Impacto causado en el ecosistema marino antártico por la acidificación del Océano Austral

La USAL estudia el impacto causado en el ecosistema marino antártico por la acidificación del Océano Austral fruto de la absorción de emisiones industriales de CO2.

La USAL estudia el impacto causado en el ecosistema marino antártico por la acidificación del Océano Austral fruto de la absorción de emisiones industriales de CO2 | Sala de Prensa

FUENTE: Sala de Prensa USAL

Andrés Rigual, del Grupo de Geociencias Oceánicas, es el investigador principal del proyecto SONaR-CO2 cuyos resultados pueden emplearse para prever cambios en los ecosistemas marinos de otras regiones del planeta.

La dinámica industrial mundial ha causado un significativo descenso del pH del océano previéndolo para finales de siglo en los valores más bajos de los últimos cientos miles de años.

En este tiempo en que la Tierra se está tomando un respiro medioambiental gracias al obligado parón industrial mundial causado por la pandemia de la Covid-19 hay que recordar que los océanos son un agente clave en el sistema climático global al absorber aproximadamente un cuarto de las emisiones de CO2 originadas por el hombre. El dióxido de carbono reacciona con el agua y forma ácido carbónico disminuyendo, así, el pH del océano. La acidificación oceánica está reconocida por el Panel Intergubernamental del Cambio Climático como una de las principales amenazas a las que se enfrentan los ecosistemas marinos en la actualidad, debido a que afecta negativamente a organismos como corales, moluscos y plancton provocando un desequilibrio medioambiental.

En este contexto, Andrés Rigual, científico del Grupo de Geociencias Oceánicas de la Universidad de Salamanca, es el investigador principal del proyecto Southern Ocean Nanoplankton Response to CO2 (SONaR-CO2) financiado por fondos del programa Marie Sklodowska-Curie de la UE y que, junto a los catedráticos y también miembros del grupo investigador de la USAL José-Abel Flores y Francisco Javier Sierro, estudia el impacto causado en el ecosistema marino antártico por la acidificación del Océano Austral. Unos resultados que, además, se prevén como indicadores de “los cambios que ocurrirán en otras regiones del planeta en el futuro”, según informa el responsable del estudio a Comunicación USAL.

Concretamente, la iniciativa de investigación, desarrollada desde 2018 y recientemente concluida, determina el efecto de la acidificación oceánica y otros cambios ambientales sobre unas algas calcáreas conocidas como cocolitóforos, un grupo de fitoplancton abundante en todos los océanos que tiene un papel fundamental en los ecosistemas marinos como parte de la base de la cadena alimenticia. Además, contribuyen a regular las concentraciones de CO2 atmosférico debido a que al realizar la fotosíntesis y formar sus esqueletos o “armaduras” calcáreas (cocolitos) absorben carbono de la atmósfera y lo transportan a las capas profundas del océano una vez muertos.

Evolución del CO2 en cocolitóforos a lo largo del tiempo

Para el estudio, el grupo de la USAL analiza muestras de estos organismos recogidas en la columna de agua durante la última década representativas del período industrial y las compara con muestras recogidas en los sedimentos marinos que reflejan el estado de las poblaciones de cocolitóforos de la era preindustrial. El investigador de la USAL explica que el análisis de los registros del período preindustrial, de aproximadamente antes de 1850, comparado con los datos modernos de los que se dispone les permitirá determinar “si las algas cocolitoforales experimentaron cambios en su calcificación relacionados con el aumento antropogénico de las emisiones de CO2 a lo largo del período industrial”.

El muestreo continuo de la columna de agua durante casi dos décadas proporciona información clave sobre el estado y evolución de algunos grupos de fitoplancton a lo largo de los últimos años, entre ellos el de estos organismos. Datos que el científico considera “clave” en el futuro para evaluar cambios en los ecosistemas del Océano Austral, así como para anticipar “posibles respuestas de los ecosistemas marinos a los cambios inducidos por alteraciones en el ambiente en otras regiones del globo”, asevera.

De hecho, desde el inicio de la revolución industrial el pH medio del océano ha disminuido del valor de 8.21 al de 8.10. De continuar la actividad industrial con el mismo ritmo e intensidad se prevé “que este descenso pueda llegar a valores en torno a 7.70 a finales de siglo, los más bajos que se han registrado en los últimos cientos miles de años”, alerta el científico de la Universidad de Salamanca.

