Energía
Soluciones Alternativas para Capturar CO2
Capturar CO2 es crucial para revertir con éxito el daño que el calentamiento global podría infligir pronto a nuestro clima. Sin embargo, existe un conflicto entre lo que la civilización humana idealmente quiere lograr y la realidad en el terreno. El Acuerdo de París marcó un compromiso global de mantener el aumento de la temperatura media global muy por debajo de 2 °C por encima de los niveles preindustriales.
Aunque se requerían esfuerzos sinceros para limitar el aumento a 1,5 grados centígrados al alejarse de los combustibles fósiles, las centrales eléctricas alimentadas con carbón y gas continúan dominando el sector eléctrico global, según informa la International Energy Association (IEA).
De hecho, a pesar de un impulso global para avanzar más vigorosamente hacia fuentes de energía renovable, la energía generada a partir de combustibles fósiles ha aumentado un 70 % desde el año 2000. El carbón sigue siendo la mayor fuente de combustible para la generación eléctrica, con un 38 %, seguido del gas con aproximadamente un 20 %.
Las políticas implementadas a nivel mundial buscan abordar el problema de las emisiones de las centrales de carbón existentes y de las que se están construyendo hoy. Sin embargo, una reducción o disminución de las emisiones de CO2 no garantiza la ausencia de carbono que atrapa el calor. La IEA sugiere que incluso después de que las emisiones de CO2 de la flota de centrales de carbón existentes disminuyan aproximadamente un 40 %, las emisiones anuales seguirían ascendiendo a 6 GtCO2 por año en 2040.
En tal escenario, cumplir nuestros objetivos climáticos no sería posible solo reduciendo las emisiones. Se requerirían soluciones alternativas para capturar el carbono de modo que pueda ser utilizado y almacenado a gran escala. Pero, esas soluciones tendrían que ser holísticamente viables, rentables y sostenibles a 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 fallaría.
Sin embargo, el equipo de investigadores, compuesto por científicos del Laboratorio Nacional de Energías Renovables en Golden, Colorado, y de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, no se limitó a señalar la falla del sistema existente, sino que también recomendó una solución alternativa y más sostenible para no solo capturar carbono sino también convertirlo en combustible.
En los próximos segmentos, analizaremos qué recomendó la solución original, cuáles fueron sus fallas y cómo esas fallas 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 involucran contactores de aire, que son grandes ventiladores que introducen aire en una cámara llena de un líquido básico. Dado que el CO2 es ácido en 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 se someten a 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.
Aunque la solución parece ser una disposición perfecta 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 se separa del líquido. Liberar el CO2 atrapado requiere que las empresas calienten la solución de carbonato y bicarbonato a al menos 900 °C (1 652 °F). Esta es una temperatura que fuentes de energía renovable como la solar y eólica no pueden alcanzar. Por lo tanto, alcanzar esta temperatura requiere la quema de combustibles fósiles como gas natural o metano puro.
Al hablar de este obstáculo oculto en el sistema, Wilson Smith, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biológica y miembro del Instituto de Energía Renovable y Sostenible en CU Boulder, dijo lo siguiente, lo que esencialmente resume el problema:
“Si tenemos que liberar CO2 para capturar CO2, se anula todo el propósito de la captura de carbono.”
Lo bueno es que los investigadores fueron más allá de la tarea en cuestión. Además de señalar las fallas del sistema, sugirieron una alternativa que podría corregir 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 donde se aplica electricidad a las soluciones de carbonato y bicarbonato, separando el CO2 y el líquido básico en la cámara. También se conoce como un sistema de circuito cerrado que puede capturar más CO2 en su forma líquida reciclada.
Sin embargo, en este caso, los investigadores observaron una desventaja. Vieron que en un entorno industrial, la electricidad no sería suficiente para regenerar el líquido básico y volver a capturar 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 apenas podría extraer CO2 del aire.
Los investigadores recomendaron añadir electrodialisis al proceso como solución. Este método ofrece múltiples beneficios. Principalmente, puede operar 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!
Aunque es tarea de los investigadores innovar nuevas soluciones y perfeccionar las existentes para aumentar la eficiencia, las empresas también tienen una responsabilidad, y muchas están cumpliéndola de manera excelente. En los segmentos siguientes, analizaremos un par de esas compañías que han desarrollado soluciones innovadoras y eficientes en este campo.
Haga clic aquí para saber si la captura de carbono en los océanos es una solución viable.
#1. Graphyte
Graphyte se presenta como la primera y única solución mundial de eliminación de dióxido de carbono que es duradera, asequible y escalable de inmediato. En cuanto a durabilidad, Graphyte afirma que sus soluciones pueden eliminar 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 US$100/ton y en escalabilidad, la empresa afirma que puede escalar a un nivel donde la eliminación de miles de millones de toneladas de carbono sea una posibilidad alcanzable.
Método específico de Graphyte sigue el enfoque de Carbon Casting, que aprovecha la biomasa disponible, como residuos de madera y operaciones agrícolas. Graphyte seca y comprime esta biomasa para convertirla en bloques densos de carbono. Estos bloques cuentan con una barrera impermeable ecológicamente segura que garantiza un almacenamiento seguro en sitios subterráneos de última generación.
