Captura de CO₂ en precombustión (antes de quemarlo)

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Updated on: 22 Jul 2021

¿Cómo podríamos capturar carbono en lugar de emitirlo?

¿No sería genial si pudiéramos capturar CO₂ antes de que se emita a la atmósfera y luego almacenarlo en algún lugar (por ejemplo, bajo tierra)? Bueno, ¡sí podemos! Este proceso se denomina captura y almacenamiento de carbono (CAC).

La CAC puede ayudar a eliminar las emisiones de cualquier lugar donde se libere CO₂. Ya sea por combustión o reacciones químicas, ¡la CAC puede utilizarse para capturarlo!

Generar energía con la tecnología de CAC es fascinante porque nos permite quemar algunos combustibles fósiles para obtener energía, sin liberar nada de CO₂. Pero, ¿cómo funciona? y ¿es asequible? Echemos un vistazo.

Hay tres formas de capturar y almacenar carbono:

Captura de carbono antes de la combustión (preCCC, por sus siglas en inglés): Aquí, el carbono (en forma de CO₂) es eliminado de los combustibles fósiles antes de que se quemen .
Captura de carbono después de la combustión (postCCC, por sus siglas en inglés): Aquí, el carbono (en forma de CO₂) es eliminado de combustibles fósiles después de que se quemen .
Oxicombustión: Aquí se utiliza oxígeno puro para quemar el combustible fósil, lo que resulta en un flujo relativamente puro de CO₂, que es más fácil de capturar .

Puedes aprender más sobre el almacenamiento de CO₂ en el curso ¿Deshacer el Cambio Climático?. En los capítulos siguientes veremos cómo se captura realmente el carbono; comenzaremos con la preCCC, seguiremos con la postCCC, y luego con la oxicombustión.

¿Qué es la preCCC y por qué es útil?

Los combustibles fósiles, como el carbón y el gas natural, son hidrocarburos, es decir, están compuestos por hidrógeno (H) y carbono (C).

La preCCC convierte los hidrocarburos de combustibles fósiles en hidrógeno (H₂) y dióxido de carbono (CO₂). El hidrógeno se utiliza entonces como una fuente de energía más limpia (¡revisa nuestro curso de energía!) mientras que el CO₂ es capturado y almacenado, ¡lo que evita su emisión a la atmósfera! .

¿Cómo funciona la preCCC?

Veamos esto paso a paso. Aunque el proceso funciona para plantas de gas natural y de carbón, aquí solo cubriremos el gas natural. El gas es más barato y añadir CAC a las plantas de carbón más antiguas no es económicamente factible, ya que no les queda tanto tiempo en operación ).

1. Producción de gas de síntesis (syngas)

En primer lugar, necesitamos descomponer el hidrocarburo en lo que se llama gas de síntesis (syngas, en inglés), una mezcla de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H₂). El método más barato para lograr esto es reformado con vapor . ¿Cómo funciona?

A altas temperaturas (1 050 °C) y bajas presiones, el vapor (H₂O vaporizado) puede ser utilizado para dividir el gas natural en CO y H₂ .

Image of Reformado con vapor de agua del gas natural para producir gas de síntesis — Reformado con vapor de agua del gas natural para producir gas de síntesis

2. Eliminación de impurezas

El combustible necesita estar libre de impurezas para evitar dañar la turbina que genera electricidad, y para reducir las emisiones contaminantes . Si el combustible fósil inicial fuera carbón, se necesitarían aún más etapas de filtrado .

3. Reacción de desplazamiento gas-agua

El CO en el gas de síntesis se convierte en CO₂ cuando reacciona con el vapor. Esto crea aún más H₂, que puede ser utilizado como combustible :

Image of Creación de más H₂ (para usar como combustible) al reaccionar el vapor con el gas de síntesis. — Creación de más H₂ (para usar como combustible) al reaccionar el vapor con el gas de síntesis.

