A pesar de los esfuerzos y las políticas climáticas, las emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente el CO2, continúan en aumento, comprometiendo los objetivos del Acuerdo de París y agravando los impactos ambientales, económicos y sociales del calentamiento global. Ante esta situación, es necesario impulsar el desarrollo e implementación de sistemas que permitan compensar las emisiones procedentes de los sectores con más obstáculos para adoptar tecnologías bajas en carbono.
Los sistemas de captura directa de CO2 del aire ofrecen soluciones complementarias para avanzar hacia una economía con emisiones netas cero o incluso negativas gracias a su capacidad de retirar el CO2 directamente de la atmósfera. Este artículo ofrece una visión global del estado actual de desarrollo, retos y perspectivas de esta tecnología.
Descarbonización de fuentes dispersas
A pesar de la adopción de políticas climáticas en los últimos años, las emisiones globales de CO2 continúan aumentando, alcanzando un nuevo récord en 2024. El sector energético es el principal contribuyente de estas emisiones, con un total de 37.8 GtCO2 emitidos solo durante el año pasado. Para cumplir los objetivos del Acuerdo de París y evitar que el aumento de la temperatura global alcance valores críticos, se deberán reducir las emisiones de CO2 relacionadas con la energía de forma drástica, siendo necesario alcanzar emisiones netas cero en 2050. Esto representa un gran desafío, especialmente considerando que, según estimaciones de la Agencia Internacional de la Energía y otros organismos, entre el 30 y el 35 % de las emisiones actuales de CO2 provienen de sistemas donde su descarbonización presenta mayores desafíos, como el transporte o pequeñas y medianas industrias altamente dependientes de combustibles fósiles y procesos energéticamente intensivos.
Para descarbonizar estos sistemas existen soluciones como el uso de hidrógeno verde, los biocombustibles avanzados o la captura, uso y almacenamiento de CO2. Dentro de estos últimos se incluye la captura directa de CO2 del aire (DAC, por sus siglas en inglés) como un mecanismo para compensar emisiones difíciles o imposibles de evitar e incluso contrarrestar emisiones de CO2 pasadas. En los próximos años se espera un importante despliegue de los sistemas DAC, con expectativas de capturar 85 MtCO2/año para 2030 y hasta 1 GtCO2/año para 2050. Sin embargo, su capacidad actual es inferior a 1 MtCO2/año, por lo que aún queda mucho trabajo por hacer.
La captura de CO2 del aire: Hacia emisiones netas neutras o negativas
Los sistemas DAC emplean un conjunto de componentes clave que permiten separar el CO2 atmosférico a gran escala. El proceso se inicia en un contactor de aire, una enorme estructura equipada con ventiladores que impulsan grandes caudales de aire a través de superficies cubiertas por un sorbente o solvente específico que captura el CO2 presente en el aire. Posteriormente, y en una etapa de procesado, se separa el CO2 del sorbente mediante aporte térmico o cambios de presión. El CO2 recuperado en forma de corriente gaseosa altamente concentrada puede ser comprimido y transportado para su almacenamiento permanente en yacimientos geológicos adecuados y controlados, alcanzando en este caso emisiones netas negativas. Alternativamente, el CO2
puede ser utilizado contribuyendo a alcanzar emisiones netas cero. Entre los posibles usos del CO2 , la producción de combustibles sintéticos neutros en carbono, especialmente en combinación con hidrógeno renovable, está ganando gran interés recientemente, aunque también puede ser empleado para la obtención de productos con valor añadido como fertilizantes o plásticos, así como en procesos industriales (refrigeración, tratamiento de aguas, etc.)
La principal ventaja de los sistemas DAC es su alta versatilidad para su implementación prácticamente en cualquier lugar, pudiendo instalarse en ubicaciones estratégicas, accesibles y con abundante energía renovable, sin necesidad de intervenir los sistemas actuales. Esto lo diferencia de alternativas bajas en carbono como la electrificación o el cambio de combustibles, que exigen ajustes importantes en las infraestructuras. Sin embargo, debido a la baja concentración de CO2 en el aire (400-500 ppmv), la captura directa del aire presenta importantes retos, relacionados con un mayor consumo energético, mayor complejidad operativa y costes más elevados en comparación con la captura de CO2 de fuentes puntuales (donde las concentraciones de CO2 son 100 o 200 veces superiores). Aunque las estimaciones sobre su coste siguen siendo objeto de debate, estudios recientes lo sitúan entre 230 y 540 €/tCO₂, muy por encima del coste de las tecnologías aplicadas a fuentes puntuales (<100 €/tCO₂), debido principalmente al coste del contactor y del sorbente empleado.
Escalado de las tecnologías DAC: El liderazgo de EE.UU.
Aunque los primeros conceptos de DAC surgieron hace más de dos décadas, en los últimos años se ha observado un gran auge en investigación, desarrollo e inversión. Más de 140 startups trabajan actualmente en tecnologías DAC, reflejando tanto el interés del mercado como el reconocimiento de DAC como una tecnología clave. En la mayoría de los casos apuestan por el uso de soluciones líquidas alcalinas (como NaOH, KOH o Ca(OH)₂) o sorbentes sólidos para la etapa de captura de CO2.
