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Captura del carbono


Capital natural: Reflorestación


Una de las funciones más importantes del ecosistema, relacionada con el ciclo del carbono, es la captura del CO2 por diferentes elementos que componen la biosfera. El aumento de las emisiones antropogénicas de CO2 está empezando a ser absorbido por la atmósfera, por los océanos y por los bosques y otras especies vegetales. El aumento del dióxido de carbono en la atmósfera provoca un aumento del efecto invernadero, originando alteraciones climáticas.


Con el aumento del CO2 atmosférico también aumenta la absorción de los océanos, provocando la acidificación de los océanos, y eventuales efectos en los ecosistemas marítimos (corales, peces, etc). La última parte es absorbida por los bosques (biomasa), que pueden ser utilizados como sumidero de carbono (a través de la fotosíntesis).

A través de estrategias de reflorestación sería posible disminuir las actuales concentraciones de CO2 en la atmósfera, que ya sobrepasaron las 370 ppmv, hasta niveles pre-Revolución Industrial, es decir, cerca de las 280 ppmv. Sin embargo, aún maximizando las actividades de reflorestación en los próximos 50 años, sólo sería posible reducir cerca de 15-30 ppm (IPCC 2000). De esta forma, la reducción de las concentraciones de CO2 atmosférico deben ser complementadas también con un servicio de capital humano: sistemas de captura y almacenamiento de CO2 (CCAC). Este tipo de servicios pueden ser considerados como una solución de sostenibilidad fuerte, cuando están destinados a anular efectos de emisiones de CO2 de todos los sectores antropogénicos. Sólo en caso de que estén destinados a sustituir los efectos causados por la reducción del capital natural (desflorestación, incendios, eliminación de prados, etc), por acción humana, puede ser considerado como sostenibilidad débil.

Capital Humano: Sistemas de Captura y Almacenamiento de CO2 (CAC)


EL CAC consiste en la separación del CO2 emitido por las industrias, en su transporte hasta el local de almacenamiento y en su depósito a largo plazo. Las centrales eléctricas y otros procesos industriales a gran escala son los principales candidatos para este sistema.
Actualmente no existe una solución tecnológica única para este tipo de sistemas, estando prevista una cartera de opciones tecnológicas que se adaptarán dependiendo de las situaciones.

La tecnología actual permitiría capturar entre el 80-90% del CO2 producido en una central eléctrica, pero provocaría un aumento de la producción de CO2 debido a la reducción de la eficiencia (existe un aumento de la energía necesaria, entre un 10% y un 40%, para poder implementar el proceso de CAC).



El proceso de CAC está constituido por las siguientes fases: captura, transporte y almacenamiento (depósito).

Captura


Existen tres tecnologías principales de captura:

Post-combustión

Consiste en la remoción del CO2 después de la quema de combustibles fósiles, sistema ideal para la aplicación en centrales termoeléctricas. Esta tecnología es el primer paso para la captura de CO2 a gran escala, siendo ya económicamente viable en algunos casos específicos.

Normalmente, estos sistemas utilizan un solvente líquido para captar la pequeña fracción de CO2 (entre un 3% y un 15% del volumen) presente en los gases de combustión, cuyo componente principal es el nitrógeno. En una central eléctrica moderna de pulverización de hulla o de ciclo combinado de gas natural, los sistemas de captación utilizarían generalmente un solvente orgánico como la monoetanolamina. Este proceso se conoce como "lavado". La solución química resultante es, más tarde, calentada y la presión reducida, liberando CO2 concentrado, el cual será posteriormente almacenado.

Pre-combustión

Consiste en retirar el CO2 de los combustibles antes de la quema. Esta tecnología ya es aplicada de forma generalizada en la fabricación de fertilizantes y en la producción de hidrógeno (H2). A pesar de que el proceso inicial de retirar el carbono antes de la combustión es más complejo y caro, las concentraciones más altas de CO2 y la presión más elevada facilitan la separación.

En el caso del gas natural, esencialmente metano (CH4), se extrae el carbono antes de la combustión, quedando el hidrógeno, que produce sólo agua cuando se quema. Esto hace reaccionar de nuevo el combustible con oxígeno y/o vapor de agua para producir monóxido de carbono (CO) y H2. Luego, el CO reacciona con más vapor, para producir CO2 y más hidrógeno. Por último, el CO2 se separa y el hidrógeno se usa como combustible, emitiendo sólo nitrógeno y agua.