Trampas de sedimento y técnicas de microscopía

La USAL estudia el impacto causado en el ecosistema marino antártico por la acidificación del Océano Austral fruto de la absorción de emisiones industriales de CO2 | Sala de Prensa
Trampa de sedimento. Foto: Dr. Els Maas

El Océano Austral es una de las regiones del mundo más inexploradas y debido sus condiciones climáticas tan adversas es impensable el muestreo directo de zonas remotas del océano durante todo el año. Hace casi dos décadas equipos de investigación australianos y neozelandeses pusieron en marcha programas de muestreo de zonas clave del mismo. Las herramientas empleadas se llaman trampas de sedimento y permiten el muestreo automático de la columna de agua durante ciclos anuales completos proporcionando información clave sobre el funcionamiento de los océanos de altas latitudes con un “valor incalculable para la comunidad científica”.

Rigual, que confirma que las muestras con las que trabajan son de una calidad “excepcional”, hace uso en los laboratorios de la USAL de herramientas innovadoras para el análisis de los cocolitóforos recogidos. Debido al pequeño tamaño de los cocolitos, que dificulta su aislamiento y tareas de medición individual, los miembros del equipo del Grupo de Geociencias de la Universidad de Salamanca Miguel Ángel Fuertes y José-Abel Flores refinaron una técnica de microscopía y desarrollaron un nuevo software para medir y pesar estas conchas diminutas que “nos permite identificar pequeñas variaciones en su peso y tamaño que podrían estar relacionadas con la acidificación oceánica o con otros cambios ambientales”, subraya.

Cocolitóforos, reguladores de las concentraciones de CO2 atmosférico

El fitoplancton comprende al conjunto de organismos unicelulares marinos que obtienen su energía del sol y que habitan las aguas superficiales del océano. El fitoplancton juega un papel clave para la vida en nuestro planeta ya que absorbe grandes cantidades de CO2 atmosférico y produce la mitad del oxígeno que respiran los seres vivos, incluido los seres humanos.

Los cocolitóforos son un grupo de fitoplancton de pequeño tamaño (entre 0.003 y 0.040 mm de diámetro) que se caracterizan por su capacidad de recubrir sus células con pequeñas placas de calcita (mismo material de una concha de la playa) llamadas cocolitos. Imperceptibles a simple vista, muy abundantes en todos los océanos del planeta y con una alta diversidad de especies, juegan un papel importante en los ecosistemas marinos debido a que forman parte de la base de la cadena alimenticia y del ciclo del carbono.

Impacto de la acidificación en el krill antártico y proliferación de algas tóxicas

El científico de la Universidad también informa que estudios recientes indican que el aumento de la acidificación oceánica podría afectar de forma negativa al desarrollo del krill antártico (Euphasia suberba). Este crustáceo, de aspecto parecido al de una gamba, es el animal con mayor biomasa del planeta y representa la principal fuente de alimento para gran parte de animales marinos de altas latitudes, incluyendo peces, calamares, focas, ballenas y diferentes especies de aves. Por lo tanto, cualquier cambio en la abundancia del krill podría suponer importantes cambios en los ecosistemas polares.

Como contra punto, sí habría algunos organismos que podrían verse beneficiados por el aumento de la acidificación. Este sería el caso para algunas especies de algas tóxicas que crecen mejor en aguas más ácidas, por lo que se prevé que “el aumento de la acidificación oceánica provoque en el futuro un aumento en las proliferaciones de estas algas dañinas”, concluye el investigador.

Técnicas ‘big data’ para capturar y almacenar CO₂ procedente de una central térmica

central térmica. - Buscar con Google

El cambio climático parece estar relacionado con la emisión antropogénica de dióxido de carbono procedente del uso intensivo de combustibles fósiles. En este sentido, el desarrollo de tecnologías eficientes para la captura y el almacenamiento de dióxido de carbono se presenta como la solución más viable.

Jorge A. Rodriguez Navarro - Buscar con Google

El científico de la Universidad de Granada (UGR) Jorge Rodríguez Navarro, investigador del departamento de Química Inorgánica, ha participado en un estudio internacional publicado en la revista Nature en el que se han utilizado técnicas de Big Data para seleccionar un material óptimo para la captura de CO2 de una biblioteca virtual de más de 300.000 materiales de tipo red metalorgánica.

Los resultados muestran que los materiales reportados superan el comportamiento de materiales porosos clásicos, tales como zeolitas y carbones activados, en condiciones típicas de captura de CO2 de una central térmica.

