Contribuyendo a alcanzar emisiones netas nulas
por José Ramón Fernández García
Desde que a finales del siglo XVII se comenzaron a usar los combustibles fósiles como fuente de energía, la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera no ha dejado de aumentar. Desde la década de los 70, las emisiones antropogénicas de estos gases (principalmente CO2, CH4, N2O, HFCs y PFCs) se han incrementado en más de un 80% hasta alcanzar casi 50 Gt equivalentes de CO2 en 2017 a nivel mundial. Sólo en España se han emitido 340 millones de t de CO2 en 2017, lo que supone un 4% más que en el año anterior y un 18% superior a los niveles emitidos hace 30 años. El CO2 representa 2/3 del total de emisiones de gases de efecto invernadero y casi un 70% se deben al uso de combustibles fósiles. En consecuencia, la concentración de CO2 en la atmosfera ha marcado un máximo histórico de 413 ppm en 2019 (ver Figura 1). Acciones efectivas en los sectores de generación de energía e industrial son esenciales para hacer frente al problema de lo que hoy conocemos como cambio climático. En la 21ª Conferencia Internacional sobre Cambio Climático (COP21), celebrada en París en 2015, se alcanzó un acuerdo histórico y universal cuyo objetivo es limitar a 2ºC el aumento de la temperatura a lo largo de este siglo XXI, y a su vez impulsar en lo posible mecanismos que permitan alcanzar un objetivo más ambicioso, que conlleva a reducir el calentamiento global a sólo 1,5ºC en las próximas décadas.
Figura 1. Evolución de la concentración de CO2 en la atmosfera (1960-actualidad) medida en el observatorio de Mauna Loa, Hawaii (Fuente: Scripps)
La necesaria y drástica reducción de emisiones de CO2 obliga a implementar a corto y medio plazo mejoras en la eficiencia energética en los procesos de conversión energética, así como en su uso y distribución, potenciar el desarrollo de las energías renovables, usar combustibles con menor contenido en carbono como el gas natural y el desarrollo de tecnologías de captura de CO2. Se prevé que la captura de CO2 contribuya en una reducción del 15% del total de emisiones (aproximadamente 100 Gt) para el año 2050. El objetivo de cualquier tecnología de captura de CO2 es generar una corriente concentrada de este gas que sea adecuada para su posterior compresión, transporte y almacenamiento permanente, o como alternativa, para su re-uso, principalmente en la síntesis de productos químicos o de combustibles sintéticos. Esta familia de tecnologías es susceptible de ser aplicada en grandes fuentes estáticas de emisión de CO2 tales como centrales térmicas, cementeras, refinerías, acerías, etc. Fuentes emisoras de CO2 procedentes del sector residencial o del transporte se consideran fuera de su alcance por su pequeño tamaño o carácter móvil.
Dependiendo del punto del proceso donde se separa el CO2 se distinguen fundamentalmente tres tipos de tecnologías de captura: post-combustión, oxi-combustión y pre-combustión (ver Figura 2). Las tecnologías de post-combustión están orientadas a separar el CO2 presente en un gas de combustión, que suele ser la situación habitual en procesos de combustión con aire en centrales térmicas, cementeras o acerías. El reto es llevar a cabo la operación en caudales de gas elevados que fluyen a baja presión y con CO2 muy diluido en nitrógeno. La absorción química con aminas es la alternativa de este tipo más desarrollada. Con la oxicombustión se lleva a cabo la combustión en presencia oxígeno puro (en lugar de aire) de tal forma que el producto obtenido es directamente una corriente rica en CO2, lo que facilita su separación final antes del almacenamiento o re-uso. Este proceso se suele llevar a cabo mediante métodos criogénicos, lo que implica una elevada penalización energética y se requieren instalaciones adaptadas a la combustión con O2 puro. En las tecnologías de pre-combustión el combustible se transforma (mediante reformado o gasificación) en una mezcla de H2 y CO2. La separación de CO2 se lleva a cabo principalmente mediante absorción química con aminas o mediante absorción física con disolventes. El H2 puro resultante se puede emplear como combustible limpio (su combustión genera vapor de agua) o como materia prima en la industria química y de refino.
Figura 2. Esquema general sobre las distintas tecnologías de captura de CO2 (Fuente: PTECO2)
La importancia que ha alcanzado el desarrollo de las tecnologías de captura de CO2 se refleja en la existencia de un total de 23 plantas a gran escala, en operación o en construcción, repartidas por todo el mundo, las cuales están diseñadas para capturar alrededor de 40 millones de toneladas anuales de CO2. Aparte se han construido otras 28 plantas piloto y de demostración que en conjunto capturan más de 3.000 toneladas anuales de CO2 (Ver Figura 3).
