto invernadero de fuentes de energía baratas y abundantes como el carbón y el gas natural, y ayudar a minimizar la contribución de los combustibles fósiles al cambio climático. Pero extraer dióxido de carbono del resto de los residuos de las plantas de energía es ahora un proceso caro que requiere de cantidades inmensas de energía, químicos especiales y equipo extra.

Ahora investigadores en el MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), están evaluando un sistema que elimina eficientemente el nitrógeno del proceso de combustión, dejando fluir dióxido de carbono puro después de remover otros residuos de la combustión como agua y otros gases. La pieza central del sistema es una membrana cerámica usada para separar oxígeno del aire. Quemar combustibles fósiles en oxígeno puro, en oposición al aire – un proceso conocido como combustión oxicombustible (oxyfuel) – puede dejar un flujo puro de dióxido de carbono.

Los investigadores han construido un reactor a escala en su laboratorio para probar la tecnología de membrana y han comenzado estableciendo parámetros para operar las membranas bajo las condiciones extremas encontradas dentro de una planta de energía convencional. Los resultados del grupo aparecerán en el Journal of Membrane Sciences (Diario de Ciencias de Membranas), y serán presentados en el Simposio Internacional sobre Combustión en Agosto.

Ahmed Ghoniem, el profesor de ingeniería en el MIT, dice que la tecnología de membranas cerámicas podría ser una solución económica y ahorradora de energía para capturar dióxido de carbono.

“En lo que estamos trabajando es en hacer esta separación en una forma muy eficiente, y esperamos que por el menor costo”, dice Ghoniem. “El solo objetivo detrás de esta tecnología es continuar usando combustibles fósiles baratos y disponibles, producir electricidad a un bajo costo y de manera conveniente, pero sin emitir tanto CO₂ como lo hemos estado haciendo”.

El grupo de Ghoniem está trabajando con otros colegas en el MIT, junto con fabricantes de membranas, para desarrollar esta tecnología y establecer lineamientos para escalarla e implementar en plantas de energía futuras. La investigación está en línea con el trabajo previo del grupo, en el que demostraron una nueva tecnología llamada combustión de oxicombustible presurizado (pressurized oxyfuel combustion) que han mostrado que mejora la eficiencia de conversión y reduce el consumo de combustible.

Alimentando con oxígeno puro

El aire que respiramos está compuesto principalmente de nitrógeno (78 por ciento) y oxígeno (21 por ciento). El proceso típico para separar el oxígeno del nitrógeno involucra una unidad criogénica que enfría el aire entrante a una temperatura lo suficientemente baja para licuar el oxígeno. Mientras que la técnica de congelamiento produce un flujo puro de oxígeno, el proceso es caro y voluminoso, y consume energía considerable, que podría mermar la salida de una planta de energía.

Ghoniem dice que las membranas cerámicas que proveen el oxígeno necesario para el proceso de combustión podrían operar mucho más eficientemente, usando menos energía para producir oxígeno puro y finalmente capturar dióxido de carbono. Él vislumbra el uso de la tecnología tanto en nuevas plantas de energía como una mejora para las plantas existentes para reducir las emisiones de dióxido de carbono.

Las membranas cerámicas son materiales selectivamente permeables a través de los cuales solo el oxígeno puede fluir. Estas membranas, hechas de óxidos metálicos como aluminio y titanio, pueden resistir temperaturas extremadamente altas – una gran ventaja en lo que respecta a operarlas en los duros entornos de una planta de energía. Membranas cerámicas separan oxígeno a través de un mecanismo llamado transporte de iones, donde los iones de oxígeno fluyen a través de una membrana, atraídas al lado de la membrana con menos oxígeno.

Una solución dos-en-uno

Ghoniem y sus colegas construyeron un reactor a escala con membranas cerámicas y estudiaron el flujo resultante de oxígeno. Observaron que conforme el aire pasa a través de una membrana, el oxígeno se acumula en el lado opuesto, finalmente alentando el proceso de separación de aire. Para evitar esta acumulación de oxígeno, el grupo construyó un sistema de combustión en su reactor modelo. Encontraron que con este sistema dos en uno, el oxígeno pasa a través de la membrana y se mezcla con el flujo de combustible en el otro lado, quemándolo y generando calor. El combustible quema el oxígeno, haciendo espacio para que fluya más oxígeno a través. Ghoniem dice que el sistema es una situación “ganancia-ganancia,” permitiendo la separación de oxígeno del aire mientras la combustión toma lugar en el mismo espacio.

