Megaplantas de captura de CO2

Dende que a finais do século XVII se comezaron a usar os combustibles fósiles como fonte de enerxía, a concentración de gases de efecto invernadoiro na atmosfera non deixou de aumentar. Dende a década dos 70, as emisións antropoxénicas destes gases (principalmente CO₂, CH₄, N₂Ou, HFCs e PFCs) incrementáronse en máis dun 80% ata alcanzar case 50 Gt equivalentes de CO₂ en 2017 a nivel mundial. Só en España emitíronse 340 millóns de t de CO₂ en 2017, o que supón un 4% máis que no ano anterior e un 18% superior aos niveis emitidos hai 30 anos. O CO₂ representa 2/3 do total de emisións de gases de efecto invernadoiro e case un 70% débense ao uso de combustibles fósiles. En consecuencia, a concentración de CO₂ na atmosfera marcou un máximo histórico de 413 ppm en 2019 (ver Figura 1). Accións efectivas nos sectores de xeración de enerxía e industrial son esenciais para facer fronte ao problema do que hoxe coñecemos como cambio climático. Na 21ª Conferencia Internacional sobre Cambio Climático (COP21), celebrada en París en 2015, acadouse un acordo histórico e universal cuxo obxectivo é limitar a 2ºC o aumento da temperatura ao longo deste século XXI, e á súa vez impulsar no posible mecanismos que permitan alcanzar un obxectivo máis ambicioso, que conleva a reducir o quecemento global a só 1,5ºC nas próximas décadas.

A necesaria e drástica redución de emisións de CO₂ obriga a implementar a curto e medio prazo melloras na eficiencia enerxética nos procesos de conversión enerxética, así como no seu uso e distribución, potenciar o desenvolvemento das enerxías renovables, usar combustibles con menor contido en carbono como o gas natural e o desenvolvemento de tecnoloxías de captura de CO₂. Prevese que a captura de CO₂ contribúa nunha redución do 15% do total de emisións (aproximadamente 100 Gt) para o ano 2050. O obxectivo de calquera tecnoloxía de captura de CO₂ é xerar unha corrente concentrada deste gas que sexa adecuada para a súa posterior compresión, transporte e almacenamento permanente, ou como alternativa, para o seu re-uso, principalmente na síntese de produtos químicos ou de combustibles sintéticos. Esta familia de tecnoloxías é susceptible de ser aplicada en grandes fontes estáticas de emisión de CO₂ tales como centrais térmicas, cementeiras, refinerías, acerías etc. Fontes emisoras de CO₂ procedentes do sector residencial ou do transporte considéranse fóra do seu alcance polo seu pequeno tamaño ou carácter móbil.

Dependendo do punto do proceso onde se separa o CO₂ distínguense fundamentalmente tres tipos de tecnoloxías de captura: post-combustión, oxi-combustión e pre-combustión (ver Figura 2). As tecnoloxías de post-combustión están orientadas a separar o CO₂ presente nun gas de combustión, que adoita ser a situación habitual en procesos de combustión con aire en centrais térmicas, cementeiras ou acerías. O reto é levar a cabo a operación en caudais de gas elevados que flúen a baixa presión e con CO₂ moi diluído en nitróxeno. A absorción química con aminas é a alternativa deste tipo máis desenvolta. Ca oxicombustión lévase a cabo a combustión en presenza osíxeno puro (en lugar de aire) de tal forma que o produto obtido é directamente unha corrente rica en CO₂, o que facilita a súa separación final antes do almacenamento ou re-uso. Este proceso adóitase levar a cabo mediante métodos crioxénicos, o que implica unha elevada penalización enerxética e se requiren instalacións adaptadas á combustión con O₂ puro. Nas tecnoloxías de pre-combustión o combustible transfórmase (mediante reformado ou gasificación) nunha mestura de H₂ e CO₂. A separación de CO₂ lévase a cabo principalmente mediante absorción química con aminas ou mediante absorción física con disolventes. O H₂ puro resultante pódese empregar como combustible limpo (a súa combustión xera vapor de auga) ou como materia prima na industria química e de refino.

A importancia que alcanzou o desenvolvemento das tecnoloxías de captura de CO₂ reflíctese na existencia dun total de 23 plantas a gran escala, en operación ou en construción, repartidas por todo o mundo, as cales están deseñadas para capturar ao redor de 40 millóns de toneladas anuais de CO₂. Á parte construíronse outras 28 plantas piloto e de demostración que en conxunto capturan máis de 3.000 toneladas anuais de CO₂ (Ver Figura 3).

Especial relevancia adquiriu o proxecto Boundary Dam en Canadá, por ser a primeira planta de captura de CO₂ que entrou en operación (en 2014) nunha central térmica de carbón de 120MW e que é capaz de capturar máis de 1 Mt ao ano empregando tecnoloxía de absorción química con aminas (Ver Figura 4). O CO₂ capturado é transportado a máis de 70 km de distancia e emprégase para a extracción mellorada de petróleo quedando almacenado de forma permanente dentro do xacemento.

En 2017 entrou en operación en Texas, EEUU, a que é actualmente a maior planta de captura asociada a unha central térmica: Petro Nova. É capaz de capturar o 90% do CO₂ xerado ata 1,4 millóns de toneladas ao ano, o que equivale a unha potencia de 240 MW. O CO₂ separado tamén se emprega para potenciar a extracción de petróleo e espérase que a súa construción rendibilícese en menos de 10 anos.

China é un dos países que máis está a apostar por estas tecnoloxías. Yanchang CCUS é un proxecto que pretende evitar máis de 400 mil toneladas de CO₂ ao ano en dúas plantas de gasificación de carbón. En Europa existen 2 plantas industriais de captura de CO₂ situadas en Noruega, as de Slepiner e Snohvit, que están asociadas ao procesado de gas natural e levan operativas dende fai case 30 anos acumulando máis de 20 millóns de toneladas de CO₂ capturado e almacenado no Mar do Norte. No Reino Unido existen outras dúas plantas en fase de construción: White Rose, que xerará enerxía queimando biomasa en forma de oxicombustión, e Peterhead, que implementará a captura de CO₂ nunha planta de gas de ciclo combinado.

En España os esforzos realizados neste campo foron limitados ata o momento. No Instituto Nacional do Carbón (INCAR-CSIC) existe un grupo de investigación que leva durante os últimos 15 anos desenvolvendo tecnoloxías de captura de CO₂ de alta eficiencia enerxética. Este grupo foi un dos pioneiros a nivel mundial na investigación de CAO como absorbente de CO₂ a alta temperatura (Calcium Looping, en inglés) e desenvolveu procesos eficaces aplicables tanto a industrias cementeiras e a acerías como a plantas de xeración eléctrica. As investigacións levadas a cabo abarcan escalas experimentais que van dende o laboratorio ata a planta piloto, e inclúen o modelado de reaccións gas-sólido, reactores e procesos. Grazas á participación en varios proxectos europeos financiados en programas FP6, FP7 (publicación | Proxecto Cordis | Proxecto Ascent), H2020 (Proxecto Cemcap | Proxecto Cleanker) and RFCS (Proxecto Flexical), o Grupo de Captura de CO₂ do INCAR-CSIC está a xogar un papel importante no escalado deste tipo de tecnoloxías, como é o caso da planta piloto de case 2 MW construída na central térmica da Pereda, Asturias, onde se validou a tecnoloxía de Calcium Looping para xeración eléctrica sen emisións de CO₂ a escala pre-industrial (ver Figura 5), ou a planta de demostración actualmente en construción nunha cementeira situada en Piacenza, Italia.

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