Estados Unidos ha adoptado una estrategia ambiciosa de financiación con el lanzamiento de un programa de 3500 M$ destinado a crear centros DAC a gran escala. Como resultado, las tecnologías DAC más avanzadas se localizan hoy principalmente en EE.UU., con algunas iniciativas en Europa, aunque ninguna en España, a pesar de su potencial en términos de capacidades industriales y acceso a energías renovables. Una de las primeras empresas en escalar esta tecnología ha sido Carbon Engineering (Canadá), con un sistema basado en la absorción de CO₂ mediante una solución acuosa de KOH regenerada a través del uso de Ca(OH)₂. Esta tecnología avanza actualmente hacia su demostración a gran escala de la mano de 1PointFive (EE.UU.), con la planta Stratos, que tendrá una capacidad de captura de 0.5 MtCO₂/año y cuya entrada en operación está prevista para 2025. El CO₂ capturado en esta planta se destinará principalmente a almacenamiento geológico o se utilizará en la producción de combustibles sintéticos. Climeworks (Suiza) ha liderado el escalado en Europa con varias plantas piloto en Suiza, Islandia, Italia y Alemania. La más relevante es la planta Orca (Islandia), con una capacidad de 4000 tCO2/año. Su tecnología emplea sólidos funcionalizados con aminas, soportados en filtros que capturan el CO2 al pasar el aire a través. Orca es la primera planta en el mundo que integra todo el proceso, desde la captura directa de CO2 del aire hasta su almacenamiento geológico en colaboración con el proyecto CarbFix, donde el CO2 capturado se inyecta en rocas basálticas para su mineralización y almacenamiento permanente. De forma similar, Global Thermostat (EE.UU.), recientemente adquirida por Zero Carbon Systems, está desarrollando sistemas DAC basados en sólidos porosos recubiertos con aminas que permiten la regeneración del sorbente mediante calor a baja temperatura. Esta tecnología prevé alcanzar su primera planta de demostración (2500 tCO2/año) entre 2025 y 2026, con el objetivo de escalar hacia el MtCO₂/año en 2030, aunque aún no se han publicado detalles concretos sobre el destino específico del CO2 capturado por sus sistemas piloto.
Materiales de Calcio: Una alternativa económica y eficiente para la captura de CO₂ del aire
Para alcanzar las escalas necesarias de captura de CO₂ (del orden de MtCO₂/año), se requieren equipos de gran tamaño y coste, capaces de asegurar un contacto eficiente entre el CO2 diluido en el aire y el sorbente. Estas instalaciones deben procesar volúmenes enormes de aire. Además, los procesos de regeneración del sorbente y de obtención de una corriente de CO2 concentrada son energéticamente intensivos. Para reducir los costes asociados a estas etapas de captura y regeneración, se están investigando materiales alternativos con mayor eficiencia y selectividad en la captura de CO2, como las zeolitas u otros adsorbentes sólidos e incluso el uso de membranas.
Una de las opciones más prometedoras para aplicaciones DAC son los materiales de calcio derivados de la caliza (cuyo principal componente es el carbonato de calcio, CaCO3), como el Ca(OH)₂. Este material destaca por su bajo coste y amplia disponibilidad. Empresas como Heirloom y 8 Rivers (EE.UU.) están desarrollando sistemas basados en esta tecnología con el objetivo de escalar su uso, lo que demuestra el creciente interés de esta vía como tecnología DAC económica y viable.
Estos sistemas aprovechan la capacidad del Ca(OH)2 para reaccionar en condiciones ambiente con el CO2 presente en el aire, dando lugar a CaCO3. La etapa de captura implica el uso de contactores compuestos por formas sólidas porosas de Ca(OH)₂ dispuestas de forma que se maximice la exposición del sorbente sólido al aire ambiente. Tras la etapa de captura, el CaCO3 obtenido se somete a calcinación térmica o eléctrica, produciéndose CO2 y CaO. Este óxido se convierte posteriormente en Ca(OH)2 mediante hidratación, completando el ciclo. Este proceso se fundamenta en tecnologías comerciales ya consolidadas en las industrias de la cal y el cemento, lo que facilitará su implementación. Aunque todavía en fase piloto, esta alternativa se perfila como una opción accesible y rentable para el despliegue a gran escala de tecnologías DAC, al reducir los gastos operativos como de inversión gracias a la sencillez del contactor de aire y al uso de tecnologías maduras para el procesado del sorbente. A nivel nacional, esta tecnología se está desarrollando en el marco del proyecto ATRESO (Captura de CO2 atmosférico empleando formas sólidas de Ca(OH)2) dentro del plan Proyectos de Generación de Conocimiento 2024 (proyecto PID2024-162594OB-I00, financiado por MICIU/AEI/10.13039/501100011033 y por FEDER, UE).
Referencias
- Agencia Internacional de la Energía (IEA, www.iea.org), informes: Global Energy Review 2025 CO2 Emissions; Net zero roadmap: A global pathway to keep the 1.5 °C goal in reach; Direct air capture – A key technology for net zero.
- Departamento de Energía de EE.UU. (DOE, www.energy.gov), informes: Direct Air Capture: Definition and company analysis; Regional Direct Air Capture Hubs.
- E. Wang, et al., Reviewing direct air capture startups and emerging technologies, Cell 643 Reports Phys. Sci. 5 (2024) 644 101791. doi: 10.1016/j.xcrp.2024.101791
- H. Herzog et al., Getting real about capturing carbon from the air, One Earth. 7 (2024) 1477–1480; https://doi.org/10.1016/j.oneear.2024.08.011
- J.C. Abanades et al., Direct capture of carbon dioxide from the atmosphere using bricks of calcium hydroxide, Cell Reports Phys. Sci. 4 (2023) 101339. doi: 10.1016/j.xcrp.2023.101339
- K. Sievert et al., Considering technology characteristics to project future costs of direct air capture, Joule. 8 (2024) 979–999. doi: 10.1016/j.joule.2024.02.005
