Tecnologías de captura de CO2

diciembre 1, 2021admin

La captura y el almacenamiento de carbono (CAC) es una combinación de tecnologías diseñadas para evitar la liberación de CO2 generada a través de procesos convencionales de generación de energía y producción industrial mediante la inyección del CO2 en depósitos de almacenamiento subterráneos adecuados. Básicamente, la tecnología de captura separa las emisiones de CO2 del proceso, tras lo cual el CO2 comprimido se transporta a un lugar de almacenamiento geológico adecuado y se inyecta. Los métodos viables de transporte de CO2 incluyen tanto las tuberías como el transporte marítimo. Entre los lugares de almacenamiento geológico adecuados para el CO2 se encuentran los yacimientos de petróleo y gas abandonados, las formaciones salinas profundas y los filones de carbón no explotables. La razón principal para llevar a cabo la captura y el almacenamiento de carbono (CAC) es la reducción de las emisiones de CO2 de la industria y la generación de energía; sin incentivos para dicha reducción de emisiones, cabe esperar poca CAC. El despliegue de la CAC en los sectores de la industria y la generación de energía permitiría continuar con el uso de combustibles fósiles con una disminución significativa de las emisiones de CO2. Sin embargo, todavía no se ha implantado una cadena completa de CAC y siguen existiendo muchas incertidumbres técnicas, medioambientales y económicas.

Introducción a las tecnologías de captura de CO2

Hay varias tecnologías que se emplean en la captura, el transporte y el almacenamiento geológico del CO2. La mayor parte de la investigación y el desarrollo se ha dirigido a mejorar la eficiencia de las tecnologías utilizadas para separar el CO2 de otros compuestos normalmente emitidos por un proceso industrial. Estas tecnologías se denominan generalmente «tecnologías de captura». Los procesos de captura pueden agruparse en tres categorías, por lo que la idoneidad de cada enfoque depende del proceso industrial o del tipo de central eléctrica en cuestión.

Postcombustión: El CO2 se elimina de los gases de combustión resultantes de la combustión de un combustible fósil. La separación posterior a la combustión implica el uso de un disolvente para capturar el CO2. Las aplicaciones típicas de esta tecnología incluyen las plantas de carbón pulverizado (PC) y las plantas de ciclo combinado de gas natural (NGCC). Esta tecnología es especialmente adecuada para aplicaciones de reequipamiento (Parliamentary Office of Science & Technology, 2009).
Precombustión: El combustible primario del proceso reacciona con vapor y aire u oxígeno, y se convierte en una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno, a menudo denominada «syngas». Posteriormente, el monóxido de carbono se convierte en CO2 en un «reactor de cambio». A continuación, el CO2 puede separarse y el hidrógeno se utiliza para generar energía y/o calor. Esta tecnología es especialmente adecuada para aplicarla a las centrales eléctricas de ciclo combinado de gasificación integrada (IPCC, 2005).
Combustión de oxicombustión: El combustible primario se quema en oxígeno en lugar de aire, lo que produce un gas de combustión que contiene principalmente vapor de agua y una alta concentración de CO2 (80%). El gas de combustión se enfría para condensar el vapor de agua, lo que deja una corriente casi pura de CO2. Se requiere equipo adicional para la producción in situ de oxígeno a partir del aire (Mckinsey & Company, 2008).

Procesos industriales: Las tecnologías de separación también pueden utilizarse en diversas industrias, como el procesamiento de gas natural, y en la producción de acero, cemento y amoníaco (IPCC, 2005).

La captura y almacenamiento de carbono (CAC) podría capturar entre el 85 y el 95% de todo el CO2 producido (IPCC, 2005), pero las reducciones netas de emisiones son del orden del 72 al 90% debido a la energía que cuesta separar el CO2 y a las emisiones previas (Viebahn et al, 2007).

