Almacenamiento geológico de dióxido de carbono en Europa: FAQ
Las tecnologías de captura y almacenamiento de carbono son herramientas esenciales para reducir las emisiones industriales de dióxido de carbono y desempeñarán un papel fundamental en la descarbonización de la economía mundial. Para que la captura de carbono sea eficaz, el almacenamiento de las emisiones capturadas debe ser permanente. El almacenamiento geológico del dióxido de carbono capturado proporciona un medio para almacenar permanentemente el dióxido de carbono capturado en el subsuelo.
La captura de carbono está ganando rápidamente impulso en Europa, con más de 50 proyectos de captura de carbono ya anunciados. Este impulso ha suscitado preguntas sobre las opciones de almacenamiento geológico y la relativa permanencia del dióxido de carbono secuestrado. En este blog, responderemos a las preguntas más frecuentes para ilustrar cómo el almacenamiento geológico proporciona efectivamente una reducción de las emisiones de dióxido de carbono a largo plazo, de bajo riesgo y permanente. Si se hace correctamente, es muy poco probable que la inyección de dióxido de carbono en formaciones geológicas profundas llegue a la atmósfera en cantidades significativas o suponga un riesgo para la salud pública.
¿Por qué almacenar el dióxido de carbono en el subsuelo?
El almacenamiento geológico del dióxido de carbono capturado puede ayudar a facilitar la transición hacia el nivel cero, almacenando permanentemente las emisiones significativas de los activos existentes en sectores difíciles de reducir. La industria pesada representa el 20% de las emisiones totales de la UE y las opciones para reducirlas son escasas o nulas, salvo la captura de carbono. Industrias importantes como la producción química, el cemento y el acero deben estar preparadas para un mundo neutro en carbono, y la captura de carbono puede ofrecer una solución probada y escalable para abordar las emisiones de gases de efecto invernadero de estas industrias. Para que la captura de carbono sea efectiva, el carbono capturado debe ser almacenado o utilizado de forma permanente. Aunque existen formas de utilizar las emisiones de carbono capturadas transformándolas en productos, estas tecnologías son en su mayoría experimentales y aún no se han probado a la escala necesaria para una descarbonización profunda. El almacenamiento geológico de dióxido de carbono se ha aplicado de forma segura y eficaz a gran escala durante casi 50 años y, según el informe Net Zero by 2050 de la EIA, alrededor del 95% del carbono capturado deberá almacenarse de forma permanente a través del almacenamiento geológico.
¿Cuánto dióxido de carbono puede almacenarse en Europa?
En términos de disponibilidad de almacenamiento geológico, Europa está bien posicionada para desplegar el almacenamiento geológico a gran escala para ayudar a cumplir los objetivos climáticos. En Europa existen importantes recursos de almacenamiento geológico en múltiples cuencas sedimentarias y vías de almacenamiento. Según el informe Resumen de Almacenamiento Geológico deCO2 de la UE, elaborado por el Servicio Geológico de Dinamarca y Groenlandia (GEUS) utilizando el conjunto de datos CO2StoP, la capacidad total de almacenamiento salino de las unidades geológicas prospectivas en Europa se estima en 482 gigatoneladas (Gt), lo que equivale a más de 300 años de emisiones de la UE procedentes de fuentes fijas al ritmo actual. Esta estimación se ha obtenido a partir de 28 países en los que se dispone de datos geológicos suficientes. El siguiente mapa muestra la ubicación de las áreas de almacenamiento y las capacidades de almacenamiento asociadas para todas las unidades de almacenamiento en Europa que se consideraron para esta estimación (Figura 1). Se puede encontrar un resumen más detallado de los recursos de almacenamiento geológico de la UE en este blogCATF .
Como los recursos de almacenamiento geológico están distribuidos de forma desigual en Europa, no todos los países podrán almacenar su dióxido de carbono dentro de sus propias fronteras. Por consiguiente, el almacenamiento de dióxido de carbono requerirá una cooperación y coordinación transfronterizas. Es poco probable que se desarrollen grupos de almacenamiento geológico en todos los países. Dependiendo de sus recursos de almacenamiento geológico salino, algunos países almacenarán el dióxido de carbono de otros países.
