Artículo| Land-based negative emission technologies (NETs): una herramienta necesaria y urgente para la mitigación del cambio climático

El pasado mes de mayo se publicaron de forma conjunta en la revista Environmental Research Letters tres artículos cuyo objetivo era analizar el papel de las tecnologías de emisiones negativas (o NETs por sus siglas en inglés) en la mitigación del cambio climático. Así, el primer paper trata de proporcionar una vision general sobre las diferentes NETs, sintetizando los resultados expuestos en los otras otras dos partes y asímismo realizando un análisis sobre los aspectos éticos que afectan a las NETs. En este primer artículo también se explica la metodología seguida, que básicamente ha consistido en una revision sistemática (figura 1) de toda la literatura disponible hasta el momento. Así, para su desarrollo, se requirieron dos expertos por cada una de las NETs analizadas, así como expertos en tratamiento de grandes volúmenes de datos e infografía. El segundo paper se centra en los costes, potenciales y efectos secundarios de cada NET, si bien es cierto que en la primera parte de este artículo se realiza un profundo análisis sobre el papel de las NETs, especialmente los BECCS, en los diferentes escenarios de emisiones de CO2 y de consecución de los diferentes objetivos climáticos (1.5 °C y 2 °C). Por último, la tercera parte se centra en el estado del la investigación de cada una de las NETs, haciendo especial hincapié en el upscaling.

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Figura 1. Protocolo de scoping de las diferentes NETs. Nótese que el número de documentos hace referencia al total de las siete NETs analizadas en el estudio y no solo a las land-based.

 

Pero, ¿qué son las NETs y por qué son necesarias?

Las NETs son mecanismos (o tecnologías), naturales o antropogénicas, que tras su implementación producen una retirada neta de CO2 de la atmósfera (CDR, Carbon Dioxide Removal). Si bien el conjunto de los tres artículos se ha centrado en siete diferentes NETs, nosotros nos centraremos en destacar los resultados correspondientes a las que están relacionadas con el manejo de la tierra. Son las siguientes:

  • AR (Afforestation and reforestation). Se basa en la plantación de masa forestal en lugares afectados por la deforestación (reforestación) o en lugares en que, aunque no estuvieron cubiertos por vegetación boscosa, las condiciones edafobioclimáticas así lo permiten (aforestación). Sin embargo, la capacidad de almacenamiento de carbono se encuentra limitada al máximo crecimiento del bosque, y además su carácter reversible (tala, quema…) hace que sea necesario un manejo constante aun habiendo alcanzado el Además, la reducción en el albedo en elevadas latitues constituye una de los inconvenientes más destacables. Así, el potencial de esta tecnología se sitúa fundamentalmente en los trópicos, donde además de evitar el efecto negativo en el albedo que tiene lugar en elevadas latitudes el efecto de enfriamiento por el incremento de la evapotranspiración contribuiría de forma muy importante a reducir las temperaturas. Por tanto, se debe prestar especial atención a la competencia por la tierra y la seguridad alimentaria en zonas tropicales que sufran un proceso de aforestación y/o reforestación. Por otro lado, el manejo de las especies en la configuración del nuevo ecosistema forestal es vital para asegurar la provisión de otros servicios ecosistémicos (biodiversidad, recursos hídricos, etc) (figuras 2 y 3).
  • BECCS (Bioenergy Crops with Carbon Capture and Storage). Se basa en la transformación de biomasa en energía, ya sean cultivos dedicados, residuos agrícolas y forestales o desechos de procesos industriales. Sin embargo, la novedad es que se introduce un sistema de captura del CO2 producido tras la combustión y éste es almacenado en un reservorio geológico. En este caso el límite biofísico de secuestro de carbono se encontraría limitado por la disponibilidad de tierra de cultivo y de lugar de almacenamiento geológico. La reversibilidad sería nula, siempre y cuando se aseguren las condiciones de seguridad del almacenamiento geológico. Sin embargo, la ocupación de la tierra y la competencia con otros cultivos podrían suponer un riesgo para la seguridad alimentaria. De todas las land-based NETs evaluadas, sin duda esta es la que conlleva un mayor riesgo, especialmente si la biomasa procede de cultivos dedicados que podrían reducir la capacidad biofísica del Planeta para alimentar a la población (figuras 2 y 3).
  • SCS (Soil Carbon Sequestration). Basado en el secuestro de carbono orgánico en el suelo (SOC) tras la implementación de prácticas agrícolas de conservación (ej. no laboreo o laboreo reducido, manejo de cubiertas o green manure, aplicación de insumos orgánicos, etc). Se fundamenta en maximizar las entradas de carbono orgánico al suelo y en minimizar las salidas (mineralización del SOC a CO2). La cantidad de carbono orgánico secuestrado depende del manejo agrícola y de las propiedades fisico-químicas del suelo (ej. contenido y tipo de filosilicatos o arcillas). La posibilidad de reversión es elevada y depende del manejo agrícola, por lo que al igual que en el caso de la AR aún habiendo alcanzado un nivel elevado de contenido en SOC las prácticas agrícolas deberán mantenerse en el futuro. Cabe señalar que el incremento en el contenido en SOC supone una mejora general de las propiedades de fertilidad del suelo, reduciendo la necesidad de aplicación de fertilizantes de síntesis y contribuyendo también al incremento de la seguridad alimentaria. Sin embargo, existe un debate en la actualudad respecto al papel del SCS en el incremento de las emisiones de N2 (figuras 2 y 3).
  • Generación de biochar (o biocarbón) y aplicación en suelos agrícolas. El biocarbón es generado por un proceso de pirólisis (calentamiento de la biomasa a altas temperaturas en ausencia de oxígeno) en el que el resultado es un material compuesto por carbono de muy elevada recalcitrancia, con tiempos de permanencia que alcanzan los centenares o miles de añ Su aplicación al suelo se justifica por los estudios que sugieren que éste podría mejorar las propiedades de fertilidad del suelo y así las cosechas. Recientes estudios apuntan también a que su aplicación en el suelo podría conllevar la reducción en las emisiones de N2O. La biomasa destinada a la pirólisis puede provenir de recursos internos del sistema agrícola (ej. restos de poda, restos de cosecha) o externos (ej. cultivos dedicados específicamente para ser pirolizados, restos de biomasa forestal). La proveniencia de los mismos determinará los efectos secundarios derivados de esta tecnología (figuras 2 y 3). Por tanto, al igual que en el caso de los BECCS, la implementación de cultivos dedicados para la producción de biocarbón podría afectar negativamente a la seguridad alimentaria. Así pues, la utilización de biomasa procedente de recursos internos del sistema, de cultivos dedicados en zonas degradadas o de restos forestales constituirían alternativas factibles que redujeran el riesgo de afección a la capacidad de proveer una correcta alimentación a la población.

