La captura y utilización de carbono ( CCU ) es el proceso de captura de dióxido de carbono ( C O 2 ) para reciclarlo para su uso posterior. [1] La captura y utilización de carbono puede ofrecer una respuesta al desafío global de reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero de los principales emisores estacionarios (industriales). [2] CCU se diferencia de la captura y almacenamiento de carbono (CCS) en que CCU no tiene como objetivo ni resulta en el almacenamiento geológico permanente de dióxido de carbono. En cambio, CCU tiene como objetivo convertir el dióxido de carbono capturado en sustancias o productos más valiosos; como plásticos, hormigón o biocombustible; conservando la neutralidad de carbono de los procesos de producción.
El CO 2 capturado se puede convertir en varios productos: un grupo son los hidrocarburos , como el metanol, para su uso como biocombustibles y otras fuentes de energía alternativas y renovables . Otros productos comerciales incluyen plásticos, hormigón y reactivos para diversas síntesis químicas. [3]
Aunque CCU no genera un carbono neto positivo para la atmósfera, hay varias consideraciones importantes que deben tenerse en cuenta. El requisito de energía para el procesamiento adicional de nuevos productos no debe exceder la cantidad de energía liberada por la quema de combustible, ya que el proceso requerirá más combustible. [ aclaración necesaria ] Debido a que el CO 2 es una forma termodinámicamente estable de productos de fabricación de carbono a partir de él, consume mucha energía. [4] Además, las preocupaciones sobre la escala y el costo de CCU es un argumento importante en contra de invertir en CCU. [ aclaración necesaria ] La disponibilidad de otras materias primas para crear un producto también debe considerarse antes de invertir en CCU.
Teniendo en cuenta las diferentes opciones potenciales de captura y utilización, la investigación sugiere que las que involucran sustancias químicas, combustibles y microalgas tienen un potencial limitado de CO
2remoción, mientras que aquellos que involucran materiales de construcción y uso agrícola pueden ser más efectivos. [5]
La rentabilidad de CCU depende en parte del precio del carbono del CO 2 que se libera a la atmósfera. El uso de CO 2 capturado para crear productos comerciales útiles podría hacer que la captura de carbono sea económicamente viable. [6]
Fuentes de carbono
El CO 2 se captura típicamente de fuentes puntuales fijas como plantas de energía y fábricas. [4] El CO 2 capturado de esta corriente de escape varía en concentración. Una central eléctrica de carbón típica tendrá una concentración de CO 2 del 10-12% en su flujo de escape de gases de combustión . [7] Una refinería de biocombustible produce una alta pureza (99%) de CO 2 con una pequeña cantidad de impurezas como agua y etanol. [7] El proceso de separación en sí puede realizarse mediante procesos de separación como absorción , adsorción o membranas . [ cita requerida ]
Otra posible fuente de captura en el proceso de CCU involucra el uso de plantaciones. La idea se origina en la observación en la curva de Keeling de que el nivel de CO 2 en la atmósfera sufre una variación anual de aproximadamente 5 ppm ( partes por millón ), lo que se atribuye al cambio estacional de la vegetación y a la diferencia de masa terrestre entre el norte y el sur. hemisferio. [8] [9] Sin embargo, el CO 2 secuestrado por las plantas regresará a la atmósfera cuando las plantas mueran. Así, se propone plantar cultivos con fotosíntesis C4 , dado su rápido crecimiento y alta tasa de captura de carbono, y luego procesar la biomasa para aplicaciones como el biocarbón que se almacenará en el suelo de forma permanente. [10]
Ejemplos de tecnología y aplicación
Electrólisis de CO 2
La electrorreducción de CO 2 a una variedad de productos de valor agregado se ha estado desarrollando durante muchos años. Algunos objetivos importantes son el formiato , el oxalato y el metanol , ya que la formación electroquímica de estos productos a partir del CO 2 constituiría una práctica muy sostenible desde el punto de vista medioambiental. [11] Por ejemplo, el CO 2 se puede capturar y convertir en combustibles neutros en carbono en un proceso de catálisis acuosa . [12] [13] [14] Es posible convertir CO 2 de esta manera directamente en etanol , que luego se puede convertir en gasolina y combustible para aviones - [15]
Combustible neutro en carbono
Se puede sintetizar un combustible neutro en carbono utilizando el CO 2 capturado de la atmósfera como principal fuente de hidrocarburos. Luego, el combustible se quema y el CO 2 , como subproducto del proceso de combustión, se libera nuevamente al aire. En este proceso, no se libera ni se elimina de la atmósfera dióxido de carbono neto, de ahí el nombre de combustible neutro en carbono. [ cita requerida ] Un ejemplo de la tecnología incluye biocombustible de microalgas como se analiza a continuación.