Europa tiene la suerte de contar con importantes recursos geológicos para el almacenamiento de dióxido de carbono, y a continuación analizaremos cómo funciona el almacenamiento geológico de dióxido de carbono.
¿Cómo funciona el almacenamiento geológico de dióxido de carbono?
El almacenamiento geológico de dióxido de carbono consiste en inyectar el dióxido de carbono capturado en yacimientos rocosos profundos y porosos que están recubiertos por capas rocosas selladas (es decir, caprocas). Así se evita que el dióxido de carbono llegue a la atmósfera y se almacena permanentemente en el subsuelo.
En su forma más simple, el dióxido de carbono se inyecta en una roca porosa cubierta por una roca impermeable, atrapándolo en su lugar. Para lograr un uso más eficiente del espacio, el dióxido de carbono capturado se comprime y se hace más denso, lo que reduce el volumen del dióxido de carbono y, por tanto, ocupa menos espacio en la roca cuando se inyecta. Antes de iniciar las operaciones de inyección, los geólogos deben localizar formaciones geológicas adecuadas capaces de almacenar el dióxido de carbono de forma segura y eficiente. Las siguientes características son las de un sistema ideal de depósito de almacenamiento:
- Presencia de una formación rocosa reservorio adecuada que sea muy porosa, como una esponja, que pueda albergar el dióxido de carbono inyectado
- Roca del yacimiento con un espacio de poros suficientemente interconectado, conocido como permeabilidad, que permite que el dióxido de carbono fluya fácilmente hacia y a través del yacimiento
- Una "capa" impermeable que recubre el yacimiento y que actúa como barrera al flujo de fluidos, conteniendo el dióxido de carbono inyectado dentro del yacimiento subyacente
- Un yacimiento con una profundidad suficiente, normalmente de unos 800 metros, para que las condiciones naturales de temperatura y presión del yacimiento puedan mantener el dióxido de carbono inyectado denso y en su sitio
- Un sistema de depósito que tiene una excelente integridad mecánica y está libre de fallos importantes por los que podría filtrarse el dióxido de carbono
Las opciones de almacenamiento más idóneas para grandes volúmenes de dióxido de carbono son las formaciones salinas profundas, es decir, todas las formaciones rocosas profundas llenas de agua no potable y altamente salina (es decir, "salada"). Los yacimientos de petróleo y gas agotados que ya no son rentables para la producción también pueden ser depósitos de almacenamiento ideales siempre que tengan una roca madre establecida. Los acuíferos salinos aptos para el almacenamiento geológico se encuentran a gran profundidad en el subsuelo y están separados de la superficie por cientos o miles de metros de formaciones rocosas sólidas. La figura 2 ilustra la escala del subsuelo de un proyecto típico de almacenamiento salino.
Para encontrar opciones en el subsuelo para almacenar grandes volúmenes de dióxido de carbono, los científicos deben realizar trabajos de reconocimiento en forma de estudios de viabilidad para recopilar datos geológicos del subsuelo e identificar las zonas que tienen potencial para albergar formaciones geológicas adecuadas. En la mayoría de los proyectos de almacenamiento, esto incluye la recogida y el análisis de datos geofísicos y geoquímicos de los pozos existentes, la creación de modelos 3D de la geología del subsuelo y la realización de simulaciones de inyección, la perforación de un pozo de caracterización para recoger nuevos datos geofísicos y muestras de núcleos de roca para confirmar la presencia de un yacimiento, y la realización de estudios geofísicos para confirmar que las formaciones geológicas están presentes en toda la zona de estudio. Una vez que se ha determinado que un posible lugar de inyección es viable para inyectar dióxido de carbono, se puede construir la instalación de inyección y comenzar las operaciones de inyección.
Las operaciones de almacenamiento de dióxido de carbono siguen protocolos de ingeniería y seguridad muy estrictos para garantizar un almacenamiento seguro y eficiente. En la siguiente sección se ofrece una explicación más detallada al respecto.
¿Es seguro el almacenamiento geológico?
Aunque el dióxido de carbono es un contaminante en la atmósfera y en el agua potable, no lo es en el subsuelo profundo, donde suele existir de forma natural. El dióxido de carbono puede almacenarse en el subsuelo profundo de forma segura y eficiente siguiendo estrictos protocolos de ingeniería y seguridad, con un riesgo extremadamente limitado de que el dióxido de carbono se devuelva a la atmósfera o a los acuíferos de agua potable poco profundos. Ya se están almacenando de forma segura importantes volúmenes de dióxido de carbono en formaciones geológicas profundas de todo el mundo.