Las NETs son necesarias si queremos cumplir con los objetivos de temperatura fijados por el Acuerdo de París de no superar los 2°C y de realizar esfuerzos para no sobrepasar los 1.5°C. Dados los actuales niveles de emisión de CO2 (alrededor de las 40 GtCO2)y las proyecciones de emisiones futuras, incluso en algunos de los escenarios más benévolos, se sobrepasarían los 1.5°C para medidados de siglo. Por tanto, ya no sería suficiente sólo una reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, sino que además es urgente retirar todo el CO2 que sea posible con los medios disponibles.

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Figura 2. Taxonomía de las NETs. Se distinguen de acuerdo con el mecanismo de captura del CO2 (fotosintesis/químico), el sistema (tierra/océano) y el medio en el que se almacena. Nótese que en este artículo únicamente se hace referencia a las cuatro primeras NETs: AR, SCS, biochar y BECCS.

¿Cuánto CO2 se podría retirar y a qué coste?

Los resultados de la revisión sistemática arrojan datos con una relativa elevada incertidumbre – que por otro lado es normal en este tipo de estudios – sobre los costes y el potencial de cada una de las NETs para el año 2050. De ahí que la evaluación de los expertos haya sido fundamental en el estudio para seleccionar aquellos valores o rangos de valores más probables.

