Energía
Soluciones alternativas para capturar CO2
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La captura de CO2 es crucial para revertir con éxito el daño que el calentamiento global pronto podría infligir a nuestro clima. Sin embargo, existe un conflicto entre lo que la civilización humana idealmente quiere lograr y la realidad sobre el terreno. El Acuerdo de París marcó un compromiso global para mantener el aumento de la temperatura promedio global muy por debajo de 2°C por encima de los niveles preindustriales.
Si bien se requirieron esfuerzos sinceros para limitar el aumento a 1.5 grados centígrados alejándose de los combustibles fósiles, las centrales eléctricas alimentadas por carbón y gas siguen dominando el sector eléctrico mundial, informa el Asociación Internacional de Energía (AIE).
De hecho, a pesar de un impulso global para avanzar más vigorosamente hacia fuentes de energía renovables, la energía generada a partir de combustibles fósiles ha aumentado un 70% desde 2000. El carbón sigue siendo la principal fuente de combustible para la generación de energía, con un 38%, seguido por el gas con aproximadamente un 20%. .
Las políticas aplicadas a nivel mundial están interesadas en abordar la cuestión de las emisiones de las centrales eléctricas de carbón existentes y de aquellas siendo construido hoy. Sin embargo, una reducción o disminución de las emisiones de CO2 no garantiza la ausencia de carbono que atrape el calor. La AIE sugiere que incluso después de que las emisiones de CO2 de la flota existente alimentada por carbón disminuyan aproximadamente un 40%, las emisiones anuales seguirían ascendiendo a 6 GtCO2 por año en 2040.
En tal escenario, alcanzar nuestros objetivos climáticos no sería posible reduciendo únicamente las emisiones. Se necesitarían soluciones alternativas para capturar carbono de modo que pueda utilizarse y almacenarse a escala. Pero estas soluciones tendrían que ser holísticamente viables, rentables y viables en el largo plazo.
Recientemente, en un estudio publicado El 1 de mayo en la revista ACS Energy Letters, investigadores de CU Boulder y colaboradores revelaron que un enfoque popular que muchos ingenieros están explorando para capturar carbono fracasaría.
Sin embargo, el equipo de investigadores, formado por científicos que trabajan en el Laboratorio Nacional de Energías Renovables de Golden (Colorado) y la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos), no se limitó a señalar el fallo del sistema existente sino que también recomendó una alternativa más sostenible. solución no sólo para capturar carbono sino también convertirlo en combustible.
En los próximos segmentos, analizaremos qué recomendaba la solución original, cuáles eran sus defectos y cómo esos defectos podrían corregirse ¡Con una solución alternativa!
La solución original para capturar carbono
Por solución original, nos referimos a uno de los enfoques de captura directa de aire más utilizados que involucra contactores de aire, que son enormes ventiladores que empujan aire hacia una cámara llena con un líquido básico. Dado que el CO2 es ácido por su naturaleza química, el líquido básico se une y reacciona con él para formar un carbonato o bicarbonato.
Con el CO2 atrapado en el carbonato o bicarbonato, los ingenieros pueden separarlo del líquido y convertirlo en productos como plásticos, bebidas carbonatadas, etc. Si estos carbonatos y bicarbonatos pasan por un procesamiento adicional, pueden incluso actuar como combustible para alimentar hogares y, potencialmente, aviones. Por otro lado, el líquido básico regresa a la cámara para capturar más CO2.
Si bien la solución parece ser un arreglo perfecto para capturar carbono y reciclarlo para su uso posterior, existe un problema.
El problema con la solución original
El problema radica en cómo el carbonato o bicarbonato esta separado del líquido. La liberación del CO2 atrapado requiere que las empresas calienten la solución de carbonato y bicarbonato al menos a 900˚C (1,652°F). Esta Es una temperatura que las fuentes de energía renovables como la solar y la eólica no pueden alcanzar. Y por tanto, alcanzar esta temperatura requiere la quema de combustibles de origen fósil como el gas natural o el metano puro.
Mientras habla de esta captura escondido en el sistema, wilson smith, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biológica y miembro de el Instituto de Energías Renovables y Sostenibles en CU Boulder, dijo lo siguiente, que esencialmente resume el problema:
"Si tenemos que liberar CO2 para capturar CO2, eso frustra todo el propósito de la captura de carbono".
Lo bueno es que los investigadores fueron más allá de la tarea que tenían entre manos. Además de señalar los fallos del sistema, sugirieron una alternativa que podría solucionar la discrepancia.