Al hablar del método de Graphyte, Barclay Rogers, fundador y director ejecutivo de la empresa, dijo lo siguiente:
“El carbon casting permite que la naturaleza realice de manera eficiente el trabajo de capturar CO2, y luego aprovecha técnicas de ingeniería para almacenarlo durante períodos relevantes para el clima. Es una solución que puede implementarse en cualquier lugar, que cambiará el mercado y, lo que es más importante, que ayudará a salvar el planeta.”
El carbon casting puede retener casi todo el carbono capturado en la biomasa y consume muy poca energía. Es un proceso de eliminación de carbono de bajo costo pero duradero que combina la fotosíntesis con la ingeniería práctica.
El potencial de Graphyte le ha ayudado a ganar la confianza y credibilidad de la comunidad inversora. Completó su ronda de financiación Serie A con un total de US$30 millones. La ronda fue liderada conjuntamente por Prelude Ventures y Carbon Direct Capital y también incluyó aportes de inversores actuales como Breathable Energy Ventures y Overture.
Mientras que empresas innovadoras financiadas con capital accionario como Graphyte han surgido con sus soluciones de nueva generación, existen compañías públicas bien establecidas como Linde que se han aventurado en la captura de carbono basada en adsorción y la recuperación de dióxido de carbono.
#2. Linde
La HISORP® CC adsorption-based carbon capture solution, la última incorporación al portafolio de captura de carbono de Linde, complementa sus tecnologías probadas de adsorción por oscilación de presión (PSA) y membranas.
La solución HISORP CC separa CO2 de los gases de proceso en un amplio rango de concentraciones de alimentación de CO2. Aprovecha múltiples tecnologías de Linde, incluyendo adsorción por oscilación de presión (PSA), separación criogénica y 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 proveniente 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 bajo OPEX con una tasa mínima de consumo energético específico y está disponible casi sin costo adicional para la gestión de solventes, reposición, y manejo.
Linde ha asegurado que la tecnología sea ampliamente compatible e inclusiva, de modo que pueda combinarse con todo el espectro de soluciones de Linde, incluyendo reformado de metano con vapor (SMR), reformado autotérmico (ATR), oxidación parcial (POX) o gasificación. Es propicia para la integración en plantas existentes y nuevas para SMR, POX y ATR, incluso con una mayor producción de hidrógeno.
En 2023, Linde, como una empresa líder mundial de gases industriales y de ingeniería, registró ventas de US$33 mil millones.
Aunque las empresas están comprometidas con sus objetivos, el aprendizaje y el intercambio entre compañías e instituciones de investigación son mutuos. En el segmento final, analizaremos la investigación tecnológica en este campo que puede transformar el futuro de la captura de carbono haciéndola más eficaz 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 basada en sorbentes. Llamaron a la plataforma PrISMa, que significa Diseño de Procesos Informado de Materiales Sorbentes a Medida.
La plataforma intentó hacer que el despliegue a gran escala de tecnologías de captura de carbono sea más eficiente en carbono. Subrayó la necesidad de reunir los componentes fragmentados y a quienes los implementan bajo un mismo paraguas.
Mientras que los químicos se centraban previamente en el diseño de materiales y los ingenieros en la optimización de procesos, la plataforma PrISMa integró materiales, diseño de procesos, tecno-economía y evaluación del ciclo de vida. Comparó más de 60 estudios de caso de captura de CO2 de diversas fuentes en 5 regiones globales utilizando diferentes tecnologías.
Luego, informó simultáneamente a diversas partes interesadas sobre la rentabilidad de las tecnologías, configuraciones de procesos y ubicaciones. También reveló las características moleculares de los sorbentes de mejor desempeño y ofreció ideas accionables sobre impactos ambientales, co‑beneficios y compensaciones. El resultado final buscó unir a los interesados en una etapa temprana de investigación, acelerando el desarrollo de la tecnología de captura de carbono en la carrera hacia un mundo neto cero.
Los científicos responsables del desarrollo de PrISMa, Berend Smit en EPFL y Susana Garcia en la Universidad Heriot‑Watt, son muy optimistas sobre la usabilidad 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. Al utilizar datos experimentales y simulaciones moleculares, puede predecir las propiedades de adsorción de posibles materiales sorbentes.
Eventualmente, esto llevaría a que la comunidad de desarrolladores sea capaz de tomar decisiones informadas. Las propiedades de la capa de proceso de PrISMa hacen posible medir y comparar el rendimiento de las soluciones de captura de carbono al ayudar a los científicos a calcular parámetros de rendimiento del proceso, como pureza, recuperación y requerimientos energéticos.
Un parámetro crucial que determina el éxito o 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 del ciclo de vida completo de la planta, garantizando una sostenibilidad integral.
En conjunto, PrISMa no es menos que revolucionario o transformador.
Comenzamos nuestra discusión con una solución ampliamente adoptada que se encontró inadecuada y autodestructiva. Ahora, con PrISMa a disposición de la comunidad científica, sería posible idear soluciones que sean ambientalmente eficientes, escalables y rentables desde el día cero.