  • AR. El potencial más probable se encontraría en el rango 2 – 4 Gt CO2/año con un coste relativamente bajo (US$5–50/tCO2). Sin embargo, no hay que olvidar la restricción de esta tecnología a latitudes bajas y medias, su reversibilidad y saturación en la evolución a partir de 2050.
  • BECCS. El rango correspondiente al potencial de secuestro de carbono se situaría entre 0.5 – 5 Gt CO2/año. Sin embargo, los autores remarcan que para alcanzar el límite superior se requerirían niveles de gobernanza de la tierra a escala global con el fin de tener en cuenta y minimizar al máximo los multiples inconvenientes respecto al uso de la tierra que ello conllevaría (ej. amenaza a la seguridad alimentaria, presión sobre los recursos hídricos, y conflictos sobre la tenencia de tierras). Por otra parte, la implementación de las BECCS, tecnología costosa especialmente la parte de la captura y el almacenamiento de carbono, sería viable únicamente a elevados precios del CO2, ya que los costes estimados para esta tecnología se sitúan en US$100–200/tCO2), aunque es importante notar que tanto los BECCS y como el resto de NETs tienen la capacidad de disminuir el costo macroeconómico de la mitigación.
  • SCS. El potencial para el año 2050 del secuestro de carbono es relativamente elevado, de alrededor de 4 Gt CO2/año. Su relativa fácil implementabilidad y los beneficios asociados a ella (básicamente los relacionados con la mejora en las propiedades de fertilidad del suelo) hacen que los costes de implementación sean bajos e incluso puedan ser negativos en algunas ocasiones (i.e. beneficio tras la implementación del secuestro de carbono). Al igual que en la AR, a partir de 2050 el carácter reversible del secuestro de carbono junto con la existencia de un límite de saturación provocarían una reducción significativa en los potenciales.
  • Biocarbón. Teniendo en cuenta niveles de ocupación de la tierra conservadoras y realistas, el potencial del biocarbón se situaría en el rango 0.3 – 2 Gt CO2/año. Sin embargo, la tecnología de pirólisis se encuentra lejos de estar disponible a nivel industrial, por lo que tanto la incertidumbre como los propios costes son relativamente elevados (US$ 90 – 120 /tCO2), si bien es cierto que los beneficios derivados de la aplicación del biochar al suelo podrían reducir en parte estos costes.

 Figure 3

Figura 3. Síntesis de los costes, potenciales y efectos secundarios de todas las NETs analizadas en el estudio. El panel central proporciona una evaluación para 2050 de los costes y potenciales. Los rangos resultan de la evaluación de forma individual de cada una de las NETs y no tienen un carácter aditivo con el resto de tecnologías debido a la competencia por la tierra, reservorio geológico o generación de biomasa. El asterisco y la línea discontínua en el panel central para el SCS y AR resalta el carácter limitado del almacenamiento de carbono de éstas. En los paneles laterales se proporciona también información sobre las tendencias esperadas de los costes y potenciales a partir del año 2050. Asímismo, se muestran tambien los efectos secundarios más importantes de cada una de las tecnologias (nótese que los riesgos de los efectos negativos pueden depender del grado y tipo de implementación de la tecnología). En las partes superior e inferior de cada recuadro se muestra también información relativa a la permanencia/reversibilidad del carbono sequestrado así como la disponibilidad actual de tecnología (i.e. grado de implementación de la NET).

¿Como minimizar los efectos secundarios?

Como ya habréis podido deducir, los potenciales de secuestro de carbono se encuentran inherentemente relacionados con los efectos secundarios de cada NET y los correspondientes trade-off entre las differentes tecnologías, por lo que éstos deberán ser tenidos en cuenta a la hora de establecer un portfolio de diferentes NETs.

Sin duda, uno de los efectos secundarios más notorios que tienen en común los BECCS, la AR y la aplicación de biocarbón es la competencia por la tierra y la consiguiente amenaza a la seguridad alimentaria. Para evitar o minimizar este riesgo, se podría optar por utilizar únicamente los terrenos degradados – y, por tanto, poco productivos – para la producción de los cultivos bioenergéticos y aquellos destinados a la producción de biocarbón. Además, en el caso de los BECCS y el biocarbón también se podría utilizar como materia prima los restos forestales (e.g. poda).

Por otro lado, la aplicación conjunta de biocarbón y los manejos destinados a incrementar el contenido en carbono orgánico en el suelo podría reducir las emisiones de N2O. La aplicación de prácticas de conservación en agricultura como por ejemplo la implementación de cubiertas verdes espontáneas o plantadas contribuiría al mismo tiempo al mantenimiento de la biodiversidad y la resiliencia del ecosistema. Igualmente, en el caso de la AR la selección de especies arbóreas y la combinación con cultivos (agroforestería) contribuiría tanto al mantenimiento de la resiliencia del ecosistema como de la seguridad alimentaria.

Es necesario avanzar en el proceso de innovación

A lo largo de la tercera parte de la revisión sistemática se ha hecho un profundo análisis sobre el estado de la innovación y upscaling de cada NET, enteniendo la innovación como el proceso que incluye seis diferentes etapas: (1) investigación y desarrollo, (2) demostraciones, (3) scale-up, (4) demanda, (5) nichos de mercado y (6) aceptación pública (las tres primeras pertenecen al lado de la oferta y las tres últimas al de la demanda).

