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Métodos de captura de CO2, tendencias y tecnologías
Categoría: Economía circular en la industria del plásticoEn los últimos años los procesos de captura de CO2 comienzan a establecerse como poderosas herramientas para reducir las emisiones de gases contaminantes en la industria. De acuerdo con los planes de la IEA CCS la evolución debe ser clara: los procesos de captura deben crecer desde las decenas de megatoneladas en 2020, hasta los miles de megatoneladas en 2050. Todo con el objetivo de cumplir los acuerdos de Paris en 2015 en el afán de evitar males irreparables sobre nuestro medio ambiente.
Procesos de captura de CO2: retos y limitacionesDicho esto, se presentan enormes retos de futuro relacionados con la eficiencia de los procesos actuales de captura. Probablemente una de las grandes limitaciones de la implementación de las tecnologías de captura sea el precio, el coste del CO2; el cual está directamente relacionado con el gasto energético del proceso en cuestión.
Corrientes de CO2 muy diluidas disparan los costes. Fuente: IEA
Siempre que diseñamos un proceso de captura, tenemos en mente este aspecto, este indicador, como una espada de Damocles siempre dispuesta a arruinarnos cualquier idea, proyecto o solución. Y es que el coste del CO2 capturado depende enormemente de la fuente de emisiones de la que procede. No es lo mismo una corriente casi pura de CO2, sin apenas contaminantes o componentes, que una corriente muy diluida, donde el CO2 es marcadamente minoritario. Y es aquí donde surgen la mayor parte de los problemas actuales.
Tenemos procesos muy baratos, en el rango de 15-25 €/tonelada de CO2 en procesos industriales que producen corrientes muy concentradas, como la producción de etanol o el procesado de gas natural. Pero también tenemos procesos con costes de captura mucho más caros, en concentraciones por debajo del 20%, con costes entre 35-105 €/tonelada de CO2, tales como emisiones en hornos de cementeras o de producción de aceros.
Hay que tener en cuenta, si nos atenemos a las estadísticas, que más de la mitad de las emisiones de CO2 a la atmósfera procede de fuentes muy diluidas, por debajo del 2%. En esta situación, muchos de los procesos actualmente vigente o prometedores fracasan o son prácticamente inviables por su altísimo coste energético si se quieren alcanzar eficiencias razonables.
Un ejemplo, aquí, en La Comunidad Valenciana, quizás el foco más importante de emisiones provenga de las empresas azulejeras. Sus fuentes contienen menos del 2% de CO2, así como muchos contaminantes, lo que dificulta enormemente los procesos de captura y utilización mediante metodologías más o menos asentadas tecnológicamente y maduras como pueden ser la absorción con aminas (MEA), membranas, adsorbentes sólidos, o diferentes métodos de destilación como la destilación criogénica. Y si vamos más lejos tenemos las emisiones altamente dispersas, como son las procedentes de transporte, calefacción y todo aquello que metemos en el saco de lo que llamamos captura directa del aire o captura atmosférica, donde nos encontramos con concentraciones en torno a los 300-400 ppm o 0.03-0.04%. Esto dispara los costes de captura hasta niveles hoy por hoy inaceptables.
Nuevos desarrollos en la captura de CO2Sin embargo, en los últimos años se está luchando por dar solución a estas limitaciones. Las nuevas investigaciones y desarrollos apuntan, sobre todo, a minimizar costes y gastos en la captura de CO2 procedente de fuentes muy diluidas. Y no hay una única línea válida, sino que hay varias en cartera con resultados muy prometedores.
Por una parte, tenemos el casi interminable campo de los sorbentes sólidos. Se están desarrollando nuevos materiales adsorbentes muy concretos capaces de tener una gran eficiencia y selectividad a concentraciones muy bajas, por debajo del 1-2%. Son, por ejemplo, algunos tipos de MOFs (“Metal Organic Frameworks”). Cierto es que no todos pueden trabajar en ese rango de concentraciones, pero hay algunos, como SiF6-3-Cu son capaces de capturar CO2 de manera muy eficiente a presiones parciales de vapor muy bajas, lo que corresponde a fuentes muy diluidas. No todo es tan perfecto y justamente, hoy por hoy, estos MOFs son caros y complejos de fabricar a grandes escalas, mientras que los más asequibles no son tan eficientes a bajas presiones. Esto es un reto que confiamos en superar durante los próximos años.
Algunos sorbentes sólidos trabajan increíblemente bien a bajas presiones / concentraciones de CO2. Hay que mejorar su producción.
