Oxicombustión: quemar carbono en oxígeno puro para ayudar al clima
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Updated on: 15 Jul 2021
https://climatescience.org/es/advanced-oxy-fuel-combustion/
La combustión de oxicombustible es una forma nueva e ingeniosa de lidiar con las emisiones de la quema de combustibles fósiles en plantas de energía.
¿Cuál es la diferencia?
Las plantas de energía tradicionales liberan gas de combustión (humo de la combustión liberado a través de chimeneas) directamente a la atmósfera. Todos los contaminantes que contiene, como CO₂ y NOₓ, se liberan junto a él 
. Las plantas de energía de oxicombustible, por otro lado, capturan el gas de combustión (que es rico en CO₂) para comprimirlo y almacenarlo .
Eliminar y almacenar CO₂
El gas de combustión de una planta de oxicombustible tiene altas concentraciones de CO₂ comparado con una planta de energía normal.¿Por qué es esto algo bueno? Bueno, primero aprendamos qué es realmente el oxicombustible.
¿Qué es la combustión del oxicombustible?
La combustión de oxicombustible utiliza oxígeno en lugar de aire
En los métodos de combustión de oxicombustible, los combustibles fósiles se queman en oxígeno casi puro, en lugar de aire regular .
¡Nuestro aire es principalmente nitrógeno!
Podemos ver que el nitrógeno se hace, mayormente, con aire . Si eliminamos el nitrógeno del aire en el cual los combustibles fósiles se queman, podemos producir gas de combustión con una muy alta concentración de CO₂ y H₂O . Este gas de combustión concentrado es mucho más fácil de comprimir y almacenar.
El oxicombustible tiene concentraciones de CO₂ más altas
¿Cómo funciona la oxicombustión?
El diagrama anterior era un modelo muy simplificado del proceso de combustión. A continuación, podremos ver qué sucede con más detalle:
Una representación relativamente simple de la combustión de oxicombustible
Primero, se separa el oxígeno del nitrógeno en una unidad de separación aérea a través de una separación criogénica de aire (un método de separación en cual se enfría el aire al punto en que varios gases se vuelven líquidos). Debido a que la temperatura del oxígeno líquido es -183 °C y la del nitrógeno líquido es -195,8 °C, podemos hacer que el oxígeno sea líquido y separarlo del gas nitrógeno .
Después, el combustible se quema con oxígeno casi puro en la caldera. Esto produce electricidad, así como también gas de combustión que contiene CO₂, H₂O y algunas impurezas .
El agua en el gas de combustión se enfría hasta que se hace líquida, lo que deja CO₂ aún más puro en la mezcla .
¿Has visto una tubería con una etiqueta “gas de combustión reciclado”? Este tubo toma una gran parte del gas de combustión para mezclarlo con el oxígeno y el combustible de la caldera.
De hecho, alrededor de dos tercios del gas de combustión se recirculan (reciclan) de vuelta en la caldera para controlar su temperatura .
¿Cómo controla la temperatura?
Cuando el carbón se quema en oxígeno puro, la temperatura de la llama puede alcanzar los 2800 °C, en comparación con los 2000 °C que puede alcanzar con aire . Hoy en día, no hay caldera y materiales de construcción que puedan soportar una temperatura tan alta .
Ningún material de caldera o quemador puede soportar 2800 °C
Por ello, agregar un poco de gas de combustión enriquecido en CO₂ ayuda a disminuir la temperatura a un nivel similar al de una planta eólica tradicional .
Esto también es lo que proporciona esta alta concentración de CO₂ en la corriente de gas de combustión, que es de alrededor del 60-70% . Esto se opone al 12-14% de concentración de CO₂ en el gas de combustión cuando se utiliza aire normal .
Las calderas que utilizan aire normal no pueden producir concentraciones tan altas de CO₂
Una alta concentración de CO2 evita el problema que vimos en los capítulos anteriores, donde el nitrógeno en la mezcla de gases de combustión hizo que sea más difícil separar el CO₂ .