“Resultó ser una manera inteligente de hacer las cosas”, dice Ghoniem. “El sistema es más compacto, porque en el mismo lugar donde hacemos la separación, también quemamos. Así que estamos integrando todo, y estamos reduciendo la complejidad, la penalidad energética, y la penalidad económica de quemar oxígeno puro y producir un flujo de dióxido de carbono”.

El grupo está ahora probando el rendimiento del sistema a diversas temperaturas, presiones y condiciones de combustible usando su arreglo de laboratorio. También han diseñado un modelo cumputacional complejo para simular cómo el sistema funcionaría a mayor escala, en una planta de energía. Encontraron que el flujo de oxígeno a través de la membrana depende de la temperatura de la membrana: Mientras más alta es la temperatura en el lado de la combustión del sistema, más rápido el oxígeno fluye a través de la membrana, y más rápido se quema el combustible. También encontraron que aunque la temperatura del gas podría exceder lo que el material puede tolerar, el flujo de gas actúa para proteger la membrana.

“Estamos aprendiendo lo suficiente sobre el sistema que si deseamos escalarlo e implementarlo en una planta de energía, entonces es posible”, dice Ghoniem. “Estas son obviamente plantas de energía complicadas, que requieren componentes de mucha más alta tecnología, porque pueden hacer mucho más de lo que las plantas hacen ahora. Tenemos que mostrar que los [nuevos] diseños son duraderos, y entonces convencer a la industria a tomar estas ideas y usarlas”.

El trabajo de laboratorio y los modelos desarrollados en el grupo de Ghoniem harán posible el diseño de sistemas de combustión más grandes para plantas de megawatts.

Madhaba Syamlal, líder del area de ciencias computacionales y básicas en el Laboratorio Nacional de Tecnología Energética (National Energy Technology Laboratory), dice que las simulaciones como las de Ghoniem ayudarán a impulsar la próxima generación de tecnología como las membranas de separación de oxígeno en las plantas de energía. “Hemos visto que en otras áreas, como la aviación, simulaciones pueden realmente mejorar cómo el producto es desarrollado”, dice Syamlal. “Puedes usar simulaciones e incluso saltar algunos de las pruebas intermedias e ir directamente a diseñar y construir una máquina. En la industria energética, estas son las piezas que necesitamos para incrementar la escala muy rápidamente”.

El grupo de Ghoniem incluye al científico investigador Patrick Kirchen y a los estudiantes graduados James Hong y Anton Hunt, en colaboración con el maestro en la Universidad King Fahed del Petróleo y Minerales (KFUPM – King Fahed University of Petroleum and Minerals) en Arabia Saudita. La investigación fue patrocinada por KFUPM y la Universidad King Abdullah de Ciencia y Tecnología.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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http://web.mit.edu/ (en inglés)

Nanopartículas híbridas cobre-oro convierten el CO2

Podrían reducir las emisiones de gases de invernadero

Jennifer Chu, MIT News Office. Original (en inglés).

Cobre – el material del que están hechos los centavos y las teteras – también es uno de los pocos metales que pueden convertir el dióxido de carbono en combustibles de hidrocarbono con poca energía relativamente. Cuando se le da la forma de un electrodo y es estimulado con voltaje, el cobre actúa como un fuerte catalizador, iniciando una reacción electromagnética con el dióxido de carbono que reduce el gas de efecto invernadero en metano o metanol.

Varios investigadores alrededor del mundo han estudiando el potencial del cobre como medio energéticamente eficiente de reciclar emisiones de dióxido de carbono en plantas de energía: En lugar de ser liberado en la atmósfera, el dióxido de carbono sería hecho circular a través de un catalizador de cobre y convertido en metano o metanol – que entonces le daría energía al resto de la planta por combustión, o sería convertido en productos químicos como etileno. Dicho sistema, emparejado con energía solar o eólica, podría reducir enormemente las emisiones de gas de invernadero de plantas alimentadas por carbón y plantas alimentadas por gas natural.

