Tecnologías de captura de carbono que transforman los desechos nocivos en energía

A medida que el mundo avanza hacia emisiones netas de gases de efecto invernadero cero, la captura de dióxido de carbono de su fuente se vuelve cada vez más importante. Puede ayudar a hacer posible el proceso de eliminación gradual de los combustibles fósiles.

Para hacer eso, los investigadores necesitan encontrar tecnologías para una amplia gama de fuentes de emisión. También deben hacerlos más baratos, más eficientes y más fáciles de implementar a escala comercial.

Disolventes químicos

Para que una tecnología de captura de carbono sea efectiva, debe eliminar el dióxido de carbono a alta presión. Esto puede ser difícil y requiere energía para hacerlo. En última instancia, el CO2 debe almacenarse bajo tierra.

Una solución es usar un solvente químico para convertir el gas industrial en CO2 puro. Estas aminas líquidas tienen una gran afinidad por las moléculas de carbono, pero son caras y tóxicas.

Sin embargo, se han desarrollado nuevos disolventes menos costosos para superar estos inconvenientes. Estos incluyen solventes de amina mixta, solventes basados ​​en amoníaco cíclico, solventes bifásicos y solventes basados ​​en líquidos iónicos.

Muchos de estos nuevos solventes de bajo costo también tienen una capacidad de carga cíclica superior, un factor crítico en la eficiencia de PCC. Por ejemplo, un solvente bifásico puede requerir solo un 50% más de energía de regeneración que MEA, mientras que un solvente basado en aminoácidos puede ser tres veces más eficiente en la conversión inicial de CO2 a gas.

Estos nuevos solventes también cuentan con enlaces de hidrógeno internos, lo que ayuda a reducir el número de interacciones entre las moléculas. Esto significa que se deben usar menos átomos de hidrógeno en general, lo que reduce el costo del proceso.

Esta investigación demuestra que la tecnología puede ser económica y ambientalmente viable en el futuro, especialmente a medida que las centrales eléctricas de carbón se eliminan gradualmente y las energías renovables se vuelven cada vez más populares. Además, estos nuevos solventes se pueden implementar para tratar una amplia gama de gases que ahora están siendo emitidos por una creciente variedad de fuentes puntuales.

CCUS continuará evolucionando a medida que los sistemas de energía cambien hacia combustibles más limpios y renovables. No obstante, seguirá existiendo la necesidad de tratar las corrientes de escape concentradas de las fuentes puntuales existentes de generación de electricidad a base de combustibles fósiles y de las fábricas de cemento y acero que seguirán emitiendo estos gases.

Como resultado, reducir o eliminar las emisiones de CO2 de las centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles y otras industrias requerirá adaptaciones tecnológicas a los procesos CCUS existentes. Estos serán importantes para garantizar una transición hacia un futuro de energía limpia más sostenible.

Disolventes físicos

Los solventes físicos son una parte clave de las tecnologías de captura de carbono que transforman los desechos dañinos en energía. Estos procesos utilizan una combinación de propiedades químicas y físicas para eliminar el dióxido de carbono de los gases que emite la industria. Las tecnologías de captura de carbono más maduras y comercialmente implementadas se basan en estos procesos de absorción de líquidos.

Estos procesos eliminan el CO2 y los gases ácidos de las corrientes de gas natural con altas eficiencias y se pueden escalar para aplicaciones de fuentes puntuales, como centrales eléctricas de carbón y gas, hornos de cemento y hornos de acero. Además de su eficiencia termodinámica, estos procesos tienen los costos totales de captura y separación (TCOs) más bajos, requiriendo la menor inversión por tonelada de CO2 capturado.

Proceso Selexol

El proceso de disolvente físico más utilizado es el proceso Selexol, que emplea éteres dimetílicos de polietilenglicol. [DPEG or Genosorb 1753] como su sorbente. El solvente es química y térmicamente estable, tiene baja presión de vapor y limita sus pérdidas al gas tratado. También permite el tratamiento de una amplia gama de composiciones ácidas y se puede operar bajo una variedad de esquemas de flujo para lograr las especificaciones deseadas del producto.

Proceso Rectisol

Otro proceso de solvente físico común es el proceso Rectisol, que utiliza metanol para eliminar el sulfuro de hidrógeno y el sulfuro de carbonilo y para producir gas limpio en composiciones ácidas de hasta ppm de azufre. El proceso se puede adaptar para manejar una variedad de composiciones de gas y presiones de tratamiento y es una alternativa flexible y económica a otros procesos.

En este proceso, una alcanolamina que reacciona químicamente se mezcla con agua y un solvente físico llamado sulfolano (dióxido de tetrahidrotiofeno). La formulación real del solvente se personaliza para cada aplicación. El proceso es eficaz en la eliminación de sulfuro de carbonilo, derivados de mercaptano y otros compuestos orgánicos de azufre con estrictas especificaciones de azufre total.