La cura alternativa para la solución original
Los investigadores sugirieron implementar el proceso de captura reactiva para solucionar el problema. Sin embargo, recomendaron ajustar el ámbito convencional del proceso de captura reactiva.
La captura reactiva, en su forma tradicional, se refiere a un proceso en el que se aplica electricidad a las soluciones de carbonato y bicarbonato, separando el CO2 y el líquido básico en la cámara. También se le llama sistema de circuito cerrado que puede capturar más CO2 en su forma líquida reciclada.
Sin embargo, en este caso los investigadores notaron un inconveniente. Se vio que en un entorno industrial, la electricidad no bastaría para regenerar el líquido básico para recuperar más CO2 del aire. Sería un proceso tan ineficiente en su forma original que después de cinco ciclos de captura y regeneración de carbono, el líquido básico difícilmente podría extraer CO2 del aire.
Los investigadores recomendaron añadir la electrodiálisis al proceso como solución. Este método ofrece múltiples beneficios. Principalmente, puede funcionar con electricidad renovable. Además, puede dividir más agua en iones ácidos y básicos, manteniendo la capacidad del líquido básico para absorber más CO2. Wilson Smith calificó el logro de este equipo como "resolver múltiples problemas con una sola tecnología", ¡y con razón!
Si bien es tarea de los investigadores innovar nuevas soluciones y perfeccionar las existentes para aumentar la eficiencia, las empresas y los negocios también tienen una responsabilidad, y muchas empresas lo están haciendo muy bien en el cumplimiento de esa responsabilidad. En los segmentos siguientes, veremos un par de empresas de este tipo que han ideado soluciones innovadoras y eficientes en este campo.
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#1. Grafito
Graphyte se posiciona como la primera y única solución de eliminación de dióxido de carbono del mundo, duradera, asequible y de escalabilidad inmediata. En cuanto a durabilidad, Graphyte afirma que sus soluciones son capaces de eliminar el dióxido de carbono durante más de mil años.
En términos de asequibilidad, la empresa ofrece sus soluciones a un costo de producción nivelado de menos de 100 dólares estadounidenses por tonelada. y En escalabilidad, la compañía afirma ser capaz de escalar a un nivel en el que la eliminación de miles de millones de toneladas de carbono sea una posibilidad alcanzable.
El método específico de Graphyte sigue el enfoque de Carbon Casting, que aprovecha la biomasa fácilmente disponible, como los residuos de la madera y las operaciones agrícolas. Graphyte se seca y comprime esta biomasa para convertirla en densos bloques de carbono. Estos bloques vienen con una barrera impermeable ambientalmente segura que garantiza un almacenamiento seguro en sitios subterráneos de última generación.
Al hablar sobre el método de Graphyte, Barclay Rogers, el fundador y CEO de la empresa, dijo lo siguiente:
La fundición de carbono permite que la naturaleza capture eficientemente el CO2 y luego aprovecha técnicas de ingeniería para almacenarlo durante plazos relevantes para el clima. Es una solución que se puede implementar en cualquier lugar, que transformará el mercado y, lo que es más importante, que ayudará a salvar el planeta.
La fundición con carbón puede sustentar casi todo el carbono capturado en la biomasa y consume muy poca energía. Es un proceso de eliminación de carbono económico pero duradero que combina la fotosíntesis con la ingeniería práctica.
El potencial de Graphyte le ha ayudado a ganarse la confianza y la credibilidad de la comunidad inversora. Completó su Serie A ronda de financiación con un total de 30 millones de dólares. La ronda fue dirigida conjuntamente por Prelude Ventures y Carbon Direct Capital y también incluyó contribuciones de inversores actuales como Breathable Energy Ventures y Overture.
Si bien han surgido empresas innovadoras financiadas con capital como Graphyte con sus soluciones de la nueva era, hay empresas públicas bien establecidas como Linde que se han aventurado en la captura de carbono y la recuperación de dióxido de carbono basadas en adsorción.
#2. cal
El Solución de captura de carbono basada en adsorción HISORP® CC, la última incorporación a la cartera de captura de carbono de Linde, complementa sus tecnologías de membrana y adsorción por cambio de presión (PSA) probadas y comprobadas.
