Evaluación del potencial y optimización de zonas favorables para el almacenamiento geológico de CO2 en reservorios de carbón profundos

Por qué importa almacenar carbono en vetillas de carbón

Reducir las emisiones de dióxido de carbono (CO2) con la velocidad necesaria para cumplir los objetivos climáticos exigirá no solo una energía más limpia, sino también lugares donde encerrar de forma segura enormes cantidades de CO2 bajo tierra durante siglos. Las vetillas de carbón profundas e inminables son una opción prometedora: pueden adsorber CO2 en sus superficies internas y mantenerlo atrapado, a la vez que ayudan a impulsar la producción de gas natural valioso. Este estudio analiza una vetilla de carbón importante en la cuenca de Qinshui, en China, para plantear una pregunta práctica: ¿cuánto CO2 pueden realmente almacenar estas capas profundas de carbón y dónde están los mejores puntos para inyectarlo?

El entorno subterráneo bajo una región carbonífera

El trabajo se centra en la vetilla Núm. 3 en el sur de la cuenca de Qinshui, una de las regiones de carbón y metano de capas de carbón más importantes de China. Aquí, gruesas capas de carbón de rango medio a alto yacen a unos pocos cientos hasta más de mil metros de profundidad, interpuestas entre lutitas y areniscas de baja permeabilidad que actúan como sellos naturales. Las aguas subterráneas están divididas en estratos mayoritariamente separados, de modo que los fluidos no se mueven fácilmente entre ellos. El carbón en esta vetilla objetivo es un antracita dura y de alto rango con poros muy pequeños y una gran área superficial interna, lo que lo hace especialmente eficaz para retener gas por adsorción —moléculas que se adhieren a las paredes de los poros— mientras que las rocas circundantes ayudan a prevenir fugas.

Cómo se comporta el CO2 al cambiar las condiciones con la profundidad

Al inyectarse CO2 bajo tierra, la temperatura y la presión aumentan con la profundidad, eventualmente llevando al gas a un estado supercrítico que tiene la densidad de un líquido y la movilidad de un gas. Los investigadores recrearon estas condiciones en laboratorio usando carbón pulverizado procedente de unos 900 metros de profundidad. Midieron cuánto CO2 podía adsorber el carbón a tres temperaturas (20, 30 y 40 °C) y presiones hasta 20 megapascales. A todas las temperaturas, el carbón primero captó CO2 rápidamente al aumentar la presión, luego alcanzó un máximo y finalmente mostró un descenso suave en la cantidad “excesiva” medida. Condiciones más cálidas redujeron la cantidad de CO2 retenida a una presión dada, lo que significa que las vetillas más profundas y más calientes se comportan de forma distinta a las más someras y frías.

Construir una calculadora de almacenamiento simple pero potente

Para convertir estas medidas en una herramienta de planificación, el equipo probó tres descripciones matemáticas estándar de la adsorción y encontró que un enfoque multicapas conocido como modelo BET capturó mejor el comportamiento del CO2, especialmente cerca y por encima del punto crítico donde el gas se vuelve supercrítico. Luego combinaron este modelo de adsorción con fórmulas separadas para el CO2 que ocupa el espacio poral como fluido libre denso y para la fracción pequeña que se disuelve en el agua de formación. Se consideraron despreciables, en escalas de tiempo de ingeniería para esta vetilla, las reacciones minerales que fijarían CO2 en carbonatos sólidos durante millones de años. El resultado es un conjunto compacto de ecuaciones que estima el almacenamiento total de CO2 por unidad de masa de carbón en función de la profundidad, usando valores típicos de porosidad, contenido de agua, densidad del carbón y presión y temperatura in situ.

Cuánto se puede almacenar y dónde es mejor

Al alimentar datos geológicos regionales en este marco, los autores calcularon cómo cambia la capacidad de almacenamiento entre unos 300 y 1300 metros de profundidad. En las capas más someras, “subcríticas”, domina la adsorción en las superficies del carbón y aumenta modestamente con la profundidad antes de estabilizarse. Por debajo de aproximadamente 800 metros, donde el CO2 se vuelve supercrítico, la porción de almacenamiento como fluido libre denso en los poros aumenta rápidamente, y la capacidad total crece de forma pronunciada hasta alrededor de 1100 metros, para después aumentar más lentamente. En conjunto, las principales vetillas de carbón en el bloque estudiado podrían, teóricamente, almacenar unos 575 millones de toneladas de CO2, con alrededor de dos tercios de esta capacidad en la zona profunda supercrítica. El mapeo estructural detallado muestra que las zonas más prometedoras, denominadas Unidades I y II, se sitúan en la parte norte, estructuralmente simple, del bloque, donde coinciden capas de carbón gruesas, buenos sellos y pocas fallas propensas a fugas con un fuerte potencial para metano de capas de carbón.

Qué significa esto para la acción climática y el uso de la energía

Para no especialistas, el mensaje clave es que ciertas vetillas de carbón profundas pueden actuar como enormes esponjas subterráneas para el CO2, especialmente donde la presión y la temperatura empujan al gas a un estado denso y supercrítico. En el ejemplo de la cuenca de Qinshui, la adsorción en el carbón y el CO2 libre denso en el espacio poral conjuntamente representan más del 99 % del potencial de almacenamiento, mientras que la disolución en el agua y las reacciones minerales muy lentas tienen poca importancia a corto y medio plazo. El estudio muestra que la zona óptima para seguridad y eficiencia se sitúa entre aproximadamente 800 y 1100 metros de profundidad, y que los mejores sitios de inyección a menudo coinciden con campos y pozos de gas existentes. Eso abre la puerta a proyectos que simultáneamente almacenan CO2 y aumentan la producción de metano, ayudando a financiar el almacenamiento y avanzar en los objetivos "doble carbono" de China de alcanzar el pico de emisiones y luego reducirlas.

Cita: Xue, Z., Xu, X., Tian, L. et al. Potential evaluation and favorable zone optimization of CO₂ geological sequestration in deep coal reservoirs. Sci Rep 16, 12208 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42680-z

Palabras clave: Almacenamiento de CO2, Vetillas de carbón profundas, Fluidos supercríticos, Metano de capas de carbón, Captura y almacenamiento de carbono