Técnicas de captura de CO2- parte 1

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1. Introducción

El CO2 atmosférico es la principal fuente de carbono para la vida en la Tierra y su concentración pre-industrial desde el Precámbrico tardío era regulada por los organismos fotosintéticos y fenómenos geológicos. Pero esta regulación fue superada por la actividad humana desde la revolución industrial.

En 1861 se atribuyó al vapor de agua y al dióxido de carbono la retención parcial de la energía solar. Este es un fenómeno que en los últimos años ocupa la atención mundial (Cumbre de París), y se denomina efecto invernadero. La analogía se debe a que agua, CO2 y otros gases como metano actúan como el vidrio en un invernadero: la radiación solar, principalmente visible, atraviesa la atmósfera y llega hasta la superficie donde se transforma en calor, una parte es reemitida como radiación infrarroja, que es absorbida por los gases de efecto invernadero. Esto hace que la temperatura media de la superficie del globo sea de unos 15°C en lugar de los -18°C que habría sin efecto invernadero.

El calentamiento global se está produciendo como evidencian los aumentos observados del promedio mundial de las temperaturas del aire y del océano, el deshielo generalizado y el aumento mundial del nivel del mar. Las predicciones del Cuarto y Quinto Informe de Evaluación, del PanelIntergubernamental de expertos en el Cambio Climático (IPCC), determinan que se producirán graves impactos sobre los ecosistemas, la industria, las ciudades, la salud, el agua y la producción de alimentos a nivel global.

La captura y almacenaje de dióxido de carbono (CCS) es un medio prometedor para ajustar las emisiones mundiales de CO2 pues las formaciones geológicas pueden almacenar grandes cantidades con seguridad a lo largo de miles de años.

1. Métodos de captura del CO 2

El proceso consta de tres partes: 1. Captura; 2. Transporte; y 3. Almacenamiento.A continuación describimos cada una de ellas con un mayor detalle.

Captura de CO2

Hoy en día se captura CO2 de fuentes fijas de gran envergadura y cercanas a lugares óptimos para el almacenamiento. Este es el caso de las grandes centrales eléctricas o plantas industriales. La mayor parte de las emisiones provienen de éstas pero sería importante plantear nuevos métodos que contemplen la captura a menor escala y en fuentes móviles, como los automóviles.

El uso de cada uno de los métodos dependerá de la concentración del gas, su presión y el tipo de combustible que se utiliza.
A continuación se describe de manera detallada cada uno de ellos:

-Postcombustión o secuestro de CO 2 :
Este método separa el CO2 de los gases de escape producidos durante la combustión con aire. La captura posterior se hace, sobretodo, mediante ciclo de Calcinación-Carbonatación y la absorción química por aminas.

Ciclo de calcinación-carbonatación: Este proceso se basa en la absorción química, utilizando como sorbente la caliza. En la carbonatación se produce una reacción exotérmica en la que el CO2 y el CaO reaccionan para producir CaCO3 desprendiéndose 430kcal/kg de CaCO3 . En la calcinación se produce el proceso inverso, se da la desorción del CO2 mediante la descomposición de la caliza en presencia de calor.

·Adsorción química: se utiliza la monodietanolmelamina. Es la tecnología más utilizada en la actualidad.

-Captura de CO 2 en Pre-combustión:
Esta técnica consiste en la descarbonización del combustible antes de la combustión mediante técnicas de gasificación del carbón o reformado del gas natural. Se forma una mezcla gaseosa de H2 y CO2 que posteriormente serán separados.
Una vez separados los gases la captura de CO 2 se puede llevar a cabo por:

· Adsorción a cambio de presión

·Separación criogénica: Se separa el gas mediante un procedimiento físico de condensación a temperaturas criogénicas para producir CO2 líquido.

·Absorción química.

·Absorción física: con Selexol o Rectisol. Se emplea cuando la presión parcial del CO 2 es alta.

·Separación de membrana: se emplea para la separación del hidrógeno pero la tecnología implicada en este proceso debe seguir desarrollándose.

-Captura de CO2 en Oxi-combustión:Este método se lleva a cabo durante la combustión. Consiste en utilizar oxígeno en vez de aire para la combustión lo que hace que los gases de escape estén compuestos principalmente por H2O y CO 2 . El H2O se separa fácilmente por condensación.