Figura 3. Distribución mundial de plantas de captura de CO2 (Fuente: Global CCS Institute)
Especial relevancia ha adquirido el proyecto Boundary Dam en Canadá, por ser la primera planta de captura de CO2 que entró en operación (en 2014) en una central térmica de carbón de 120MW y que es capaz de capturar más de 1 Mt al año empleando tecnología de absorción química con aminas (Ver Figura 4). El CO2 capturado es transportado a más de 70 km de distancia y se emplea para la extracción mejorada de petróleo quedando almacenado de forma permanente dentro del yacimiento.
En 2017 entró en operación en Texas, EEUU, la que es actualmente la mayor planta de captura asociada a una central térmica: Petro Nova. Es capaz de capturar el 90% del CO2 generado hasta 1,4 millones de toneladas al año, lo que equivale a una potencia de 240 MW. El CO2 separado también se emplea para potenciar la extracción de petróleo y se espera que su construcción se rentabilice en menos de 10 años.
China es uno de los países que más está apostando por estas tecnologías. Yanchang CCUS es un proyecto que pretende evitar más de 400 mil toneladas de CO2 al año en dos plantas de gasificación de carbón. En Europa existen 2 plantas industriales de captura de CO2 situadas en Noruega, las de Slepiner y Snohvit, que están asociadas al procesado de gas natural y llevan operativas desde hace casi 30 años acumulando más de 20 millones de toneladas de CO2 capturado y almacenado en el Mar del Norte. En el Reino Unido existen otras dos plantas en fase de construcción: White Rose, que generará energía quemando biomasa en forma de oxicombustión, y Peterhead, que implementará la captura de CO2 en una planta de gas de ciclo combinado.
Figura 4. Planta de captura de CO2 de Boundary Dam, Canadá. (Fuente: Saskpower)
En España los esfuerzos realizados en este campo han sido limitados hasta el momento. En el Instituto Nacional del Carbón (INCAR-CSIC) existe un grupo de investigación que lleva durante los últimos 15 años desarrollando tecnologías de captura de CO2 de alta eficiencia energética. Este grupo fue uno de los pioneros a nivel mundial en la investigación de CaO como absorbente de CO2 a alta temperatura (Calcium Looping, en inglés) y ha desarrollado procesos eficaces aplicables tanto a industrias cementeras y a acerías como a plantas de generación eléctrica. Las investigaciones llevadas a cabo abarcan escalas experimentales que van desde el laboratorio hasta la planta piloto, e incluyen el modelado de reacciones gas-sólido, reactores y procesos. Gracias a la participación en varios proyectos europeos financiados en los programas FP6, FP7 (publicación | Proyecto Cordis | Proyecto Ascent), H2020 (Proyecto Cemcap | Proyecto Cleanker) and RFCS (Proyecto Flexical), el Grupo de Captura de CO2 del INCAR-CSIC está jugando un papel importante en el escalado de este tipo de tecnologías, como es el caso de la planta piloto de casi 2 MW construida en la central térmica de La Pereda, Asturias, donde se ha validado la tecnología de Calcium Looping para generación eléctrica sin emisiones de CO2 a escala pre-industrial (ver Figura 5), o la planta de demostración actualmente en construcción en una cementera situada en Piacenza, Italia.
Figura 5. Planta piloto de 1.7 MW ubicada en la central térmica de La Pereda, Asturias, basada en la tecnología de Calcium Looping
Referencias:
- 2014. Climate change 2014: Synthesis report. Contribution of Working Group I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. International Panel on Climate Change, Geneva, Switzerland.
- Abanades, J. C., Arias, B., Lyngfelt, A., Mattisson, T., Wiley, D. E., Li, H., Ho, M. T., Mangano, E., Brandani, S., 2015. Emerging CO2 capture systems. Int. J. Greenh. Gas. Con. 40, 126-166.
- Boot-Handford, M. E.; Abanades, J. C.; Anthony, E. J.; Blunt, M. J.; Brandani, S.; Mac Dowell, N.; Fernández, J. R.; Ferrari, M. C.; Gross, R.; Hallett, J. P.; Haszeldine, R. S.; Heptonstall, P.; Lyngfelt, A.; Makuch, Z.; Mangano, E.; Porter, R. T. J.; Pourkashanian, M.; Rochelle, G. T.; Shah, N.; Yao, J. G.; Fennell, P. S., Carbon capture and storage update. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 130-189.
- Global Carbon Atlas
- Scripps
- Global CCS Institute
- CO2RE
- PTECO2