Hay más de 20 instalaciones de captura de carbono a escala comercial en funcionamiento en todo el mundo, que capturan y almacenan permanentemente unas 40 Mt de dióxido de carbono al año, lo que equivale a las emisiones anuales de más de 8 millones de turismos. La seguridad y la permanencia del almacenamiento geológico se consiguen gracias a una adecuada selección del emplazamiento y a los protocolos de ingeniería. Antes de la inyección se realizan rigurosos modelos y simulaciones geológicas del subsuelo para demostrar que las formaciones geológicas pueden soportar el dióxido de carbono inyectado y que el dióxido de carbono inyectado permanecerá en su lugar.
Los pozos de inyección se diseñan de acuerdo con normas muy estrictas para evitar cualquier fuga del dióxido de carbono inyectado. Los operadores de los pozos de inyección están obligados a no superar una presión determinada que provoque la fractura de la roca, lo que garantiza la conservación de la integridad mecánica de las formaciones geológicas. Durante las operaciones de inyección de dióxido de carbono, el penacho de dióxido de carbono inyectado se vigila estrechamente mediante sofisticadas técnicas de control geofísico y geoquímico para seguir la ubicación y el tamaño del penacho durante todo el proyecto. Esta supervisión garantiza que el penacho no se desplaza a ningún lugar que no debería, como por ejemplo cerca de las fallas. Tras el cese de la inyección, el penacho sigue siendo supervisado para garantizar que se ha estabilizado y que no está migrando. Una vez que el operador puede demostrar que el penacho se ha estabilizado, el pozo de inyección se tapa para evitar cualquier migración de dióxido de carbono por el agujero abierto.
El riguroso proceso de ingeniería y diseño resumido anteriormente son medidas rutinarias que se toman en cada proyecto de almacenamiento de dióxido de carbono para garantizar la seguridad, la eficiencia y la longevidad del almacenamiento geológico. La tecnología y los métodos para inyectar, almacenar y controlar el dióxido de carbono en el subsuelo están maduros y se practican desde 1972. Múltiples proyectos de almacenamiento de dióxido de carbono a escala comercial en todo el mundo han demostrado con éxito que el dióxido de carbono puede almacenarse de forma segura en formaciones geológicas. Estos proyectos de almacenamiento se someten a una rigurosa planificación de riesgos y mitigación para que, en caso de fuga de dióxido de carbono, la inyección cese inmediatamente y se apliquen las técnicas de mitigación adecuadas para identificar el mecanismo de fuga y remediarlo. En 2005, el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático publicó un informe sobre el riesgo limitado de fuga de dióxido de carbono asociado al almacenamiento geológico.
En la UE también existe una normativa para garantizar que los emplazamientos se supervisen adecuadamente en cuanto a seguridad. La Directiva CAC de la Comisión Europea es el principal paquete legislativo que detalla cómo puede realizarse el almacenamiento de dióxido de carbono en la UE. Establece normas estrictas para garantizar que los emplazamientos de almacenamiento de dióxido de carbono sean objeto de un estricto control periódico. De acuerdo con el artículo 13 de la Directiva CAC, los Estados miembros deben garantizar la supervisión de los emplazamientos de almacenamiento, mientras que el artículo 14 establece que los operadores de almacenamiento deben informar a las autoridades competentes, al menos una vez al año, sobre el funcionamiento del emplazamiento de almacenamiento. Además, el artículo 15 establece que los Estados miembros deben garantizar que los emplazamientos de almacenamiento sean objeto de inspecciones frecuentes.
A pesar de los abrumadores datos que demuestran la seguridad del almacenamiento geológico, sigue habiendo preocupaciones. Una de ellas es el riesgo de que se produzcan terremotos provocados por el hombre. Cuando se inyectan fluidos en la roca a una presión que supera la resistencia de la misma, como en la exploración de gas de esquisto, pueden formarse pequeñas grietas. Este proceso, conocido comúnmente como "fracking", provoca ocasionalmente microseísmos, es decir, minitemblores que sólo pueden medirse con instrumentos extremadamente sensibles, a niveles raramente percibidos por los humanos. Sin embargo, a diferencia de la exploración de gas, las prácticas de almacenamiento geológico están diseñadas para evitar la fracturación. Esto se debe a que las microfracturas reducen, en lugar de aumentar, los volúmenes de dióxido de carbono que pueden almacenarse en la roca del yacimiento.
