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De la captura a los nuevos usos del C02; soluciones para mejorar la atmósfera

23/05/2021

Química sostenible: Economía sostenible, Energía, mediaombiente y ciudades sostenibles, Salud y bienestar


Alfred T. Palmer, Public domain, via Wikimedia Commons

El objetivo 13,  Acción por el clima, insta a adoptar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus efectos. La reducción de las emisiones de CO2 es una de las actuaciones en la que la química juega un papel importante.

Hoy sabemos que no basta solo con reducir estas emisiones, sino que además es necesario eliminar el CO2 que ya hemos vertido a la atmósfera. Es, por tanto, imprescindible, implementar soluciones que contemplen la captura, el transporte, el almacenamiento y el dar nuevos usos al CO2.

Los secuestradores naturales del dióxido de carbono son los bosques y los océanos. Las plantas, y en el mar el fitoplancton y las praderas de posidonia, liberan oxígeno y atrapan CO2 en el proceso de fotosíntesis; pero si los niveles son muy altos, deberemos buscar otros métodos de captura.

En esta línea, una empresa alemana llamada greencity solutions está instalando en distintas ciudades el citytree, que son unos módulos integrados de musgo, que aprovechan el poder de filtración natural de estas plantas para limpiar y enfriar el aire circundante. Tiene la capacidad de absorber la misma cantidad de dióxido de nitrógeno que 275 árboles naturales, y cada uno de ellos es capaz de absorber 240 toneladas métricas de CO2 al año. Paris, Oslo Hong-Kong, Bruselas, Glasgow y Módena ya cuentan con estos bosque portátiles.

En la actualidad disponemos de tecnologías que permiten recuperar el CO2 in-situ, es decir, donde se produce, o capturarlo directamente de la atmósfera.

Captura del CO2 in-situ

La captura de CO2 consiste en la separación del dióxido de carbono del resto de gases que se originan, fundamentalmente, en las centrales térmicas y en distintos procesos industriales. Este proceso puede tener lugar antes, durante o después de la combustión. La tecnología aplicada en cada caso es diferente. 

La precombustión implica la conversión de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos en una mezcla de hidrógeno y dióxido de carbono a la que es posible aplicar procesos químicos o físicos de absorción de CO2. 
Para capturar el dióxido de carbono durante la combustión es necesario modificar el proceso utilizando un comburente rico en oxígeno que produce un gas con alto contenido en CO2 que se separa fácilmente.
La tecnología de separación postcombustión, implantada a nivel industrial, es la de absorción química mediante aminas (MEA o similares), aunque también se emplea la adsorción en sólidos y membranas, así como la criogenización o destilación del CO2.

Un ejemplo de aprovechamiento del CO2 recogido in-situ podemos encontrarlo en la planta industrial de Alga Energy en Cádiz, que utiliza las emisiones de CO2 de la Central de Ciclo Combinado de Iberdrola para la producción de microalgas. Éstas son de gran interés para distintos sectores de la economía debido a su composición rica en carbohidratos, lípidos y proteínas.

Captura del CO2 de la atmósfera

Las máquinas de captura directa de aire constan de colectores de CO₂ modulares, que capturan de forma selectiva el dióxido de carbono en un proceso de dos pasos. Primero, el aire se introduce en el colector con un ventilador. El dióxido de carbono se captura en la superficie de un material de filtro altamente selectivo, que se encuentra en el interior. En segundo lugar, una vez que el material del filtro está saturado de dióxido de carbono, se cierra el colector. A continuación, se aumenta la temperatura entre 80 y 100 ° C; esto libera el dióxido de carbono. Finalmente, podemos recolectar este dióxido de carbono de alta pureza y alta concentración. El dióxido de carbono capturado del aire puede reciclarse y utilizarse como materia prima o eliminarse por completo del aire almacenándolo de forma segura.

Este tipo de instalaciones, combina esta tecnología con la de obtención de hidrógeno y síntesis de combustibles, obteniendo así crudo sintético limpio, que puede transformarse en combustible para el transporte marítimo y aéreo, neutro en carbono.

Klaus Lackner, director de Arizona State University’s Centre for Negative Carbon Emissions (CNCE) ha aplicado esta tecnología al diseño de arboles mecánicos. Segun Carbon Collect Ya hay unas 250 granjas en todo el mundo que capturan 1 GT de CO2 al año (equivalente a un 3% de las emisiones de combustibles fósiles).

Transporte

Una vez separado, el CO2 extraído se comprime hasta alcanzar unas condiciones similares a las del estado líquido,  que permita su transporte mediante tuberías o en camiones y buques cisterna. Es fundamental la caracterización del gas para determinar su comportamiento con los materiales y elementos de transporte, así como el estudio de estos ante la corrosión.

Almacenamiento

Por otra parte, el almacenamiento geológico del CO2 se lleva a cabo en formaciones geológicas profundas. La roca almacén debe ser porosa y permeable para poder retener el gas, y estar rodeada de una roca sello para que impida su desplazamiento.

Se suelen utilizar acuíferos salinos profundos estructuralmente aislados y no aprovechables como recurso hídrico, yacimientos de petróleo y gas, y capas de carbón profundas, que lo retienen gracias a su elevada porosidad.
Este sistema no está exento de riesgos, ya que se pueden producir fugas en casos de movimientos sísmicos.
Una solución a este problema consiste en la mineralización, que convierte el dióxido de carbono en un material sólido y sin riesgos.

En este sentido, un grupo de investigadores estadounidenses, islandeses y franceses han demostrado que se puede inyectar el dióxido de carbono en rocas basálticas subterráneas, acelerando las reacciones químicas que transforman los gases perniciosos en minerales carbonatos inocuos para el medio ambiente. El proceso de mineralización se completa en menos de dos años y con una eficacia de entre el 95 y el 98 por ciento. Además, se estima que el coste por tonelada de CO2 neutralizado es menos de la mitad que el de otros sistemas de captura y almacenamiento.

Usos y transformación

Las aplicaciones industriales del CO2 son numerosas. Conservación de alimentos, limpieza en seco, tratamiento de aguas, etc. El CO2 supercrítico se está empleando en el teñido de los tejidos de poliéster y la  obtención de extractos como aceites esenciales para alimentación y cosmética, aromas de uso alimentario, pigmentos, antioxidantes, o principios activos para sectores como el nutracéutico y farmacéutico.

En el ámbito sanitario permite la manipulación de órganos artificiales. Además, su transformación permite obtener productos tales como el ácido acetilsalicílico, polímeros o gasolina, considerados de alto valor añadido.

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