Boyd, P.G., Chidambaram, A., García-Díez, E. et al. Data-driven design of metal–organic frameworks for wet flue gas CO2 capture. EN: Nature, n. 576, pp. 253–256 (2019) doi:10.1038/s41586-019-1798-7. DESCARGAR ARTÍCULO

La metodología de un fármaco

La metodología empleada se asemeja a la usada en la selección de fármacos por la industria farmacéutica, en la que se busca un fármaco que se ajuste al centro activo de una proteína causante de una enfermedad.

En este caso, la molécula objetivo es conocida (el CO2), mientras que el material óptimo no lo es. “Esta técnica de big data ha permitido reconocer el centro activo que presentan los materialescon mejor comportamiento y para el cual se ha acuñado la denominación de adsorbaforo”, señala el autor.

Dicho adsorbaforo de la molécula de CO2 consiste en dos anillos aromáticos separados por 7 amstrongs y que son capaces de encapsular selectivamente una molécula de CO2 a modo de un ‘sándwich’ molecular.

Científicos emplean técnicas de ‘big data’ para capturar y almacenar dióxido de carbono procedente de una central térmica - Canal UGR

Una vez seleccionados los materiales teóricos óptimos, estos se han sintetizado de forma dirigida y estudiado su comportamiento en la captura de CO2.


FUENTE: Universidad de Granada

Un inesperado reservorio de CO2 y metano aparece en una fisura geológica

“Large gas reservoir along the rift axis of a continental back-arc basin revealed by automated seismic velocity analysis in the Okinawa Trough,” Kota Mukumoto, Takeshi Tsuji, and Andri Hendriyana, Geophysical Research Letters (2019), vol. 46, n. 16, pp. 9583-9590. https://doi.org/10.1029/2019GL083065

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El análisis de reflejos de ondas de presión sísmica por la geología del subsuelo de Japón, ha ofrecido primera evidencia de un depósito de gas masivo donde se separa la corteza terrestre.

Dependiendo de su naturaleza, el gas atrapado podría ser un recurso natural potencial sin explotar o una fuente de gases de efecto invernadero a la espera de escapar, lo que aumenta la necesidad de conocer depósitos similares en todo el mundo.

Si bien el océano puede parecer tranquilo en la superficie, las profundidades del océano pueden experimentar una intensa actividad térmica a medida que el magma caliente se filtra desde lugares donde las capas superiores de la Tierra se están separando, un proceso llamado ruptura. En tales áreas, niveles elevados de dióxido de carbono y gas metano pueden estar presentes en el agua, posiblemente escapando del magma o producidos por organismos microbianos o la interacción de sedimentos ricos en materia orgánica con agua caliente.

En nuevo estudio publicado en Geophysical Research Letters, investigadores del Instituto Internacional de Investigación de Energía Neutral en Carbono de la Universidad de Kyushu (I2CNER) ahora informan que algunos de estos gases pueden quedar atrapados bajo tierra, o que lleva a la existencia de un depósito de gas masivo debajo del eje a lo largo de la cual se está produciendo la ruptura en el canal de Okinawa. 

Para encontrar el reservorio los investigadores analizaron mediciones de cómo las estructuras geológicas reflejan las ondas de presión sísmica generadas por una fuente acústica transportada por un bote al área de estudio. Aplicaron un análisis de velocidad automatizado a los datos de reflexión sísmica para obtener una estructura de velocidad de la onda P en alta resolución espacial. Los perfiles resultantes revelan grandes depósitos de gas como zonas de baja velocidad a lo largo del eje de estriado (>5 km para la dirección del eje) alrededor de Iheya North Knoll. Los principales componentes gaseosos del yacimiento podrían ser el CO2 y el CH4. El flujo de calor inferido de los perfiles sísmicos (es decir, la profundidad del reflector) indica que el hidrato de CH4 podría estar atrapando el gas. Además, el flujo de calor es mayor en el eje de estriado y cerca del montículo, reflejando el gran depósito de gas que alimenta los fluidos hidrotermales en el área de descarga del montículo.

En esta etapa, los investigadores aún no están seguros de si los depósitos están llenos principalmente de dióxido de carbono o metano. Si es metano, el gas podría ser un recurso natural potencial. Sin embargo, tanto el dióxido de carbono como el metano contribuyen al efecto invernadero, por lo que la liberación rápida e incontrolada de cualquiera de los gases de un depósito tan grande podría tener implicaciones ambientales significativas.