El análisis arrojó un resultado claro: todas las NETs analizadas tienen una proporción mayoritaria de estudios científicos focalizados en la investigación y desarrollo (tabla 1), aunque es cierto que en el caso de los BECCS este porcentaje es algo menor. Existe una clara inclinacion hacia el estudio de los aspectos más cientificos, aunque la proporción de estudios dedicados a evaluar el scaleup es relativamente bajo teniendo en cuenta la urgente necesidad de implementar las NETs. Es llamativa también la bajísima proporción de estudios que analizan la demanda. Esto es especialmente grave en el caso de las land-based NETs, pues en muchos casos la decisión última de introducir unas determinadas prácticas agrícolas o forestales recae en el propietario de la finca, que en su mayoría es un particular.

Asi pues, los resultados son bastante claros: es necesario y urgente evaluar la demanda y, en general, otros aspectos de la innovación más allá de los aspectos puramente más teóricos y “científicos”.

Tabla 1. Porcentaje de artículos perteneciente a cada una de las dos grandes etapas de la innovación (categorías del lado de la oferta y del lado de la demanda): investigación y desarrollo, demostración, scaleup, demanda, nicho de mercado, aceptación pública y total del lado de la demanda.

Table 1

Conclusiones. Hay que ponerse manos a la obra urgentemente

  1. Durante los ultimos años se ha incrementado notablemente el número de artículos publicados en los que se evaluan las NETs. Sin embargo, la variedad de NETs y de efectos secundarios que generan resultan en que lo más recomendable sea adoptar un portfolio de diferentes tecnologías, con un manejo adecuado de sus efectos secundarios. Esta opción sería más recomendable que focalizarse en una sola NET.
  2. Es urgente empezar cuanto antes el desarrollo de las diferentes NETs debido al largo período de tiempo requerido para llegar a una fase tal en la que éstas se encuentren plenamente implementadas y con capacidad de retirar del orden de gigatoneladas de CO2 de la atmósfera. Incluso aquellos escenarios con objetivos moderadamente ambiciosos respecto a las NETs exigen que el proceso de difusión y upscaling comience inmediatamente.
  3. Focalizarse en deploying ignora las preferencias y actitudes de los diferntes actores involucrados en su puesta en marcha. Para que puedan ser adoptadas, las NETs deben ser atractivas para dichos actores, además de contar con una política de manejo de riesgos así como entender y abordar las preocupaciones públicas. Hay que saber responder a las preguntas ¿quién las quiere, y por qué razón? ¿Quién las adoptará? ¿Cómo responderá la sociedad ante ellas? Hasta ahora, estas questiones solo han sido abordadas de manera marginal en la literatura y, por tanto, existe una clara desconexión entre los requisitos identificados en los diferentes escenarios climáticos en relación al desarrollo de las NETs y el estado real de su desarrollo.
  4. Es imprescindible que se aborden de forma inmediata y urgente aspectos como la política económica y la financiación pública de las NETs. La creación de una “hoja de ruta” por parte de las instituciones se hace imprescindible.

 

Por último, queremos destacar que tal y como señalan Smith et al. (2016), “aunque algunas NETs puedan ofrecer beneficios adicionales al secuestro de carbono una fuerte dependencia de las NETs en el futuro, usadas como un medio para continuar con el uso de combustibles fósiles como hasta ahora, es extremadamente arriesgado, ya que nuestra capacidad de estabilizar el clima por debajo de los 2°C se reduce a medida que las emisiones de gases de efecto invernadero aumentan. Un fallo en las NETs en sus objetivos de mitigación en el futuro, debido a cualquier inconveniente biofísico o económico, nos dejaría sin “plan B”, y dados los potenciales impactos negativos de las NETs el “plan A” debe ser reducir de manera inmediata y agresiva las emisiones de gases de efecto invernadero”.

 

Referencias

Fuss, S. et al., 2018. Negative emissions—Part 2: Costs, potentials and side effects. Environmental Research Letters 13 063002

Minx, J. et al., 2018. Negative emissions—Part 1: Research landscape and synthesis. Environmental Research Letters 13 063001

Nemet, G.F. et al., 2018. Negative emissions—Part 3. Innovation and upscaling. In Environ. Res. Lett. 13 063003

Smith et al., 2016. Biophysical and economic limits to negative CO2 emissions. Nature Climate Change, 6(1), 42-50.

 

Más información:

Página web del proyecto:    https://co2removal.org/

Presentación de los resultados de la revisión sistemática: https://co2removal.org/keynote-what-we-know-and-what-we-dont-know-about-negative-emissions/

 

Autores: José Luis Vicente Vicente y Maria del Mar Zamora, investigadores en el Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (Berlín, Alemania), en representación del resto de autores que participaron en los tres artículos que componen la revisión sistemática.

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