Revista XXV No. 1 de 2018

Métodos de captura de co2: Innovando contra el cambio climático

Métodos de captura de co2: Innovando contra el cambio climático

Jennifer Pedraza. Estudiante de doctorado en Ingeniería Química. Grupo de investigación en Calidad del aire, Departamento de Ingeniería Química y ambiental. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá. Miembro de la Asociación Colombiana para el Avance de la Ciencia

Leonel Alexander Martínez. Estudiante de maestría en Ingeniería Ambienta. Grupo de investigación en Calidad del aire, Departamento de Ingeniería Química y ambiental. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá.

Luz Adriana Suarez. Estudiante de maestría en Ingeniería Ambienta. Grupo de investigación GIATME, Universidad ECCI.

Néstor Y. Rojas. Profesor Asociado. Grupo de investigación en Calidad del aire, Departamento de Ingeniería Química y ambiental. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá. Miembro de la Asociación Colombiana para el Avance de la Ciencia

José Ramírez. Profesor Asociado. Grupo de Investigación en Materiales, Catálisis y Medio Ambiente Departamento de Ingeniería Química y ambiental. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá.

Andres Mejìa. Estudiante de pregrado en Ingeniería Química. Grupo de Investigación en Materiales, Catálisis y Medio Ambiente Departamento de Ingeniería Química y ambiental. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá.

Daniel Cano. Estudiante de pregrado en Ingeniería Química. Grupo de Investigación en Materiales, Catálisis y Medio Ambiente Departamento de Ingeniería Química y ambiental. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá.

Javier Chavarrio. Estudiante de pregrado en Ingeniería Química. Departamento de Ingeniería Química y ambiental. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá.

Johana Casallas. Estudiante de pregrado en Ingeniería Química. Grupo de Investigación en Materiales, Catálisis y Medio Ambiente Departamento de Ingeniería Química y ambiental. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá.


Resumen

El cambio climático supone un reto y un cambio en el paradigma de los patrones productivos y de consumo insostenible, impone límites y restricciones para el crecimiento, obligando a explorar nuevas alternativas que permitan enfocar los procesos tomando medidas de mitigación a nivel global. En este artículo se presentan las tecnologías de Captura de CO2 antropogénico, como técnicas emergentes y promisorias para ser articuladas dentro de las acciones de mitigación, se exploran sus ventajas y desventajas, oportunidades de desarrollo y para finalizar se muestran algunos proyectos estudiados a nivel mundial.

Palabras claves: Cambio climático, captura de CO2, gases de efecto invernadero.

 

Introducción:

El cambio climático es evidente e innegable[1], su causa dominante obedece al efecto ocasionado por las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI[2]) en el sistema climático. Las GEI son provenientes de actividades antropogénicas[3] desde el desarrollo industrial hasta nuestros días, dado el creciente aumento de estas emisiones con el tiempo, se hace necesario reducirlas drásticamente y sostener esta reducción hacia futuro, de tal manera que se logren minimizar los riesgos sobre los sistemas naturales y la vida en el planeta, evitando así mismo un aumento de la temperatura global por encima de 2ºC, esto según los resultados del quinto informe de evaluación del IPCC[4] [1].

Las concentraciones atmosféricas de GEI han aumentado ostensiblemente desde el año 1750 como resultado de las actividades humanas, de un valor preindustrial de aproximadamente 280 ppm a 396 ppm en 2013[5] ppm [2]. Resulta entonces imprescindible reducir sustancialmente las emisiones de GEI para el 2050, del orden del 40% al 70% de los valores del año 2010, mediante acciones de mitigación. Según esto para el año 2100, debe alcanzarse una reducción de emisiones del 100% con respecto al año 2010. Esta meta también fue adoptada en Paris durante la conferencia de las partes COP-21 de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático.

En la Figura 1, se aprecia que la industria aporta el 28% de las emisiones GEI, seguida por el sector AFOLU[6] con el 23% del total mundial. Para cumplir la meta de reducción, las principales medidas de mitigación se dirigen hacia: mejora en eficiencia energética, reducción de la intensidad energética, sustitución de combustibles fósiles, desarrollo de energías renovables, transporte sostenible, reducción de la deforestación, gestión de cultivos y sistemas ganaderos, fomento de la bioenergía y la captura y almacenamiento de carbono, entendida esta última como la recuperación del CO2 emitido y su recirculación a los sistemas productivos mediante tecnologías “artificiales” (no se refiere a captura de CO2 en cultivos forestales). Según el quinto informe del IPCC, las técnicas de captura y almacenamiento de carbono se plantean como una de las principales medidas de mitigación en el sector industrial [1].

Figura 1 Emisiones globales de CO2 totales y sectoriales, y como mitigarlas

Fuente: . Elaborado por los autores a partir de [2]

 

¿Qué es la captura de CO2?

Una de las estrategias de mitigación de cambio climático, como línea de investigación emergente, es la evaluación de los niveles de captura de CO2 en los diferentes sistemas productivos [3].