“Si bien muchas personas se centran en los gases de efecto invernadero producidos por los humanos, también existe una gran variedad de fuentes naturales”, dice el autor correspondiente Takeshi Tsuji. “Los reservorios de gas a gran escala a lo largo de un eje de desviación pueden representar otra fuente de gases de efecto invernadero que debemos vigilar. O podrían convertirse en un recurso natural importante”.

En cuanto a cómo queda atrapado el gas, una posibilidad es que las capas de sedimento impermeable como la arcilla podrían evitar que el gas escape de las capas subyacentes porosas de materiales como la piedra pómez. Basado en el flujo de calor alrededor del área de estudio, los investigadores piensan que otra posibilidad es que una capa de baja permeabilidad de hidrato de metano, un hielo que contiene metano, actúe como la tapa.

“Las zonas como la que investigamos no son infrecuentes a lo largo de las grietas, por lo que espero que existan reservorios similares en otras partes del valle de Okinawa, así como otras cuencas continentales de arco posterior cubiertas de sedimentos en todo el mundo”, explica Tsuji.


Fuente: EUREKALERT

Rheticus y eEthylene: convierte CO2 en productos químicos especiales

Pese a la mala fama del dióxido de carbono, directamente relacionada con los gases que provocan el efecto invernadero, actualmente Siemens junto con la empresa química alemana Evonik  están desarrollando dos proyectos de investigación donde se está utilizando CO2 para producir químicos básicos y especializados muy valiosos para la industria: Rheticus y eEthylene. Un futuro en el que la producción de butanol, hexanol o etileno a partir del CO2 es una realidad cada vez más cercana.

Con los primeros resultados, los científicos esperan obtener información que les permita implementar gradualmente procesos de síntesis electroquímica para aplicaciones industriales a gran escala y reducir tanto costes como su impacto en el medio ambiente.

Rheticus: el programa que convierte CO2 en productos químicos especiales

The picture shows a fermenter.
Evonik Industries

Rheticus es un proyecto en el que los técnicos están trabajando para generar productos químicos especiales a partir de CO2. El procedimiento tiene dos momentos clave:

Al comenzar, un electrolizador de Siemens utiliza energía de fuentes renovables para convertir el dióxido de carbono y el agua en monóxido de carbono metabolizable (CO). A continuación, un proceso de fermentación de Evonik convierte muy selectivamente los gases que contienen CO en sustancias valiosas con la ayuda de microorganismos especializados. El resultado son productos químicos como el butanol y el hexanol, que son materias primas para elaborar productos como plásticos especiales y aditivos alimentarios.

“Estamos trabajando con configuraciones experimentales y en este punto es donde podemos probar y optimizar nuestras células de electrólisis y electrodos de difusión de gas”, dice Günter Schmid, responsable de los electrolizadores de Siemens Corporate Technology.

El objetivo del proyecto es trasladar esta tecnología del laboratorio a un centro de pruebas para el año 2021, ya que de Rheticus se espera una capacidad de producción de 10 a 20 toneladas por año. Esto prepararía el escenario para la construcción de una planta industrial con un volumen de fabricación de hasta 20.000 toneladas de butanol o hexanol por año.  “Con la plataforma Rheticus queremos demostrar que la fotosíntesis artificial es factible”, añade el Dr. Thomas Haas, responsable del proyecto en el departamento de investigación estratégica de Evonik. La fotosíntesis artificial consiste en que el CO2 y el agua se convierten en sustancias químicas mediante una combinación de pasos químicos y biológicos en un proceso similar al de las hojas que usan clorofila y enzimas para sintetizar glucosa. 

La nueva tecnología combina múltiples beneficios. No solo permite que los productos químicos se produzcan de manera sostenible, sino que también sirve como un almacén de energía, que puede responder a las fluctuaciones y ayudar a estabilizar la red.

eEthylene: producción neutra en CO2

Siemens y la química Evonik desarrollan productos químicos verdes a partir del CO2

En el proyecto eEthylene, expertos de Siemens están trabajando junto con científicos de Evonik, la Universidad Técnica de Berlín, la Universidad Ruhr de Bochum y el Instituto Helmholtz de Erlangen-Nuremberg para estudiar cómo el dióxido de carbono se puede convertir en etileno. “Estamos convencidos de que el CO2 no solo ayudará a producir materiales codiciados, sino que también abrirá nuevas oportunidades de negocio para Siemens”, dice Dan Taroata, gerente de proyectos de Siemens, líder del consorcio.

