Introducción a la captura de carbono

Se conoce como captura de carbono a las tecnologías y métodos que tienen como objetivo la retención de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) generadas por las actividades industriales, tales como la generación de energía eléctrica, la producción de acero, la fabricación de cemento, la industria petrolera, la incineración de residuos, entre otros más ramos productivos que usen combustibles fósiles o que liberen CO2 como parte de sus procesos.

Buque de carga emitiendo humo

En años recientes, el incremento de la concentración de dióxido de carbono atmosférico ha aumentado los efectos del cambio climático alrededor del mundo. Como resultado, los métodos de captura de carbono han cobrado más relevancia debido al potencial que estos tienen para evitar emisiones adicionales de CO2 e incluso, para capturar el dióxido de carbono presente en la atmósfera con anterioridad (U.S. Department of Energy, 2024). Las tecnologías de captura pueden dividirse en 2 categorías: industrial y directa del aire. La primera categoría tiene 3 subcategorías: precombustión, postcombustión, y oxicombustión (British Geological Survey, 2024).

El proceso de precombustión consiste reformar los combustibles fósiles de modo que la mayor parte del carbono pueda ser separada de estos. Para poder llevar a cabo este proceso, se deben gasificar los combustibles fósiles con el fin de realizar una operación de reformado con vapor (de manera idéntica a la que se hace en la producción de hidrógeno gris y azul). Los productos del proceso son gas hidrógeno y dióxido de carbono. De tal manera, el dióxido de carbono puede ser extraído de la corriente mediante operaciones de separación como la absorción de gases o el uso de membranas; mientras que el hidrógeno producido es usado como combustible, ya que su quema solo genera vapor de agua (Hua, Sha, Zhang, & Cao, 2023). Actualmente, se puede extraer entre 90 y 95% del CO2 que hubiera sido emitido por el uso de los combustibles sin tratamiento (Basile, Gugliuzza, Iulianelli, & Morrone, 2011).

Tanques de almacenamiento de hidrógeno

En cambio, los procesos de postcombustión toman el gas de chimenea generado por la quema de combustibles fósiles. Esta corriente gaseosa es entonces sometida a procesos de separación con el fin de extraer el dióxido de carbono. Algunos ejemplos de operaciones de captura del CO2 contenido en los gases de combustión son las membranas, absorción y adsorción de gases, y la separación criogénica. En las operaciones de absorción de gases, algunos de los solventes empleados son la monoetanolamina (MEA), y el carbonato de propileno (Kister, y otros, 2019). En la separación criogénica, la corriente gaseosa se somete a alta presión y temperaturas menores a -80°C con el fin de condensar el dióxido de carbono (Lacin, Caloglu, & Binay, 2023).

Estructura de la monoetanolamina

Para continuar, de manera similar a la postcombustión, en la oxicombustión el dióxido de carbono también es separado de los gases después de la utilización de los combustibles fósiles; no obstante, la principal diferencia es que en esta técnica se emplea oxígeno puro en la combustión. Como consecuencia, la corriente de gases de chimenea contiene pocas impurezas, poco nitrógeno, mientras que es rica en vapor de agua y tiene una concentración de CO2 mayor a la normal. Entonces, los gases atraviesan un proceso de enfriamiento para condensar y extraer el agua y dejar solamente al dióxido de carbono en fase gaseosa (Hua, Sha, Zhang, & Cao, 2023).

Finalmente, la captura de dióxido de carbono directa del aire consta de tomar aire de la atmósfera para extraer el CO2. Para estas operaciones se ha desarrollado el uso de materiales adsorbentes, tales como los armazones metal-orgánicos (conglomerados moleculares de metal, unidos entre sí por moléculas orgánicas), las aminas orgánicas (i.e., MEA), líquidos iónicos, y otras sustancias sorbentes (Bose, et al., 2023).

Sistema de captura directa de carbono directa del aire

En conclusión, existen diversas técnicas de captura de carbono que pueden ser empleadas tanto en la industria para reducir las emisiones directas de CO2, como en ambiente para capturar el dióxido de carbono que ya se encuentra presente en el aire. Estas tecnologías pueden ser aplicadas en un rango diverso de sectores industriales. También, la implementación de estas operaciones de captura tiene impactos benéficos en el medio ambiente y la reducción del cambio climático.

Referencias:

Basile, A., Gugliuzza, A., Iulianelli, A., & Morrone, P. (2011). Membrane technology for carbon dioxide (CO2) capture in power plants. In A. Basile, & S. Pereira, Advanced Membrane Science and Technology for Sustainable Energy and Environmental Applications. Woodhead Publising.

Bose, S., Sengupta, D., Rayder, T., Wang, X., Kirlikovali, K., Sekizkardes, A., . . . Farha, O. (2023). Challenges and Opportunities: Metal-Organic Frameworksl for Direct Air Capture. Advanced Functional Materials.

British Geological Survey. (2024). Understanding carbon capture and storage. Retrieved from Climate change: https://www.bgs.ac.uk/discovering-geology/climate-change/carbon-capture-and-storage/

Hua, W., Sha, Y., Zhang, X., & Cao, H. (2023). Research progress of carbon capture and storage (CSS) technology based on the shipping industry. Ocean Engineering.

Kister, H., Mathias, P., Steinmeyer, D., Penney, W., Monical, V., & Fair, J. (2019). Equipment for Distillation, Gas Absorption, Phase Dispertion, and Phase Separation. En D. Green, & M. Southard, Perry's Chemical Engineers' Handbook. Nueva York: McGraw-Hill Education.

Lacin, K., Caloglu, B., & Binay, B. (2023). Anaerobic digestion methods for the production of fuels. In K. Shadangi, K. Mohanty, A. Gollkota, K. Sarangi, & I. Deniz, Bioenergy Engineering. Woodhead Publishing.

U.S. Department of Energy. (2024). DOE Explains Carbon Sequestration. Retrieved from DOE Office of Science: https://www.energy.gov/science/doe-explainscarbon-sequestration