El proceso también es capaz de eliminar H2S, CO2 e hidrocarburos pesados ​​con una presión parcial de 50 psi o más, pero estos hidrocarburos pesados ​​se pierden de la corriente de gas y no se pueden recuperar económicamente. Esta es la razón por la cual el proceso de solvente físico generalmente no se considera una buena opción para corrientes de gas ricas que tienen cantidades significativas de hidrocarburos C3+.

Membranas

Las membranas de separación de gases son un componente clave en los procesos de captura de carbono. Estas membranas utilizan una reacción química para separar el dióxido de carbono de otros gases. También se utilizan en la producción de hidrógeno, un combustible limpio que se puede utilizar en vehículos híbridos.

Hay una variedad de membranas diferentes que se pueden usar en este proceso. Por lo general, tienen una alta permeabilidad y una alta selectividad por los gases que separan. La permeabilidad de la membrana permite que el gas fluya a través de ella rápidamente, mientras que la selectividad permite capturar el CO2.

Por esta razón, las membranas tienen el potencial de ser una solución energéticamente eficiente para la captura de carbono. El principal desafío es encontrar el equilibrio adecuado entre permeabilidad y selectividad.

Para lograr esto, se debe evaluar una gama de rendimientos de membrana y condiciones operativas. Esto se puede hacer a través de estudios paramétricos de ingeniería que analizan el impacto del rendimiento de los materiales y las condiciones operativas en la tasa de recuperación de CO2.

Esto permitirá al desarrollador determinar cuál es la mejor combinación de relación de presión, corte por etapas y área de superficie de la membrana para lograr el rendimiento de separación del proceso deseado. Esto es fundamental ya que cada uno de estos parámetros puede marcar la diferencia en la pureza y la recuperación de CO2.

Las separaciones típicas para procesos de una sola etapa incluyen una relación de presión de módulo relativamente baja, un corte de etapa muy bajo y una permeancia de membrana relativamente alta (3 m3 (STP)/(m2 h bar)). En un proceso de dos etapas, el área de la superficie de la membrana debe ser mayor para garantizar tasas de producción de permeado adecuadas.

Absorbentes sólidos

Las tecnologías de captura de carbono se utilizan para transformar los desechos nocivos en energía, al capturar las emisiones de CO2 de las centrales eléctricas de carbón y gas natural y los procesos industriales que producen cemento, productos químicos o metales. El proceso también tiene el potencial de reducir la dependencia de los combustibles fósiles.

La tecnología de captura de carbono más común implica un líquido que puede eliminar químicamente el CO2 de una corriente gaseosa antes de que pueda liberarse al aire. Este es un enfoque prometedor porque se puede implementar en las plantas existentes. Sin embargo, también es un enfoque costoso y puede ser difícil de implementar.

Otra forma de captura de carbono se conoce como precombustión. Este es un proceso que esencialmente elimina el dióxido de carbono de los combustibles fósiles antes de que se quemen, usando vapor y oxígeno para convertir el combustible en una mezcla de hidrógeno y CO2 llamada gas de síntesis. Luego, esto se puede convertir en una forma de energía más convencional, como la electricidad, o en combustible para usar en un vehículo, como el gas natural o el propano.

Varias empresas, incluidas Global Thermostat, Climeworks y Carbon Engineering, están desarrollando estos sistemas. Estos procesos implican la adsorción de CO2 en adsorbentes sólidos que se basan en aminas (o amonio) o están hechos de otros materiales estructurados.

Varios factores pueden afectar la eficiencia de un proceso de sorbente sólido, como la cantidad de CO2 capturado, la temperatura del material sorbente y la tasa de desorción del sorbente. Todos estos factores afectan el costo de energía del proceso basado en adsorción y es importante considerarlos en el análisis.

Un proceso basado en un sorbente sólido requiere cantidades sustanciales de agua. Por lo general, las pérdidas de agua en el enfoque basado en la adsorción pueden llegar a 1,6 Mt/a. Esto podría variar según la humedad ambiental en el sitio de captura y la tasa de sorción.

La captura directa de aire es una técnica relativamente nueva que a menudo se promociona como una forma de extraer CO2 de la atmósfera, especialmente si se implementó un impuesto al carbono o un programa de tope y comercio. Aunque puede ser más costoso que plantar árboles, muchos científicos dicen que es una estrategia importante para abordar el cambio climático.

última palabra

Las tecnologías de captura de carbono ofrecen una solución prometedora a la crisis climática global.

Al capturar los desechos y convertirlos en energía, estas tecnologías están transformando las emisiones nocivas en recursos útiles para la generación de energía, reduciendo la cantidad de dióxido de carbono que se libera a la atmósfera.

Esta tecnología se puede utilizar en diversas industrias, desde centrales eléctricas hasta procesos industriales. Las tecnologías de captura de carbono también son relativamente rentables, lo que las convierte en una opción viable para las empresas y los gobiernos que buscan mitigar su huella de carbono.

En los próximos años, estas tecnologías serán cada vez más importantes a medida que sigamos enfrentando los desafíos del calentamiento global.

Con las inversiones adecuadas en investigación y desarrollo, la captura de carbono puede ayudarnos a lograr un futuro sostenible mientras protegemos nuestro medio ambiente.