1. Transporte y almacenaje de CO2
   
   Se pueden distinguir dos tipos de transporte, continuo y discontinuo. Antes de llevar a cabo cualquiera de estas opciones, es necesario reducir la temperatura y aumentar la presión del gas capturado, favoreciendo un incremento de su densidad y una disminución de su volumen, lo que facilitará su manejo.

-Transporte continuo, si el CO 2 ha de ser transportado largas distancias por tierra, por medio de
gaseoductos. El gas se transporta a presiones entre 100 y 200 bar, con la mínima proporción de
agua, para reducir la posibilidad de corrosión de la tubería.

-Transporte discontinuo, si el CO2 ha de ser transportado largas distancias a ultramar, por medio de buques cisterna. Actualmente, la baja demanda de transporte marino de CO2 hace que no sea práctico el uso de buques cisterna a gran escala comercial (con capacidad para 850-1400 toneladas de gas) Debido a la baja temperatura a la que se mantiene el CO2 líquido (entre -25 y -30ºC, según la presión de almacenamiento) puede mezclarse con el transporte de alimentos y
conservarlos en refrigeración.

En el transporte discontinuo también se consideran los camiones y vagones cisterna, pero son más costosos que los buques y de poca utilidad salvo en distancias cortas.

Almacenamiento

Consiste en el confinamiento del gas en distintos lugares con el objetivo de mantenerlo de forma estable en el tiempo. Las opciones de mayor potencial, también denominadas sumideros, son dos:

-Almacenamiento geológico, si el CO2 se inyecta en una formación geológica que haya contenido previamente gas natural o petróleo. Si se introduce a una presión muy superior a la que se encuentra sometido el hidrocarburo a su confinamiento, simultáneamente se produce un frente de presiones que empuja a este hacia la superficie. Este mecanismo suele emplearse para aumentar el rendimiento durante la extracción.

También puede inyectarse en vetas de carbón: el carbón es un material poroso y en su interior se acumula gas metano. La adsorción del CO 2 está favorecida frente a la del metano, pero la expulsión de este otro gas a la superficie añade el problema de su captura: de estos dos gases de efecto invernadero, el metano es el más potente.

Recientemente se ha considerado el almacenaje en acuíferos salinos a alta profundidad, inyectándose CO 2 licuado a alta presión. Una vez se disuelve en agua salada, el fluido resultante es más denso que el resto y tiende a permanecer en el fondo, lo que en teoría complicará que se produzcan fugas.

-Almacenamiento oceánico, si el CO2 se inyecta de manera directa en el fondo de los océanos, a más de un kilómetro de profundidad. El gas inyectado se disuelve de manera gradual estableciendo un equilibrio en el medio, y posteriormente con la atmósfera. Lo que interesa de esta opción es el intervalo de tiempo estimado en que el gas disuelto alcance la superficie
oceánica, entre uno y varios siglos. Sin embargo, esta segunda opción tiene el rechazo del Convenio de Londres de protección de los océanos, pues la inyección y disolución en las aguas contribuye a la acidificación inmediata del medio y con ella la alteración y posible destrucción de los ecosistemas marinos, lo que cuestiona su legalidad.

El almacenamiento geológico permite la acumulación del gas en vetas que contienen cierto material poroso, aisladas por materiales no porosos de la superficie. Siempre y cuando se consideren zonas de bajo riesgo sísmico, las fugas son poco probables. De todas formas, las condiciones del sistema de almacenaje pueden estudiarse desde la superficie, pudiendo
detectarse las fugas como una diferencia de presión.

-Almacenamiento en minerales, si el CO2 se emplea para producir de forma artificial minerales que pueden contenerlo. El proceso más conocido es el de la carbonatación mineral, es decir, la síntesis de carbonatos a partir de grandes cantidades de dióxido de carbono y tanto de óxidos alcalinos o alcalinotérreos como silicatos. Esta eliminación del CO2 producido de forma antropológica se basa en los abundantes depósitos de silicatos de alcalinotérreos (magnesio y calcio, entre otros) repartidos por todo el mundo, más que suficientes para transformar eficazmente este compuesto. Sin embargo, el mayor problema hasta el momento es la lentitud de las reacciones químicas naturales (espontáneas y exotérmicas, sí, pero muy lentas) para producir dichos carbonatos y, pese a que pueden acelerarse ligeramente mediante catalizadores, la cantidad de energía necesaria para favorecer esta producción es demasiado elevada, así como su coste.

Gracias por leer, la bibliografía se publicará en la última parte.