Como ya se ha mencionado, los operadores de proyectos de almacenamiento geológico controlan continuamente las presiones del yacimiento y de la inyección y están obligados a mantener las presiones por debajo de las que podrían fracturar la roca. El proyecto Decatur de la cuenca de Illinois, en Estados Unidos, inyectó con éxito más de un millón de toneladas de dióxido de carbono en un yacimiento salino profundo y realizó un amplio estudio de supervisión microsísmica durante la inyección. Los resultados del control sísmico mostraron que se produjeron mínimos eventos microsísmicos mucho más pequeños de lo que se requeriría para comprometer potencialmente la roca madre o ser sentidos por los seres humanos en la superficie.
Un diseño y unos controles de ingeniería adecuados garantizan que el almacenamiento geológico pueda realizarse de forma segura y varios proyectos de almacenamiento en todo el mundo lo han demostrado en la práctica. A continuación, nos adentraremos en cómo el dióxido de carbono queda realmente atrapado y almacenado de forma segura en formaciones geológicas.
¿Cómo se atrapa el dióxido de carbono inyectado y cuánto tiempo puede permanecer almacenado de forma segura?
Los fluidos antiguos, como la salmuera y los hidrocarburos, así como el dióxido de carbono, aparecen de forma natural en las formaciones geológicas del subsuelo y han quedado atrapados en él, en algunos casos, durante cientos de millones de años. Estos antiguos fluidos naturales constituyen un análogo válido de la capacidad de los yacimientos geológicos del subsuelo para retener con seguridad el dióxido de carbono a lo largo de escalas de tiempo geológicas. El petróleo y el gas que extraemos de las formaciones geológicas han quedado atrapados durante millones de años en el subsuelo y seguirían allí durante millones de años en el futuro si no los extrajéramos activamente.
Entonces, ¿cómo se atrapa el dióxido de carbono? Sigamos utilizando los hidrocarburos como análogo. Al igual que el dióxido de carbono, los hidrocarburos son menos densos que el agua y, por lo tanto, han migrado hacia arriba a través de las rocas y las fracturas a lo largo del tiempo geológico que siguió a su generación hasta encontrar una "trampa" geológica. En pocas palabras, una trampa geológica consiste en una roca impermeable suprayacente, a la que nos referimos como caproca o sello, con una formación rocosa porosa subyacente que actúa como depósito de fluidos. Las trampas geológicas pueden presentarse en forma de estructuras geológicas como los anticlinales, que son estructuras en forma de cúpula, fallas que han sido selladas por la mineralización y trampas estratigráficas (Figura 3). En todos los casos, las trampas geológicas son capaces de "atrapar" los fluidos flotantes, impidiendo que migren hacia arriba, donde pueden permanecer en el subsuelo durante escalas de tiempo geológicas. En la prospección de yacimientos de petróleo y gas, los geólogos tratan de identificar las zonas del subsuelo donde existen trampas geológicas que han acumulado hidrocarburos a lo largo del tiempo.
Del mismo modo, al planificar un proyecto de almacenamiento de dióxido de carbono, un geólogo "prospecta" cuidadosamente las trampas geológicas que, en lugar de atrapar hidrocarburos, serían capaces de atrapar estructuralmente el dióxido de carbono inyectado.