Combustible de metanol
Un proceso probado para producir un hidrocarburo es hacer metanol . El metanol se sintetiza fácilmente a partir de CO
2y H 2 . A partir de este hecho nació la idea de una economía del metanol .
El metanol , o alcohol metílico, es el miembro más simple de la familia de compuesto orgánico alcohol con una fórmula química de C H 3 O H . El combustible de metanol se puede fabricar utilizando el dióxido de carbono capturado mientras se realiza la producción con energía renovable. En consecuencia, el combustible de metanol se ha considerado una alternativa a los combustibles fósiles en la generación de energía para lograr una sostenibilidad neutra en carbono. [16] [17] Carbon Recycling International , una empresa con instalaciones de producción en Grindavik, Islandia , comercializa dicho combustible de metanol de alto octanaje renovable de emisión a líquido con una capacidad de producción actual de 4.000 toneladas métricas / año. [18]
Síntesis química
Como materia prima química C 1 (un carbono) altamente deseable , el CO 2 capturado previamente se puede convertir en una diversa gama de productos. Algunos de estos productos incluyen: policarbonatos (vía catalizador a base de zinc ) u otros productos orgánicos como ácido acético , [19] urea , [19] y PVC . [20] Actualmente el 75% (112 millones de toneladas) de la producción de urea, el 2% (2 millones de toneladas) de la producción de metanol, el 43% (30 mil toneladas) de la producción de ácido salicílico y el 50% (40 mil toneladas) de la producción de carbonatos cíclicos. utilizar CO 2 como materia prima. [21] La síntesis química no es un almacenamiento / utilización permanente de CO 2 , ya que los compuestos alifáticos (de cadena lineal) pueden degradarse y liberar CO 2 a la atmósfera a los 6 meses. [20]
Novomer es una empresa química que trabaja en un catalizador a base de zinc para la producción de materia prima de carbonato de polietileno (PEC) y carbonato de polipropileno (PPC). Un informe de marzo de 2011 del Global CCS Institute preveía un potencial de producción anual de 22,5 MtCO 2 / año. [ necesita actualización ] Han recibido financiamiento de múltiples fuentes como el Departamento de Energía (DOE) ($ 2.6 millones) y NSF ($ 400,000) para lograr la comercialización y convertir su proceso de producción de un proceso por lotes a un proceso continuo. [20]
Recuperación de petróleo mejorada (EOR)
En EOR, el CO 2 capturado se inyecta en campos petroleros agotados con el objetivo de aumentar la cantidad de petróleo que se extraerá por los pozos. Se ha comprobado que este método aumenta la producción de aceite en un 5-40%. [20] La escala de utilización de CO 2 a través de estas tecnologías varía entre 30 y 300 MtCO 2 / año. Es una tecnología permanente y madura en CCU. El mayor impulsor del mercado de EOR es la gran dependencia del petróleo. En Estados Unidos, algunos de los impulsores adicionales del mercado incluyen: ingresos fiscales por petróleo extranjero, así como la presencia de créditos fiscales al carbono. [ cita requerida ]
Mineralización de carbono
El dióxido de carbono de fuentes como los gases de combustión se hace reaccionar con minerales como el óxido de magnesio y el óxido de calcio para formar carbonatos sólidos estables . Las fuentes de minerales incluyen salmuera y minerales industriales de desecho. Los carbonatos se pueden utilizar para la construcción, productos de consumo y como alternativa para la captura y secuestro de carbono (CAC). La escala de esta tecnología puede llegar a más de 300 Mt de CO 2 extraídas por año. [ cita requerida ] 0.5 toneladas de CO 2 se eliminan del aire por cada tonelada de carbonato mineral producido. [ cita requerida ] Sin embargo, necesita de 1 a 5 años para su comercialización ya que la tecnología aún no está madura. [ cita requerida ]
La empresa Calera propuso una forma de mineralizar CO 2 a través del proceso CMAP. Este proceso implica la precipitación de una suspensión de carbonato a partir de una mezcla de agua, minerales sólidos y gas de combustión. Los productos son una suspensión concentrada de carbonato bombeable, agua dulce y gas de combustión libre de CO 2 .