Oxígeno-gas

Estos sistemas utilizan el oxígeno en vez del aire, que está mayoritariamente compuesto por nitrógeno (78%), para la combustión del combustible primario, con el objetivo de producir un gas de combustión compuesto sobre todo por agua y CO2. Esto da origen a un gas de combustión con altas concentraciones de CO2 (superior al 80% del volumen) ya que no existe nitrógeno en este proceso. Posteriormente, el vapor de agua se retira por ralentización y aumento de la presión.

Este proceso requiere una separación previa del oxígeno del aire para obtener un gas con una pureza del 95% al 99%. El desafío es como separar el oxígeno del resto del aire. Las estrategias son semejantes a las usadas para separar CO2. El aire puede ser enfriado, para que el oxígeno se licue. Las membranas por donde pasa oxígeno y nitrógeno a diferentes tasas pueden provocar la separación. Hay también materiales que absorben el nitrógeno, separándolo del oxigénio.

La aplicación de estos sistemas en calderas está actualmente en fase de demostración y su aplicación en sistemas de turbinas todavía están en fase de investigación.

Transporte


Para el transporte del CO2 capturado entre el local de captura y el de almacenamiento, se utiliza actualmente una tecnología bastante desarrollada y comprobada: los gaseoductos. Por regla general, el CO2 gaseoso se comprime a una presión superior a los 8 MPA, con el objetivo de evitar regímenes de flujo de dos fases y aumentar la densidad, reduciendo así costes de transporte.

En algunos casos el CO2 también puede ser transportado en forma líquida en barcos o camiones cisterna a bajas temperaturas y presiones.

Ambos métodos ya se usan para el transporte de CO2 en otras aplicaciones industriales.

Almacenamiento (depósito)


Almacenamiento geológico

El almacenamiento geológico consiste en la inyección, tras la captura del CO2, en una formación rocosa subterránea. Las principales opciones son:

• Yacimientos de petróleo y gas: las formaciones rocosas que retienen o que ya retuvieron fluidos son candidatos potenciales para el almacenamiento. La inyección de CO2 en las formaciones geológicas profundas integra muchas de las tecnologías desarrolladas en la industria de la prospección de petróleo y gas, por lo que la tecnología de inyección, simulación, control y vigilancia del almacenamiento ya existe y continúa siendo perfeccionada.

• Formaciones salinas: a semejanza de los yacimientos de petróleo y gas, es posible también inyectar CO2 en yacimientos de sal.

• Capas de hulla inexploradas: es posible la inyección en capas de hulla que todavía no han sido exploradas, dependiendo siempre de su permeabilidad. Estos mecanismos están en fase de demostración.

Almacenamiento oceánico

El almacenamiento oceánico puede ser realizado de dos formas:

• Inyección y disolución del CO2 en el océano (a una profundidad de más de 1000 metros), mediante gaseoductos fijos o en barcos.

• Deposición del CO2 en el fondo del océano a través de un gaseoducto fijo o de una plataforma marítima a más de 3000 metros de profundidad), donde el agua es más densa y se espera que el CO2 forme un lago.

El almacenamiento oceánico y su impacto ecológico están por analizar, pudiendo existir problemas de acidificación de los océanos, siendo una de las alternativas posibles pero que genera todavía muchas dudas técnicas y de viabilidad ambiental.

Carbonatación mineral

La reacción del CO2 con óxidos metálicos, que abundan en minerales silicatos (como el óxido de magnesio (MgO) o el óxido de calcio (CaO)) o en detritos industriales (como escoria y cenizas de acero inoxidable), produce, a través de reacciones químicas, carbonatos inorgánicos estables. La reacción natural es muy lenta y debe ser mejorada a través de tratamientos previos de los minerales, que requieren mucha energía. Esta tecnología está en fase de investigación, pero en ciertas aplicaciones, como la de los detritos industriales, ya se encuentra en fase de demostración.

Usos industriales

Esta opción consiste en el consumo de CO2 de forma directa como materia prima para la producción de diversas sustancias químicas que contienen carbono. Sin embargo, debido a la baja tasa de retención de la mayor parte de los productos, y a la inexistencia de datos que permitan concluir si el balance final de muchas aplicaciones industriales es negativo o positivo, este mecanismo se encuentra en fase de estudio y se prevé que su contribución no sea muy elevada.