La figura 2 resume las técnicas de captura de CO2, las cuales buscan reducir las emisiones de efecto invernadero capturando el CO2 emitido por industrias y fuentes relacionadas con energía antes de que este sea emitido a la atmósfera. Esto, con el fin de que luego pueda ser almacenado (CCS) o utilizado en aplicaciones industriales (CCU) [4].

Figura 2 Definición técnicas de Captura de CO2

Fuente. Los autores.

 

¿Cuánto puede aportar la captura a la reducción de emisiones?

Estas tecnologías involucran un nuevo aspecto en el tipo de captura; no se trata de la captura de CO2 a partir de reforestar en grandes extensiones de tierra. Se trata de una tecnología que contribuya a la reducción, pero desde un enfoque productivo. Es válido preguntarse: si se reciclan metales, plásticos y papel, ¿por qué no hacerlo con el carbono? En este punto crucial, se puede mencionar el rol de los métodos de captura y almacenamiento de CO2 (CCS, por sus siglas en inglés) y de captura y utilización de CO2 (CCU, por sus siglas en inglés) como estrategias de mitigación. Los primeros desarrollos relacionados aparecieron en la década de 1980 cuando se empezaron a investigar las posibilidades de almacenar CO2 en el subsuelo o en el océano. Actualmente, son considerados como un componente importante de la cartera de tecnología baja en carbono para mitigar el cambio climático [5] [6]. Por ejemplo, se estima que en los sistemas existentes de combustión en plantas de energía es posible capturar el 85-95% del CO2 producido. Sin embargo, la tecnología tiene que seguir avanzando para lograr eficiencias confiables [7] y su viabilidad económica sigue siendo un interrogante en algunos sectores de la economía, especialmente por el riesgo de eventuales fugas en el lugar del almacenamiento final [8].

Por su parte, en los métodos de CCU, el CO2 se puede utilizar en su forma original o puede convertirse a nuevas formas, tales como materias primas para la industria química o de energía [9]. Se estima que en la actualidad, 130 MTon/año de CO2 se utilizan en la industria (incluida la recuperación mejorada de petróleo, 60 MTon/año); producción de urea en fertilizantes (36 Mton/año); y en otras aplicaciones tales como la industria de alimentos y bebidas. Esta cantidad podría multiplicarse por cinco a 2030 si surgen nuevos usos y aplicaciones [10]. A pesar que la utilización de esta técnica se encuentra rezagada en comparación con la CCS, las oportunidades de su implementación a escala industrial podrán ser determinadas mediante inversión en investigación y desarrollo.

 

Captura y almacenamiento de CO2 - CCS

El IPCC ha estimado que es posible lograr la reducción de emisiones de CO2 a la atmósfera mediante técnicas de captura y almacenamiento, pero su éxito depende de diversos factores, tales como: la fracción de CO2 captado; la mayor producción de CO2 debido a la energía adicional requerida para la captación; los métodos para el transporte y el almacenamiento; posibles fugas durante el transporte y en el lugar de almacenamiento a largo plazo [4].

Los estudios de CCS realizados hasta ahora sugieren que el potencial de calentamiento global (GWP) en las plantas de energía se puede reducir entre el 63 y el 82% [9]. Sin embargo, es importante resaltar que se afrontan otros impactos ambientales derivados del almacenamiento, como la acidificación si el almacenamiento se realiza en el océano y las posibles fugas en formaciones geológicas sin un monitoreo adecuado. Además, no en todos los escenarios se podrá contar con tierra disponible y apta para el almacenamiento final.

 

Captura y utilización de CO2 - CCU

Una de las posibilidades que ofrece los métodos de captura es reutilizar grandes cantidades de CO2 convirtiéndolo en un recurso con nuevas aplicaciones industriales en lugar de convertirlo en un residuo y emitirlo a la atmósfera, dando paso a una práctica totalmente sostenible y de gran atractivo para la economía, para la sociedad y para el medio ambiente. La figura 2 muestra las diferentes alternativas para el aprovechamiento del CO2.

Figura.3 Usos potenciales del CO2

Fuente: Elaborado por los autores a partir de [11]

 

Proyectos desarrollados CCS/CCU

En la Figura 4 y la Figura 5 se relacionan diferentes proyectos en demostración e implementación. Es en Estados Unidos donde se localiza el mayor número de proyectos en operación, mientras en los demás países se presentan proyectos en fase de planeación o desarrollo a pequeña escala. Esto muestra que existe un enorme potencial para investigar y desarrollar este tipo de tecnologías.

Figura 4 Proyectos CCS en el mundo. Elaborado por los autores a partir de [12]

Figura 5 Proyectos CCU en el mundo. Elaborado por los autores a partir de [13]

 

Para concluir.