SiF6-3-Cu son capaces de capturar CO2 de manera muy eficiente a presiones parciales de vapor muy bajas, lo que corresponde a fuentes muy diluidas. No todo es tan perfecto y justamente, hoy por hoy, estos MOFs son caros y complejos de fabricar a grandes escalas, mientras que los más asequibles no son tan eficientes a bajas presiones. Esto es un reto que confiamos en superar durante los próximos años.
Una tecnología tremendamente interesante es aplicar sorbentes líquidos tradicionales y baratos como las aminas en lechos rotatorios empaquetados, más conocidos como RPBs (“Rotating Packed Beds”). La tecnología del “efecto lavadora”, la cual genera unas fuerzas centrífugas enormes por el giro del rotor. Esto provoca unos flujos de gas muy turbulentos que, combinados con la “rotura” del sorbente líquido en pequeñísimas gotas, hace que la interacción entre sorbente/adsorbato aumente exponencialmente incrementando la eficiencia de captura de CO2 a valores mayores del 80% en concentraciones por debajo del 5%.
Quizás una de las soluciones más viables al corto y medio plazo sea el empleo de los prometedores sistemas híbridos, los cuales, desde AIMPLAS, ya estamos trabajando desde hace algunos años. Se trata de combinar diferentes tipos de tecnologías de captura tradicionales conectándolas, ya sea en serie o en paralelo, para tratar de sacar el máximo de cada una de ellas y conseguir efectos sinérgicos entre ellas. De esta manera, en una primera etapa de podrían utilizar, por ejemplo, MOFs o zeolitas no tan eficientes para corrientes diluidas, pero mucho más baratas de producir. Esta primera etapa generaría una “simple” concentración de CO2 a niveles, digamos, mucho más “manejables”. A partir de aquí una etapa de aminas líquidas tradicionales podrían trabajar con este flujo ya concentrado con total eficiencia. Esta combinación de recursos de manera sinérgica es sencilla y barata, aunque exige de numerosas iteraciones y procesos de simulación para ajustar de manera independiente a cada caso concreto, ya sea por composición de las emisiones, cantidad y flujo, entre otras cuestiones.
Actualmente estamos lejos de llegar al final del camino en el desarrollo de nuevas tecnologías de captura de CO2. Existen diversas opciones merecedoras de ser estudiadas a fondo, las cuales exigen una gran inversión en desarrollo de materiales y de procesos de ingeniería. Las simulaciones son muy sufridas, y los escalados, a veces muy complejos e inesperados. Y, sobre todo, destacar que no existe una solución milagrosa, sino soluciones adaptadas, concretas y optimizadas para cada caso industrial concreto.
Procesos de captura de CO2: retos y limitacionesDicho esto, se presentan enormes retos de futuro relacionados con la eficiencia de los procesos actuales de captura. Probablemente una de las grandes limitaciones de la implementación de las tecnologías de captura sea el precio, el coste del CO2; el cual está directamente relacionado con el gasto energético del proceso en cuestión.
Corrientes de CO2 muy diluidas disparan los costes. Fuente: IEA
Siempre que diseñamos un proceso de captura, tenemos en mente este aspecto, este indicador, como una espada de Damocles siempre dispuesta a arruinarnos cualquier idea, proyecto o solución. Y es que el coste del CO2 capturado depende enormemente de la fuente de emisiones de la que procede. No es lo mismo una corriente casi pura de CO2, sin apenas contaminantes o componentes, que una corriente muy diluida, donde el CO2 es marcadamente minoritario. Y es aquí donde surgen la mayor parte de los problemas actuales.
Tenemos procesos muy baratos, en el rango de 15-25 €/tonelada de CO2 en procesos industriales que producen corrientes muy concentradas, como la producción de etanol o el procesado de gas natural. Pero también tenemos procesos con costes de captura mucho más caros, en concentraciones por debajo del 20%, con costes entre 35-105 €/tonelada de CO2, tales como emisiones en hornos de cementeras o de producción de aceros.
Hay que tener en cuenta, si nos atenemos a las estadísticas, que más de la mitad de las emisiones de CO2 a la atmósfera procede de fuentes muy diluidas, por debajo del 2%. En esta situación, muchos de los procesos actualmente vigente o prometedores fracasan o son prácticamente inviables por su altísimo coste energético si se quieren alcanzar eficiencias razonables.