Los investigadores están usando electricidad en un sistema directo de electrólisis de una sola etapa para sintetizar etileno a partir de dióxido de carbono y agua. Su trabajo se centra en los electrocatalizadores porque estos materiales pueden cargar CO2 inerte con electrones ricos en energía para crear etileno. Si los electrones se agrupan en el agua circundante, el proceso crea hidrógeno. Es por eso que el catalizador juega un papel decisivo en el éxito del método. Sin embargo, es un gran desafío tecnológico encontrar un electrodo cuprífero estable para la producción de etileno.

Para convertir el CO2 en etileno, Siemens contribuye en el proceso de producción con un sistema de una de sus áreas clave de competencia: una instalación de electrólisis para operación continua. Se basa en electrolizadores para la producción de hidrógeno, que forman parte de la gama actual de productos de la compañía.

eEthylene, es parte de la iniciativa de investigación CO2Plus para el uso de CO2, que pretende ampliar la base de producción de materias primas. eEthylene podría revolucionar la producción de etileno, puesto que su objetivo es descubrir cómo el dióxido de carbono se puede convertir en etileno de manera eficiente.

Producción económica de etileno

El etileno se usa actualmente de diversas formas. En primer lugar, es la materia prima para la producción de polietileno, cloruro de polivinilo y poliéster. Como tal, está contenido en la mayoría de los plásticos.

El etileno también ayuda a que las frutas y verduras maduren en el momento preciso, una aplicación importante en un mundo de cadenas globalizadas de suministro de alimentos. Si el proceso de producción electrolítica puede optimizarse, podría competir con el método de fabricación convencional. Además de que el proceso usaría CO2 atmosférico y sería deseable desde una perspectiva ambiental, también valdría la pena seguirlo desde un punto de vista comercial. Esto se debe a que una tonelada de etileno cuesta entre 850 y 1.200 euros y anualmente se utilizan alrededor de 180 millones de toneladas.

Reducción de CO2 y almacenamiento de energías renovables.

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El pasado mes de diciembre de 2017 Juan Aldecoa Martínez, estudiante del European Master in Renewable Energy de la Hanze University of Applied Sciences (Holanda) coordinado por EUREC (The Association of European Renewable Energy Research Centres, Asociación de centros de investigación europeos en energías renovables ), defendió su trabajo de fin de master (TFM) en la sede de EUREC (Bruselas), obteniendo la calificación de sobresaliente.

El TFM, titulado BZCY-solid oxide electrolyte membrane reactor for renewable energy storage in the form of combustible energy vectors allowing its penetrationrealizado en la Unidad de Valorización Energética de Combustibles y Residuos del CIEMAT y dirigido por la Dra. Esperanza Ruiz Martínez, presenta un sistema novedoso para reducción de emisiones de CO2 y almacenamiento de energías renovables.

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Juan Aldecoa defendiendo su TFM

El TFM consta del diseño, implementación y estudio a escala piloto de un reactor electro-catalítico de membrana de electrolito sólido para almacenamiento de energía renovable en forma de vectores energéticos combustibles, tales como hidrógeno y gas natural sintético, susceptibles de vertido a la red de gas natural (Power to Gas).

 El reactor de membrana de electrolito sólido propuesto consiste en una membrana conductora de protones (H+) y dos electrodos-catalizadores activos para la electrolisis de agua (u otra reacción generadora de protones) e hidrogenación de CO2, respectivamente, depositados a ambos lados de la membrana.  La electrolisis de agua (H2O) u otras reacciones (reformado de hidrocarburos, etc.) tienen lugar en el ánodo, generándose protones que son transferidos a través de la membrana hacia el cátodo, donde se recombinan para formar hidrógeno (H2) o se combinan con una fuente externa de CO2 para formar metano. Permitiendo así el almacenamiento de energía eléctrica (que en la práctica se obtendría a partir de fuentes renovables como la eólica o solar) en forma de vectores energéticos combustibles.

  Este trabajo se engloba dentro de una línea de investigación más amplia de la Unidad, dedicada al desarrollo de alternativas tecnológicas, más eficientes y de menor consumo energético, que permitan tanto reciclar el CO2 generado en procesos de conversión termoquímica, como el almacenamiento de energía renovable en forma de combustibles, contribuyendo a la penetración de las energías renovables y a hacer un uso más sostenible de los recursos energéticos.