Pero el cobre es temperamental: fácilmente oxidable, como cuando viejos centavos se vuelven verdes. Como resultado, el metal es inestable, lo que puede alentar significativamente su reacción con el dióxido de carbono y producir residuos no deseados como monóxido de carbono y ácido fórmico.

Ahora los investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) han encontrado una solución que podría reducir aún más la energía necesaria para que el cobre convierta el dióxido de carbono, mientras además hacen al metal mucho más estable. El grupo ha diseñado pequeñas nanopartículas de cobre mezcladas con oro, que es resistente a la corrosión y la oxidación. Los investigadores observaron que solo un toque de oro vuelve al cobre mucho más estable. En los experimentos, recubrieron electrodos con las nanopartículas híbridas y encontraron que mucha menos energía era necesaria para que estas nanopartículas diseñadas reaccionaran con el dióxido de carbono, comparado a nanopartículas de puro cobre.

Un artículo detallando los resultados aparecerá en el diario Chemical Communications; la investigación fue patrocinada por la Fundación Nacional de Ciencia. La coautora Kimberly Hamad-Schifferli del MIT dice que los descubrimientos apuntan a un medio potencialmente de eficiencia energética de recudir las emisiones de dióxido de carbono de las plantas de energía.

“Normalmente tienes que poner mucha energía en convertir dióxido de carbono en algo útil”, dice Hamad-Schifferli, una profesora asociada de ingeniería mecánica e ingeniería biológica. “Demostramos que nanopartículas híbridas cobre-oro son mucho más estables, y tienen el potencial de reducir la energía que necesitas para la reacción”.

Reduciendo el tamaño

El equipo eligió diseñar partículas al nivel de nanoescala para “obtener más ventaja económica”, dice Hamad-Schifferli: Mientras más pequeñas las partículas, más grande es el área superficial disponible para la interacción con las moléculas de dióxido de carbono. “Podrías tener más lugares para que el CO₂ llegue y se pegue y sea convertido en algo más”, dice ella.

Hamad-Schifferli trabajó con Yang Shao-Horn, el profesor asociado de Ingeniería Mecánica en el MIT, posdoctorado Zhichuan Xu y Erica Lai. El equipo se quedó en oro como un metal adecuado para combinarse con oro y cobre principalmente debido a sus propiedades conocidas.
(Investigadores habían combinado previamente oro y cobre en escalas mucho más grandes, notando que la combinación previno que el cobre se oxidara).

Para hacer las nanopartículas, Hamad-Schifferli y sus colegas mezclaron sales conteniendo oro en una solución de sales de cobre. Calentaron la solución, creando nanopartículas que fusionaron cobre con oro. Xu entonces puso las nanopartículas a través de una serie de reacciones, convirtiendo la solución en un polvo que fue usado para recubrir un pequeño electrodo.

Para probar la reactividad de las nanopartículas, Xu colocó el electrodo en un vaso de precipitado lleno se solución y dióxido de carbono en burbujas dentro de él. Aplicó un pequeño voltaje al electrodo, y midió la corriente resultante en la solución. El equipo razonó que la corriente resultante indicaría que tan eficientes eran las nanopartículas al reaccionar con el gas: Si las moléculas de CO₂ estuvieran reaccionando con sitios en el electrodo – y después liberando para permitir que otras moléculas de CO₂ reaccionen con los mismos sitios – la corriente aparecería como que un cierto potencial fue alcanzado, indicando una “rotación”. Si las moleculas monopolizan sitios en el electrodo, la reacción se alentaría, retrasando la aparición de la corriente al mismo potencial.

El equipo encontró finalmente que el potencial aplicado para alcanzar una corriente estable era mucho más pequeña para las nanopartículas híbridas cobre-oro que para el puro cobre y oro – una indicación de que la cantidad de energía requerida para ejecutar la reacción era mucho más baja que la requerida cuando se usaban nanopartículas de puro cobre.