Otra gran ventaja es que el tamaño de la cámara de combustión puede reducirse a una quinta parte del que se utiliza en la combustión por aire .
Si comparamos este proceso con el proceso de postCCC que aprendimos en el último capítulo, este utiliza menos energía y produce menos gases de efecto invernadero .
¿Cuáles son algunos de los desafíos que enfrenta esta tecnología?
Por lo general, la separación de oxígeno al principio del proceso se realiza criogénicamente (donde el gas se hace líquido). Para alcanzar temperaturas tan bajas, este método requiere cerca de 22 kWh de energía por tonelada de oxígeno generado . Para una planta de energía típica a carbón de 500 MW, el suministro de oxígeno puro requeriría alrededor del 15% de toda su producción eléctrica . De hecho, los grandes requisitos de energía para la producción de oxígeno y el compresor de CO₂ reducirían la eficacia energética de la planta de energía un 25-30% . Esto significa que, actualmente, no es un método de producción de energía rentable para la mayoría de las plantas de energía .
Earthly no tiene demasiado dinero para comprar oxígeno
¿Cuánto costaría exactamente?
Debido a que el proceso de oxicombustible es caro y utiliza mucha energía, el costo de la electricidad generada en plantas de oxicombustible aumenta drásticamente de USD 66,8 por MWh en una planta de energía normal a USD 123,7 por MWh .
¡Esto es bastante caro para solo una tonelada de CO₂!
El precio de la electricidad producida utilizando oxicombustible es similar a utilizar la captura después de la combustión en plantas de carbón. En término de costos, eso significa que no hay mucho para elegir entre esto y alguno de los métodos del capítulo anterior .
¿Dónde utilizaríamos los oxicombustibles?
Las plantas de carbón y de gas son las más adecuadas para esta tecnología . Actualmente, se está probando en algunos lugares alrededor del mundo, lo que incluye Schwarze Pump en Alemania y Callide 30 MWe Demonstration Plant en Prestaalia.
¿Cómo será la captura de Co₂ después de la combustión en el futuro?
En la actualidad, el proceso general de oxicombustible solo está en etapa de demostración, y no sabemos todavía si será eficaz a escala global .
El mayor desafío es el costo de obtener oxígeno, aunque hay algunas soluciones posibles.
Una opción se llama combustión de bucle químico de oxígeno . Este método involucra dos reactores y elimina la necesidad de una unidad de separación de aire .
En el primer reactor, se calienta en el aire un ‘portador de oxígeno’ para capturar oxígeno. Así, se convierte en óxido sólido .
Estos portadores de oxígeno generalmente son de un grupo especial de metales conocidos como metales de transición:
Tipos de portadores de oxígeno
En el segundo reactor, el carbón se gasifica para producir gas de síntesis (recuerda: la gasificación sucede cuando se reacciona carbón con oxígeno para producir gas de síntesis: una mezcla de O y H₂ en su mayoría) . El «portador de oxígeno» luego se mueve al segundo reactor. Cuando se los mezcla juntos, ¡el oxígeno del portador reacciona con parte de ese gas de síntesis para producir electricidad !
El desafío es encontrar un buen portador de oxígeno que sea barato, mantenga suficiente oxígeno y pueda ser reutilizado muchas veces .
Hemos estado aprendiendo mucho sobre distintas tecnologías CAC. Veamos esta tabla que compara sus costos , eficacia de la planta y la etapa del progreso de cada tecnología .
Costo y eficacia de la utilización de distintas tecnologías de CAC
Podemos ver que el costo por MWh de electricidad de las plantas de energía tradicionales son mucho más bajas que aquellas con tecnología de CAC. También notamos que la eficacia de la planta es menor con la tecnología de CAC. Debido a que todavía están bajo investigación, esperamos que los costos puedan disminuirse y la eficacia pueda aumentar para recortar futuras emisiones de CO₂.
Los últimos tres capítulos han explicado cómo podemos capturar CO₂ para evitar que entre en nuestra atmósfera. ¿Qué es exactamente lo que podemos hacer con este carbono una vez que se captura? ¡Lee el próximo capítulo para descubrirlo!
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