La captura de carbono se presenta entonces como una opción promisoria para contribuir con la mitigación de GEI, se encuentra además que la captura y utilización de carbono (CCU) podría considerarse como una alternativa ventajosa frente a la captura y almacenamiento (CCS) ya que ésta solo es una tecnología dirigida a la reducción del CO2 en la que se elimina el carbono de la economía, mientras que la técnica de CCU captura el CO2 de fuentes puntuales y luego lo integra en el mercado en productos valiosos.

Lo fundamental, al abordar la CCS y la CCU, radica en la posibilidad de que sean alternativas solución para lograr los objetivos ambientales fijados para las próximas décadas, si se invierte lo suficiente en la investigación y desarrollo de las mismas haciendo factible su implementación a gran escala [14].

La eficacia de las acciones mitigación dependerá de las políticas y medidas que se apliquen en diversas escalas: internacionales, regionales, nacionales y sub-nacionales. Las políticas que apoyen en todas las escalas del desarrollo, la difusión y la transferencia de tecnología, así como el financiamiento a las investigaciones tempranas, pueden complementar y potenciar la eficacia de las políticas que promueven de forma directa la mitigación de GEI mediante técnicas de captura de CO2.

 

Referencias

  1. IPCC. Quinto informe de evaluacion del cambio climatico, 3-20 (2014). https://www.ipcc.ch/report/ar5/index_es.shtml . Consultado el 30 de septiembre de 2016.
  2. Ministerio de Agricultura, Oficina Española de Cambio Climatico, Agencia Estatal de Meterologia, Centro Nacional de Educacion Ambiental. Cambio Climático : Mitigación. Guía resumida del Quinto Informe de Evaluación del IPCC Grupo de Trabajo III. 3-13 (2015). http://www.magrama.gob.es/es/ceneam/recursos/mini-portales-tematicos/guia_resumida_gt3-mitigacion_tcm7-394616.pdf. Consultado el 01 de octubre de 2016.
  3. Ministerio de Ambiente y desarrollo Sostenible, PNUD, IDEAM. Colombia Frente al Cambio Climático: Diálogo Nacional Interministerial Sobre el Cambio Climático con Énfasis en el Sector Agrícola, 3-7 (2010). http://www.mineducacion.gov.co/cvn/1665/article-198044.html. Consultado el 29 de septiembre de 2016
  4. IPCC. La captación y el almacenamiento de dióxido de carbono. 9-12 (2005). https://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_spm_ts_sp.pdf. Consultado el 28 de septiembre de 2016.
  5. United States Department of Energy. Carbon storage technology program plan. 8-12 (2014). https://www.netl.doe.gov/File%20Library/Research/Coal/carbon-storage/Program-Plan-Carbon-Storage.pdf. Consultado el 30 de septiembre de 2016
  6. Agencia Internacional de la Energía. Energy Technology Perspectives, Resumen ejecutivo, 5-10 (2015). https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/EnergyTechnologyPerspectives2016ExecutiveSummarySpanishVersion.pdf. Consultado el 01 de octubre de 2016
  7. GreenFacts. Summary of the Intergovernmental Panel on Climate Change Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, 105-108 (2005). https://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_wholereport.pdf. Consultado el 02 de octubre de 2016.
  8. Narita D. & Klepper G. Economic incentives for carbon dioxide storage under uncertainty: A real options analysis. International Journal of Greenhouse Gas Control 53, 18-27 (2016).
  9. Cuéllar R. & Azapagic A. Carbon capture, storage and utilisation technologies: A critical analysis and comparison of their life cycle environmental impacts. Journal of CO2 Utilization 8, 82-102 (2014).
  10. SETIS Magazine.Strategic Energy Technologies Information System, Carbon Capture Utilisation and Storage. 2016.
  11. Baciochi R., Costa G. & Zingaretti D., Transformation and Utilization of Carbon Dioxide.. Springer, 13-70 (2014).
  12. Wennersten R., Sun Q. & Li H. The future potential for Carbon Capture and Storage in climate change mitigation e an overview from perspectives of technology, economy and risk. Journal of Cleaner Production 103, 724-736 (2015).
  13. Li Q., Chena Z., Zhang J.T., Liu L.C., Li X. & Jia L. Positioning and revision of CCUS technology development in China. International Journal of Greenhouse Gas Control,. 282-293 (2016).
  14. Lainez J., Perez M. y Puigjaner L. Economic evaluation of bio-based supply chains with CO2 capture and utilisation. Computers & Chemical Engineering, 1-4 (2016).

 

[1] El cambio climático se evidencia en un aumento en la temperatura promedio global de la atmósfera, aumentos o descensos en las precipitaciones, elevación del nivel del mar, cambios en el confort térmico, disminución de los glaciares, entre otros

[2] Los gases de efecto invernadero no solo se limitan a CO2, incluyen también las emisiones de metano y óxido nitroso

[3] Originado por acción del hombre.

[4] Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático o IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change, pos sus siglas en ingles.

[5] https://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/es/tssts-2-1-1.html

[6] AFOLU: sector agroforestal

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