Un ejemplo, aquí, en La Comunidad Valenciana, quizás el foco más importante de emisiones provenga de las empresas azulejeras. Sus fuentes contienen menos del 2% de CO2, así como muchos contaminantes, lo que dificulta enormemente los procesos de captura y utilización mediante metodologías más o menos asentadas tecnológicamente y maduras como pueden ser la absorción con aminas (MEA), membranas, adsorbentes sólidos, o diferentes métodos de destilación como la destilación criogénica. Y si vamos más lejos tenemos las emisiones altamente dispersas, como son las procedentes de transporte, calefacción y todo aquello que metemos en el saco de lo que llamamos captura directa del aire o captura atmosférica, donde nos encontramos con concentraciones en torno a los 300-400 ppm o 0.03-0.04%. Esto dispara los costes de captura hasta niveles hoy por hoy inaceptables.
Nuevos desarrollos en la captura de CO2Sin embargo, en los últimos años se está luchando por dar solución a estas limitaciones. Las nuevas investigaciones y desarrollos apuntan, sobre todo, a minimizar costes y gastos en la captura de CO2 procedente de fuentes muy diluidas. Y no hay una única línea válida, sino que hay varias en cartera con resultados muy prometedores.
Por una parte, tenemos el casi interminable campo de los sorbentes sólidos. Se están desarrollando nuevos materiales adsorbentes muy concretos capaces de tener una gran eficiencia y selectividad a concentraciones muy bajas, por debajo del 1-2%. Son, por ejemplo, algunos tipos de MOFs (“Metal Organic Frameworks”). Cierto es que no todos pueden trabajar en ese rango de concentraciones, pero hay algunos, como SiF6-3-Cu son capaces de capturar CO2 de manera muy eficiente a presiones parciales de vapor muy bajas, lo que corresponde a fuentes muy diluidas. No todo es tan perfecto y justamente, hoy por hoy, estos MOFs son caros y complejos de fabricar a grandes escalas, mientras que los más asequibles no son tan eficientes a bajas presiones. Esto es un reto que confiamos en superar durante los próximos años.
Algunos sorbentes sólidos trabajan increíblemente bien a bajas presiones / concentraciones de CO2. Hay que mejorar su producción.
SiF6-3-Cu son capaces de capturar CO2 de manera muy eficiente a presiones parciales de vapor muy bajas, lo que corresponde a fuentes muy diluidas. No todo es tan perfecto y justamente, hoy por hoy, estos MOFs son caros y complejos de fabricar a grandes escalas, mientras que los más asequibles no son tan eficientes a bajas presiones. Esto es un reto que confiamos en superar durante los próximos años.
Una tecnología tremendamente interesante es aplicar sorbentes líquidos tradicionales y baratos como las aminas en lechos rotatorios empaquetados, más conocidos como RPBs (“Rotating Packed Beds”). La tecnología del “efecto lavadora”, la cual genera unas fuerzas centrífugas enormes por el giro del rotor. Esto provoca unos flujos de gas muy turbulentos que, combinados con la “rotura” del sorbente líquido en pequeñísimas gotas, hace que la interacción entre sorbente/adsorbato aumente exponencialmente incrementando la eficiencia de captura de CO2 a valores mayores del 80% en concentraciones por debajo del 5%.
Quizás una de las soluciones más viables al corto y medio plazo sea el empleo de los prometedores sistemas híbridos, los cuales, desde AIMPLAS, ya estamos trabajando desde hace algunos años. Se trata de combinar diferentes tipos de tecnologías de captura tradicionales conectándolas, ya sea en serie o en paralelo, para tratar de sacar el máximo de cada una de ellas y conseguir efectos sinérgicos entre ellas. De esta manera, en una primera etapa de podrían utilizar, por ejemplo, MOFs o zeolitas no tan eficientes para corrientes diluidas, pero mucho más baratas de producir. Esta primera etapa generaría una “simple” concentración de CO2 a niveles, digamos, mucho más “manejables”. A partir de aquí una etapa de aminas líquidas tradicionales podrían trabajar con este flujo ya concentrado con total eficiencia. Esta combinación de recursos de manera sinérgica es sencilla y barata, aunque exige de numerosas iteraciones y procesos de simulación para ajustar de manera independiente a cada caso concreto, ya sea por composición de las emisiones, cantidad y flujo, entre otras cuestiones.
Actualmente estamos lejos de llegar al final del camino en el desarrollo de nuevas tecnologías de captura de CO2. Existen diversas opciones merecedoras de ser estudiadas a fondo, las cuales exigen una gran inversión en desarrollo de materiales y de procesos de ingeniería. Las simulaciones son muy sufridas, y los escalados, a veces muy complejos e inesperados. Y, sobre todo, destacar que no existe una solución milagrosa, sino soluciones adaptadas, concretas y optimizadas para cada caso industrial concreto.
Fecha publicación: 06/10/2022
Fuente: AIMPLAS - Blog