Si bien el atrapamiento estructural, como se ha señalado anteriormente, es el mecanismo de atrapamiento más dominante, en las formaciones geológicas también se dan otros mecanismos de atrapamiento que proporcionan mayor seguridad (Figura 4). Estos mecanismos incluyen el atrapamiento por solución, el atrapamiento residual y el atrapamiento mineral. Cuando se inyecta en acuíferos salinos, parte del dióxido de carbono inyectado se disuelve lentamente en la salmuera que existe en el espacio de los poros de la roca y queda atrapado permanentemente mediante el atrapamiento en solución. Una parte del dióxido de carbono inyectado quedará atrapada en los pequeños espacios de los poros como dióxido de carbono residual que es inmóvil, similar al agua que queda en una esponja después de escurrirla. Este mecanismo se denomina atrapamiento residual. El último mecanismo de atrapamiento del dióxido de carbono se produce cuando el dióxido de carbono disuelto reacciona con la roca del yacimiento para formar un nuevo mineral, lo que se denomina atrapamiento mineral. Este mecanismo de atrapamiento atrapa efectivamente el dióxido de carbono de forma permanente en forma de un mineral sólido.
Si se utilizan los depósitos de hidrocarburos naturales como análogos, el dióxido de carbono, cuando se inyecta adecuadamente en las trampas geológicas, puede permanecer almacenado en el subsuelo durante mucho más tiempo del que la civilización moderna ha existido en este planeta (es decir, millones de años).
¿Pueden las fallas y fracturas permitir que el dióxido de carbono inyectado migre a la superficie?
Las fallas y fracturas pueden suponer un riesgo para el dióxido de carbono almacenado si proporcionan una ruta alrededor de las trampas hacia la superficie. Sin embargo, en las rocas más antiguas, las fallas y fracturas existentes pueden estar rellenas de minerales, o mineralizadas, de manera que en realidad proporcionan excelentes trampas cuando las formaciones impermeables se han yuxtapuesto tectónicamente a las permeables. Por tanto, cuando una falla aparece en un estudio geológico para preparar un proyecto de almacenamiento, es importante determinar de qué tipo de falla se trata. Una normativa sólida que exija ese estudio geológico detallado es esencial para identificar esas características y determinar si son transmisivas o impermeables en las condiciones de inyección previstas.
Si la permeabilidad es probable, o si hay riesgo de terremoto en las cercanías, un sitio no puede - y no debe - calificar para un permiso de almacenamiento. La normativa establece estas protecciones, exigiendo la identificación y el control de cualquier falla y fractura potencialmente transmisora. En el siguiente apartado se explica cómo se regula el almacenamiento seguro de dióxido de carbono en Europa.
¿Cómo se regula en Europa el almacenamiento seguro de dióxido de carbono?
Para garantizar una buena gobernanza, con normas y responsabilidades claras para el almacenamiento seguro de dióxido de carbono, al tiempo que se asegura la eliminación de las barreras legales, es necesario un marco jurídico sólido. Afortunadamente, en Europa ya existe un marco legal para el almacenamiento geológico seguro de dióxido de carbono. En 2009, la Unión Europea adoptó la Directiva sobre Captura y Almacenamiento de Carbono (Directiva CAC) como parte del paquete de medidas sobre clima y energía de 2009. La Directiva CAC proporciona un marco jurídico para garantizar el almacenamiento geológico seguro del dióxido de carbono desde el punto de vista medioambiental y crea la seguridad jurídica necesaria para que los inversores construyan instalaciones de almacenamiento de dióxido de carbono a gran escala (incluidas la captura y el transporte). Como se describe en el Informe de la Comisión Europea de 2019 sobre la aplicación de la Directiva CAC, este marco tiene como objetivo garantizar que, para cualquier proyecto de almacenamiento geológico dado; 1) no hay riesgo significativo de fuga de dióxido de carbono del depósito geológico, 2) no hay riesgo significativo de daño a la salud pública o al medio ambiente, y 3) no hay efectos adversos en la seguridad de la red de transporte o los sitios de almacenamiento. La Directiva CAC se centra sobre todo en la selección de los emplazamientos para el almacenamiento de dióxido de carbono, así como en las obligaciones de control, autorización, cierre y post-cierre. Todos los Estados miembros de la UE y del EEE han transpuesto la Directiva CAC a su legislación nacional, aunque en diferente medida. Algunos Estados miembros la han incorporado directamente a su legislación nacional y otros, como Alemania y los Países Bajos, han aplicado medidas adicionales y más estrictas.
¿Quién decide dónde se almacena el dióxido de carbono?
Aunque la Directiva CAC establece un marco jurídico para la captura, el transporte y el almacenamiento de dióxido de carbono en la UE y el EEE, corresponde a los Estados miembros decidir cómo hacerlo.