Image of La reacción general para convertir el gas natural (principalmente CH₄) en CO₂ y H₂, con la ayuda de catalizadores para acelerar la reacción. — La reacción general para convertir el gas natural (principalmente CH₄) en CO₂ y H₂, con la ayuda de catalizadores para acelerar la reacción.

4. Separación y almacenamiento

Luego, el CO₂ debe ser separado del H₂. El método más común (y más barato) para capturar el CO₂ es la absorción en un solvente físico , para finalmente ser almacenado.

¡Ahora solo nos queda H₂!

Al producir agua en lugar del CO₂, el hidrógeno actúa como una fuente de energía, ¡mucho más limpia que el combustible fósil inicial!

¿Qué tan factible es la preCCC?

Image of Aumento de los costos y disminución de la eficiencia del uso de preCCC — Aumento de los costos y disminución de la eficiencia del uso de preCCC

Como podemos ver, la instalación y el funcionamiento de la captura en precombustión en una central de gas incrementa el coste de la energía producida en la planta. También disminuye la eficiencia de la planta debido a que se necesita más energía para ejecutar los sistemas de captura .

Es más barato para las empresas pagar un impuesto por sus emisiones que instalar tecnologías de preCCC, y en algunos lugares, ¡ni siquiera existe el impuesto a las emisiones de carbono !

¿En qué fase se encuentra esta tecnología?

Actualmente, no hay pruebas sobre la captura en precombustión en plantas generadoras a gas natural , y la primera planta generadora a carbón con sistema de preCCC tuvo retrasos y costó 2,3 veces más de lo que se esperaba .

Por lo tanto, tendría que haber mucha investigación, desarrollo y pruebas para que la preCCC sea más común, y todos estos requieren tiempo y dinero.

¿Cómo será la preCCC en el futuro?

Será necesario reducir los requerimientos energéticos de la preCCC para que esta tecnología sea eficiente y rentable en el futuro.

Las demandas de energía del proceso pueden reducirse principalmente de dos formas: reduciendo la cantidad de vapor que se utiliza (porque producir vapor requiere mucha energía) o combinando la conversión de CO a CO₂ con la remoción del CO₂ en un solo paso .

Para entender por qué, volvamos a echar una mirada en la reacción de desplazamiento gas-agua:

Image of La reacción de desplazamiento gas-agua reversible — La reacción de desplazamiento gas-agua reversible

Esta es una reacción reversible que alcanza un equilibrio cuando las reacciones hacia adelante y hacia atrás tienen velocidades de reacción constantes . Una vez que la reacción alcanza un equilibrio, es posible desplazar la reacción modificando las temperaturas, concentraciones, y presiones bajo las cuales se produce . Por ejemplo, si cambiamos la concentración añadiendo o eliminando moléculas, la reacción se ajustará para contrarrestar el cambio .

Para la reacción de desplazamiento gas-agua, queremos producir la mayor cantidad posible de H₂; así que veamos cómo podría ayudarnos eliminar los productos de la reacción:

Image of Es por eso que la eliminación del CO₂ y el H₂ de la reacción hace que esta se desplace, y produzca más CO₂ y H₂ — Es por eso que la eliminación del CO₂ y el H₂ de la reacción hace que esta se desplace, y produzca más CO₂ y H₂

Si eliminamos continuamente H₂ y CO₂ durante la reacción, cambiaremos las concentraciones de estas moléculas en la reacción, haciendo que el equilibrio se ajuste para contrarrestar este cambio . Por lo tanto, el CO y el H₂O reaccionarán juntos más rápidamente para reemplazar los productos que faltan. Así, al eliminar constantemente el CO₂ y H₂ durante la reacción de desplazamiento gas-agua, obtenemos más H₂ y CO₂ al final .

Otro método que funciona con la misma idea es el uso de membranas para eliminar H₂ mientras se produce. ¡Esto resulta en el mismo efecto que el anterior !

Así que esto cubre los fundamentos de la captura de CO₂ en precombustión, ¡veamos ahora en poscombustión!

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