Los beneficios de este proceso incluyen la producción de agua dulce y que el CO 2 utilizado no requiere separación ni compresión. Sin embargo, una barrera de esta tecnología es la competencia con las industrias cementeras existentes .
Biocombustible de microalgas
Un estudio ha sugerido que las microalgas se pueden utilizar como fuente alternativa de energía. [22] Un estanque de microalgas se alimenta con una fuente de dióxido de carbono, como los gases de combustión, y luego se deja que las microalgas proliferen. A continuación, se cosechan las algas y la biomasa obtenida se convierte en biocombustible. Se eliminan del aire 1,8 toneladas de CO 2 por cada tonelada métrica de biomasa seca de algas producida. [ cita requerida ] Este número en realidad varía según la especie. La escala de esta tecnología puede llegar a más de 300Mt de CO 2 extraído por año. [ cita requerida ] El CO 2 capturado se almacenará de forma no permanente, ya que el biocombustible producido se quemará y el CO 2 se liberará de nuevo al aire. Sin embargo, el CO 2 liberado se capturó primero de la atmósfera y su liberación al aire convierte al combustible en un combustible neutro en carbono . Esta tecnología aún no está madura. [ cita requerida ] [23]
Agricultura
Un enfoque que también se propone como un esfuerzo de mitigación del cambio climático es realizar la captura de carbono basada en plantas. [24] La biomasa resultante se puede utilizar como combustible , mientras que el subproducto de biocarbón se utiliza para aplicaciones agrícolas como potenciador del suelo. Cool Planet es una empresa privada con una planta de I + D en Camarillo, California , que desarrolló biocarbón para aplicaciones agrícolas y afirmó que su producto puede aumentar el rendimiento de los cultivos en un 12,3% y triplicar el retorno de la inversión mediante la mejora de la salud del suelo y la retención de nutrientes. [25] Sin embargo, las afirmaciones sobre la eficacia de la captura de carbono de origen vegetal para la mitigación del cambio climático han recibido bastante escepticismo. [26]
Impactos ambientales
Se han realizado 16 análisis de impacto ambiental del ciclo de vida para evaluar los impactos de cuatro tecnologías CCU principales frente a la CAC convencional: síntesis química, mineralización de carbono, producción de biodiesel y recuperación mejorada de petróleo (EOR). Estas tecnologías se evaluaron en base a 10 impactos de la Evaluación del ciclo de vida (ACV) tales como: potencial de acidificación, potencial de eutrofización, potencial de calentamiento global y potencial de agotamiento del ozono. La conclusión de los 16 modelos diferentes fue que la síntesis química tiene el mayor potencial de calentamiento global (216 veces el de CCS) mientras que la recuperación mejorada de petróleo tiene el menor potencial de calentamiento global (1,8 veces el de CCS). [1]
Ver también
- Captura y almacenamiento de carbono
- Mitigación del cambio climático
- Combustible neutro en carbono
- Secuestro de carbón
- Eliminación de gases de efecto invernadero
- Lista de temas de energía
- Economía baja en carbono
- Solar Foods Ltd.
Referencias
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