Siguiendo adelante, Hamad-Schifferli dice que espera mirar más de cerca la estructura de las nanopartículas de cobre-oro para encontrar la configuración óptima para convertir dióxido de carbono. Hasta ahora, el equipo ha demostrado la efectividad de las nanopartículas compuestas de un tercio de oro y dos tercios de cobre, así como dos tercios de oro y un tercio de cobre.

Hamad-Schifferli admite que el recubrimiento de electrodos a escala industrial con oro puede volverse caro. Sin embargo, dice ella, el ahorro de energía y el potencial de reuso para dichos electrodos podría balancear los costos iniciales.

“Es un compromiso”, dice Hamad-Schifferli. “Obviamente el oro es mas caro que el cobre. Pero si te ayuda a obtener un producto que sea más atractivo como el metano en lugar del dióxido de carbono, y a un consumo de energía más bajo, entonces podría valer la pena. Si pudieras reusarlo una y otra vez, y la durabilidad es más alta debido al oro, eso es una ganancia”.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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http://web.mit.edu/ (en inglés)

Gas de invernadero puede encontrar un hogar bajo tierra

Gas invernadero — Image: Michael Szulczewski, of the Juanes Research Group, MIT

Un nuevo análisis del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) muestra que hay suficiente espacio para guardar seguramente al menos un siglo de emisiones de combustibles fósiles de los Estados Unidos

David L. Chandler, MIT News Office. Original (en inglés).

Un nuevo estudio por investigadores del MIT muestra que hay la suficiente capacidad en acuíferos salinos profundos en los Estados Unidos para guardar al menos un siglo de emisiones de dióxido de carbono de las plantas eléctricas que queman carbón. Aunque quedan preguntas sobre la economía de sistemas para capturar y guardar dichos gases, este estudio se enfoca en un problema principal que ha dejado en la sombra dichas propuestas.

El análisis del equipo del MIT – liderado por Ruben Juanes, un profesor asociado en Estudios Energéticos en el Departamento de Ingeniería Civil y del Entorno, y parte del trabajo de tesis doctoral de los estudiantes graduados Christopher MacMinn y Michael Szulczewski – será publicado esta semana en el Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Las plantas eléctricas que queman carbón generan alrededor del 40% de las emisiones de carbono en el mundo, entonces el cambio climático “no será abordado a menos que se lidie con las emisiones de dióxido de carbono de plantas de carbón”, dice Juanes. “Debemos hacer muchas cosas diferentes” como desarrollar alternativas nuevas y más limpias, dice, “pero una cosa que no va a irse es el carbón”, por que es una fuente de poder barata y ampliamente disponible.

Esfuerzos para reducir los gases de invernadero se han enfocado principalmente en la búsqueda de fuentes de energía prácticas y económicas, como el viento o energía solar. Pero las emisiones humanas son ahora tan vastas que muchos analistas piensan que es improbable que estas tecnologías solas puedan resolver el problema. Algunos han propuesto sistemas para capturar emisiones – principalmente dióxido de carbono del quemado de combustibles fósiles – entonces comprimirlas y guardar el desecho en formaciones geológicas profundas. Este acercamiento es conocido como captura y almacenaje de carbón, o CSS (carbon capture and storage).

Uno de los lugares más prometedores para almacenar el gas es en los profundos acuíferos salinos: aquellos más de una milla debajo de la superficie, muy por debajo de las fuentes de agua dulce usadas para consumo humano y agricultura. Pero los estimados de la capacidad de dichas formaciones en los Estados Unidos han variado desde guardar solo algunos años de emisiones de plantas de carbón hasta muchos miles de años de emisiones.

La razón para la enorme disparidad en las estimaciones es por dos causas. Primera, por que los acuíferos salinos profundos no tienen valor comercial, ha habido poca exploración para determinar su extensión. Segunda, la dinámica de fluidos de cómo el dióxido de carbono concentrado y licuado se esparciría a través de dichas formaciones es muy compleja y difícil de modelar. La mayoría de los análisis simplemente estimaron el volumen promedio de las formaciones, sin considerar la dinámica de cómo el CO₂ las infiltraría.