La solución HISORP CC separa el CO2 de los gases de proceso en una amplia gama de concentraciones de alimentación de CO2. Aprovecha múltiples tecnologías de Linde, incluida la adsorción por oscilación de presión (PSA), la separación criogénica y la compresión, para lograr una tasa de captura de más del 99 %, 99.7 % para ser precisos.
Una de las mayores ventajas de esta solución es que funciona con energía derivada de fuentes renovables. El proceso de regeneración no requiere vapor, lo que garantiza una huella de carbono mínima.
Además, HISORP CC es una tecnología de bajo CAPEX y OPEX con una tasa mínima de consumo de energía específica y está disponible casi sin costo adicional para la gestión de solventes, maquillaje, y manejo.
Linde se ha asegurado de que la tecnología siga siendo ampliamente compatible e inclusiva para que pueda combinarse con todo el espectro de soluciones de Linde, incluido el reformado de metano con vapor (SMR), el reformado térmico automático (ATR), la oxidación parcial (POX) o la gasificación. Favorece la integración en plantas nuevas y existentes para SMR, POX y ATR, incluso con una mayor producción de hidrógeno.
En 2023, Linde, como empresa líder mundial en ingeniería y gases industriales, registró ventas de 33 mil millones de dólares.
Si bien las empresas están comprometidas con sus objetivos, el aprendizaje y el intercambio entre empresas e instituciones de investigación son mutuos. En el segmento final, analizamos la investigación tecnológica en este espacio que puede transformar el futuro de la captura de carbono haciéndola más efectiva y eficiente.
El futuro de la captura de carbono: una herramienta con potencial transformador
En julio de 2024, un grupo de investigadores propuso una plataforma holística para acelerar la captura de carbono a base de sorbentes. Llamaron a la plataforma PriSMa, que significa Diseño basado en procesos de materiales absorbentes a medida.
La plataforma intentó hacer que el despliegue a gran escala de tecnologías de captura de carbono fuera más eficiente en términos de carbono. Hizo hincapié en reunir bajo un mismo paraguas a los componentes fragmentados y a quienes los implementan.
Mientras que anteriormente los químicos se centraban en el diseño de materiales y los ingenieros en la optimización de procesos, la plataforma PriSMa integraba materiales, diseño de procesos, tecnoeconomía y evaluación del ciclo de vida. Comparó más de 60 estudios de casos sobre la captura de CO2 de diversas fuentes en 5 regiones del mundo utilizando diferentes tecnologías.
Luego informó simultáneamente a varias partes interesadas sobre la rentabilidad de las tecnologías, las configuraciones de los procesos y las ubicaciones. También reveló las características moleculares de los sorbentes de alto rendimiento y ofreció información práctica sobre los impactos ambientales, los beneficios colaterales y las compensaciones. El resultado final tenía como objetivo unir a las partes interesadas en una etapa temprana de investigación, acelerando el desarrollo de tecnología de captura de carbono en la carrera hacia un mundo neto cero.
Científicos responsables del desarrollo de PriSMaBerend Smit de la EPFL y Susana García de la Universidad Heriot-Watt se muestran muy optimistas sobre la utilidad del método en la vida real. Según el profesor Berend Smit:
"Este enfoque innovador acelera el descubrimiento de materiales de alto rendimiento para la captura de carbono, superando los métodos tradicionales de prueba y error".
PRISMa tiene un potencial significativo para el futuro. Mediante el uso de datos experimentales y simulaciones moleculares, puede predecir las propiedades de adsorción de posibles materiales absorbentes.
Con el tiempo, esto permitiría a la comunidad de desarrolladores tomar decisiones informadas. Las propiedades de la capa de proceso de PrISMa permiten medir y comparar el rendimiento de las soluciones de captura de carbono, ayudando a los científicos a calcular parámetros de rendimiento del proceso, como la pureza, la recuperación y los requisitos energéticos.
Un parámetro crucial que determina el éxito o el fracaso de cualquier solución científica o tecnológica es su viabilidad económica. Prisma puede evaluar la viabilidad económica y técnica de una planta de captura de carbono. Finalmente, puede evaluar los impactos ambientales a lo largo de todo su ciclo de vida, garantizando así una sostenibilidad integral.
En conjunto, PriSMa es nada menos que revolucionario o transformador.
Comenzamos nuestra discusión con una solución ampliamente adoptada que se descubrió que Ser inadecuado y contraproducente. Ahora, con PrISMa a disposición de la comunidad científica, sería posible diseñar soluciones ambientalmente eficientes, escalables y rentables desde el principio.