El artículo 4 de la Directiva CAC deja claro que corresponde a los Estados miembros decidir si se permite el almacenamiento de dióxido de carbono en parte o en la totalidad de su territorio. Esta decisión se basará en evaluaciones que consideren determinadas zonas aptas para el almacenamiento de dióxido de carbono, como el informe de síntesis sobre el almacenamiento geológico de dióxido de carbono de la UE, descrito anteriormente. En virtud de los artículos 5 y 6, si una zona se considera apta para el almacenamiento, los Estados miembros podrán autorizar determinadas parcelas para la exploración y el almacenamiento, otorgando al titular derechos exclusivos para explorar y almacenar dióxido de carbono en esas zonas designadas. El artículo 7 establece normas estrictas sobre la forma de conceder estos permisos a los operadores de almacenamiento, lo que incluye la demostración de conocimientos técnicos y la capacidad de cumplir los requisitos financieros que se describen con más detalle en las secciones siguientes. En última instancia, es la autoridad competente -normalmente un Ministerio de Medio Ambiente o del Clima- la que decide quién puede explorar y almacenar dióxido de carbono en una zona concreta del territorio y cuáles son las condiciones de esos permisos.
¿Quién es responsable de las posibles fugas de dióxido de carbono de los lugares de almacenamiento?
En el caso de una posible fuga de dióxido de carbono de un emplazamiento de almacenamiento, se necesitan normas claras sobre la responsabilidad por el incumplimiento de las normas de almacenamiento de dióxido de carbono, así como los posibles daños medioambientales y climáticos. La Directiva CAC, así como la Directiva de Responsabilidad Medioambiental (DMA ) y la Directiva de Comercio de Emisiones (Directiva RCDE) prevén tres tipos de responsabilidad: responsabilidad por medidas correctoras, responsabilidad por daños medioambientales y responsabilidad por daños climáticos derivados de las fugas.
El artículo 16 de la Directiva CAC describe estas formas de responsabilidad. El operador debe adoptar medidas correctoras en caso de fugas e irregularidades significativas. Del mismo modo, el operador debe adoptar medidas preventivas o reparadoras en virtud de la DEE cuando exista una amenaza inminente o un daño medioambiental real. Además, los derechos de emisión tienen que entregarse de acuerdo con la Directiva sobre el RCDE por cualquier fuga de dióxido de carbono.
Aunque los titulares de los almacenamientos deben cumplir las normas de la Directiva CAC y son responsables de las fugas de dióxido de carbono en los emplazamientos de almacenamiento en funcionamiento, estas responsabilidades acaban transfiriéndose al Estado una vez que el emplazamiento de almacenamiento ha cerrado y ha transcurrido cierto tiempo. El artículo 18 de la Directiva CAC establece que estas responsabilidades se transfieren al Estado una vez transcurrido un mínimo de 20 años desde el cierre del emplazamiento de almacenamiento. Esta transferencia de responsabilidad tiene requisitos estrictos, en particular, que todas las pruebas disponibles indiquen que el dióxido de carbono almacenado estará completa y permanentemente contenido. Además, los operadores de almacenamiento deben aportar una contribución financiera, que se utilizará para la supervisión y cualquier otro gasto derivado del mantenimiento del emplazamiento de almacenamiento, que se contempla en el artículo 20.
En resumen, las características inherentes a la formación rocosa y a los análogos de almacenamiento de carbono, acompañadas de los requisitos reglamentarios para la planificación, la inyección, el almacenamiento y la supervisión del dióxido de carbono inyectado, sugieren firmemente que el almacenamiento geológico bien situado es de bajo riesgo a largo plazo, y es permanente. Las fugas del proyecto serán una rara excepción y de magnitud limitada debido a lo que sabemos sobre la física del atrapamiento geológico del dióxido de carbono inyectado, a las décadas de experiencia con la inyección de dióxido de carbono y otros análogos, y a los requisitos reglamentarios existentes para la selección y el funcionamiento de los lugares de inyección y almacenamiento de dióxido de carbono, incluidos los requisitos para la construcción de pozos de inyección y la integridad mecánica. Esta es la permanencia necesaria para cumplir los objetivos de reducción de dióxido de carbono que ofrece el almacenamiento geológico para las emisiones de dióxido de carbono capturadas.