El equipo del MIT modeló cómo el dióxido de carbono se filtraría a través de la roca, tomando en cuenta no solo la capacidad final de las formaciones sino la tasa de inyección que podría sustentarse en el tiempo. “La clave es capturar las físicas esenciales del problema”, dice Szulczewski, “pero simplificándolo lo suficiente para poder aplicarlo al país entero”. Eso significó ver los detalles de los mecanismos de captura en la roca porosa a la escala de los micrones, entonces aplicando ese entendimiento a formaciones en un espacio de cientos de millas.

“Comenzamos con el grupo complicado completo de ecuaciones para el flujo fluídico, y entonces lo simplificamos”, dice MacMinn. Otros estimados han tendido a sobresimplificar el problema, “perdiendo algunas de las sutilezas de la física”, dice. Mientras que este análisis se enfocó en los Estados Unidos, MacMinn dice que capacidades de almacenamiento similares seguramente existen alrededor del mundo.

Howard Herzog, un investigador ingeniero principal con la Iniciativa de Energía del MIT y co-autor de la revista académica del PNAS, dice que este estudio “demuestra que la tasa de inyección de CO₂ en una reserva es un parámetro crítico al hacer estimados de almacenamiento”.

Cuando está licuado el dióxido de carbono es disuelto en el agua salada, el fluido resultante es más denso que cualquiera de los componentes, así que se hunde naturalmente. Es un proceso lento, pero “una vez que el dióxido de carbono está disuelto, has ganado el juego”, dice Juanes, por que la mezcla densa y pesado es casi seguro que nunca volverá a escapar de vuelta a la atmósfera.

Mientras que este estudio no tomó en consideración el costo de los sistemas CCS, muchos analistas han concluido que podrían agregar de un 15 a un 30 por ciento al costo de la electricidad generada con carbón, y no sería viable a menos que un impuesto al carbono o un límite a las emisiones de carbono fuera implementado.

Franklin Orr Jr., un profesor de ciencias de la tierra y director del Instituto Precourt para la Energía en la Universidad de Stanford, dice, “La contribución importante de este trabajo es que agrega consideración de la tasa de inyección de CO₂, por que puede ser restringido por el aumento de la presión en los acuíferos salinos profundos. Esta revista académica provee evidencia que aún cuando esas restricciones son consideradas hay mucha capacidad de almacenamiento. Esa es una contribución muy útil”.

James J. Dooley, un científico principal en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico quien no estuvo involucrado en el estudio del MIT, lo llamó “un muy buen análisis que demuestra que dadas las condiciones regulatorias y económicas apropiadas, las tecnologías de captura y almacenamiento del dióxido de carbono pueden ser la base de reducciones de gases de invernadero profundas y sostenidas en los Estados Unidos y alrededor del mundo”.

Mientras que quedan incertidumbres, “Realmente pienso que CSS tiene un papel que jugar”, dice Juanes. “No es la última salvación, es un puente, pero podría ser esencial por que realmente puede afrontar las emisiones de carbón y gas natural”.

La investigación fue apoyada por fondos del Departamento de Energía de los Estados Unidos, la Iniciativa de Energía del MIT, el Fondo de Investigación Reed, la Sociedad de Becarios de la Familia Martin para la Sustentabilidad y la Cátedra de Estudios de Energía ARCO.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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Dióxido de carbono atmosférico más alto que en los últimos 800,000 años

Los niveles atmosféricos de dióxido de carbono en la atmósfera son ahora más altos que en cualquier otro punto en los últimos 800,000 años, mientras que en Australia la última década ha sido la más calurosa registrada, dicen científicos de CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation – Organización de Investigación de la Comunidad Científica e Industrial).

Las temperaturas en Australia se espera que se eleven entre 1°C y 5°C para el año 2070 “cuando se compara con el clima de las décadas recientes”. El Doctor Paul Fraser, científico investigador principal de CSIRO, dice que la cantidad de carbono en la atmósfera alcanzó las 390 partes por millón. “No encontramos evidencia de niveles de carbono en la atmósfera por encima de las 300 partes por millón en los últimos 800,000 años”, dijo.

El reporte dice que los incrementos proyectados en la temperatura conducirán a inundaciones, sequías y ciclones extremos.

Más información
http://www.abc.net.au/ (en inglés)

La contaminación del aire en China impacta su economía

Contaminación en China. Imagen: Suicup. Creative Commons. — Imagen: Suicup. CC

A pesar de mejoras en la calidad del aire, el impacto económico de la contaminación atmosférica en China se ha incrementado dramáticamente, muestra un nuevo estudio del MIT.

Por Vicki Ekstrom, Joint Program on the Science and Policy of Global Change (Programa Conjunto sobre la Ciencia y la Política del Cambio Global). Original (en inglés).

Aunque China ha progresado sustancialmente en limpiar la contaminación de su aire, un nuevo estudio del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) muestra que el impacto económico del ozono y partículas en su aire se han incrementado dramáticamente.

En décadas recientes, China ha experimentado un crecimiento sin precedentes. Pero ese crecimiento viene con un alto costo, de acuerdo al estudio, que apareció en la edición de febrero del diario Global Environmental Change (Cambio del Entorno Global). El estudio, por investigadores de un programa conjunto del MIT sobre la Ciencia y la Política del Cambio Global, analiza los costos asociados con impacto en la salud del ozono y partículas, que pueden llevar a enfermedades respiratorias y cardiovasculares.

Cuantificar los costos en labor perdida y el incremento en la necesidad por cuidado de la salud, el estudio encuentra que esta contaminación atmosférica de aire le costó a la economía China $112 mil millones de dólares en el 2005. Eso es comparado a los $22 miles de millones por dichos daños en 1975.

“Los resultados indican claramente que el ozono y las partículas han impactado sustancialmente la economía China durante los últimos 30 años”, aunque ha habido mejoras significativas en la calidad del aire detectadas en este período de tiempo, dijo Noelle Selin, una profesora asistente de sistemas de ingeniería y química atmosférica en el MIT.

Los investigadores descubrieron este gran impacto económico por que observaron los efectos a largo plazo de la contaminación atmosférica sobre la salud, no solamente el costo inmediato. Al hacerlo, encontraron que las dos principales causas del incremento del costo de la contaminación atmosférica: rápida urbanización en conjunto con un crecimiento de la población incrementó el número de personas expuestas a la contaminación atmosférica, y sueldos más altos incrementaron el costo asociado con la pérdida de productividad.

“Esto sugiere que los métodos convencionales estáticos niegan el impacto acumulativo del daño al bienestar causado por contaminación atmosférica, y otras distorsiones del mercado sustancialmente subestiman el costo en la salud de la contaminación atmosférica, particularmente las economías que crecen rápidamente como China”, dijo Kyung-Min Nam, uno de los autores del estudio y un postdoctorado en el programa conjunto Ciencia y la Política del Cambio Global.

Nam da un ejemplo del estudio mostrando que la contaminación llevó a una pérdida de $64 mil millones de dólares en el producto interno bruto en 1995. Eso comparado a un estimado estático del Banco Mundial que encontró que la pérdida era de solo $34 mil millones de dólares.

De esta manera, dijo Selin, “este estudio representa una imagen más precisa que los estudios previos”.

Kelly Sims Gallagher, una profesora asociada de política ambiental y energética en la escuela Fletcher de la Universidad Tufts, concuerda: “Este importante estudio confirma estimados anteriores de daños mayores a la economía China por su contaminación del aire, y de hecho, encuentra que los daños son aún mayores de lo que se pensaba anteriormente”.

Los investigadores calcularon estos impactos de largo término usando herramientas de modelado atmosférico y un modelado económico global extenso. Estos modelos probaron ser de especial importancia cuando se trató de medir el impacto acumulativo del ozono, el cual China comenzó a monitorear muy recientemente. Usando sus modelos, los investigadores del MIT pudieron simular los niveles históricos de ozono.

China se ha convertido en el emisor más grande del mundo de mercurio, dióxido de carbono y otros contaminantes. En los 80s, las concentraciones de partículas suspendidas de China eran al menos de 10 a 16 veces más grandes que los lineamientos anuales de la Organización Mundial de la Salud. Aún después de mejoras significativas alrededor del 2005, las concentraciones seguían siendo cinco veces más altas de lo que es considerado seguro. Estos altos niveles de contaminación atmosférica han llevado a 656,000 muertes prematuras en China cada año por enfermedades causadas por contaminación atmosférica interior y exterior, de acuerdo a los estimados de la Organización Mundial de la Salud del 2007.

“El estudio es evidencia de que un control más estricto de la contaminación del aire podría ser justificado en China”, dijo Gallagher – por que no son solo los efectos de la contaminación en la salud, sino también los efectos económicos.

China está tomando medidas para responder a estas preocupaciones de salud y económicas. En enero, la nación puso como meta limitar la intensidad del carbón (la cantidad de carbón emitida por unidad de producto interno bruto) en 17 por ciento para el 2015, comparado con los niveles del 2010.

Mientras que el estudio del MIT observó los beneficios de las medidas de control de la contaminación en la salud en China, no calculó el costo de implementar dichas medidas. Ese es un trabajo que el programa conjunto de Ciencia y la Política del Cambio Global espera alcanzar.

“Apenas vamos comenzando el emocionante programa de trabajo que involucrará modelado de los impactos energéticos, ambientales y económicos de las políticas del clima y la calidad del aire en China”, dijo Valerie Karplus, directora del proyecto Clima y Energía China. “El estudio actual ha provisto una visión inicial y una fuerte base para que esta investigación avance”.

El proyecto Clima y Energía China analizará el impacto de políticas energéticas y climáticas propuestas en China sobre la tecnología, el uso de energía el medio ambiente y el bienestar económico.

Reimpreso con permiso de MIT News.

Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)

Las emisiones mundiales de dióxido de carbono aumentan más rápido que los peores estimados

La producción de dióxido de carbono mundial, un gas que se considera que atrapa el calor en el planeta causando un efecto invernadero, aumentó por la más grande cantidad alguna vez medida hasta el momento. Las emisiones de dióxido de carbono aumentaron en un 6% solo en el año 2010.

Esto significa que los niveles de gases de efecto invernadero son aún más altos que en el peor escenario estimado por expertos en el clima hace apenas 4 años.

Greg Marland, profesor de geología de la Universidad Estatal Appalachian, dijo que éste es un incremento “monstruoso” del que nunca se había escuchado.

41% de este incremento vino de China. 12% de este incremento vino de Estados Unidos, aunque cabe notar que la emisión de dióxido de carbono de Estados Unidos aún está por debajo de lo que emitía antes de su crisis financiera.

Fuentes:
Centro de Análisis en Información del Dióxido de Carbono
www.washingtonpost.com

Esponja de Dióxido de Carbono Renovable: un material prometedor contra problemas ambientales

Investigadores trabajaron en el desarrollo de un material fuerte y reversible que funciona como esponja para capturar y almacenar dióxido de carbono gaseoso, en el laboratorio Sir Fraser Stoddart del colegio Colegio Weinberg de Artes y Ciencias. El dióxido de carbono se considera gas invernadero y su control representa un problema ambiental urgente.

Los cristales porosos (conocidos como estructuras metal-orgánicas, o MOF por sus siglas en inglés) del nuevo material son muy eficientes absorbiendo dióxido de carbono, y el componente pricipal, gamma-ciclodextrina (CD), es una molécula natural biorenovable de azúcar derivada del almidón de maíz. Esto le da gran ventaja sobre otros MOFs no renovables que generalmente se preparan a partir de materiales derivados de petróleo crudo y suelen incorporar metales pesados tóxicos.

Los autores concluyen que el hecho de que estos CD-MOFs puedan producirse de materiales favorables al medio ambiente cuya síntesis es esencialmente neutral en carbono y han demostrado capacidad para absorber dióxido de carbono de la atmósfera, los convierten en materiales prometedores para la fijación de carbono.

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