Una vez que el CO2 ha sido efectivamente «capturado» de un proceso, será necesario transportarlo a un lugar de almacenamiento adecuado. El CO2 se transporta de forma más eficiente cuando se comprime a una presión superior a 7,4 MPa y a una temperatura superior a 31˚C aproximadamente. En estas condiciones, el CO2 presenta propiedades supercríticas; es un líquido con características de gas. Así, el CO2 se transportaría normalmente a altas presiones en oleoductos de acero al carbono, no muy distintos de los gasoductos normales de gas natural, o en barcos si tiene que atravesar una gran extensión de agua. Los oleoductos de CO2 ya existen a gran escala, aunque principalmente en zonas poco habitadas, sobre todo en Estados Unidos para la recuperación mejorada de petróleo (EOR). Los barcos de CO2 no se han implantado, pero es poco probable que causen problemas técnicos.

Los lugares adecuados para el almacenamiento de CO2 son los yacimientos de petróleo y gas abandonados o las formaciones salinas profundas, con una profundidad mínima prevista de 800 m, donde la temperatura ambiente y las presiones son lo suficientemente altas como para mantener el CO2 en estado líquido o supercrítico. Se impide que el CO2 migre desde el depósito de almacenamiento mediante una combinación de mecanismos de captura físicos y geofísicos (IPCC, 2005). Las tecnologías utilizadas para inyectar el CO2 son similares a las utilizadas en la industria del petróleo y el gas. Además de los equipos de perforación e inyección, las tecnologías de medición y control son esenciales para observar la capacidad restante del lugar de almacenamiento y el comportamiento del CO2. Aunque se conocen algunas tecnologías de inyección, todavía se están desarrollando mejoras específicas para el almacenamiento de CO2. Una vez completada la fase de inyección, será necesario sellar el pozo mediante un «tapón» adecuado (normalmente de cemento), colocado a una profundidad adecuada para evitar que el CO2 suba por el pozo y pueda escaparse o contaminar las aguas subterráneas.

Factibilidad de la tecnología de captura de CO2 y necesidades operativas

Factibilidad técnica de la tecnología de captura y almacenamiento de carbono

La aplicación de tecnologías en otros lugares sugiere que la CAC es técnicamente viable en la mayoría de las grandes fuentes puntuales de CO2 estacionarias. Las tecnologías de separación de CO2 ya se aplican en el procesamiento de gas natural (NGP), donde la eliminación de CO2 del gas natural es necesaria para mejorar el valor calorífico y/o para cumplir las especificaciones de las tuberías. El almacenamiento de CO2, combinado con el NGP, se ha demostrado con éxito en el yacimiento de gas de Sleipner, en Noruega, y en los yacimientos de gas de In Salah, en Argelia. Hay una serie de plantas de CAC previstas en todo el mundo. En el sector industrial, el proyecto de CAC de Quest, en Alberta (Canadá), prevé la captura de 1,2 millones de toneladas de CO2 al año en una planta de mejora de arenas petrolíferas y su transporte a una formación salina profunda para su almacenamiento. Se espera que el proyecto entre en funcionamiento en 2016. En el sector energético, el proyecto IGCC del condado de Kemper, en Mississippi, es una central eléctrica de ciclo combinado de gasificación integrada de 600 MW de nueva construcción, que prevé capturar 3,5 MtCO2 al año, utilizando el CO2 para la recuperación mejorada de petróleo. Este proyecto está actualmente en construcción y su finalización está prevista para finales de 2014. El Global CCS Institute identifica 12 proyectos de CAC actualmente en funcionamiento, con 8 proyectos en construcción (Global CCS Institute, 2013).

Incertidumbre normativa y percepción pública de la tecnología de captura y almacenamiento de carbono

Cualquier tecnología nueva con riesgos potenciales se enfrenta a la incertidumbre normativa en su etapa inicial. En el caso de la CAC, estos impedimentos están en proceso de resolverse. En los últimos años, se han introducido modificaciones en las disposiciones legislativas internacionales, concretamente en el Protocolo de Londres (Convenio sobre la Prevención de la Contaminación Marina por Vertido de Desechos y Otras Materias de 1972 y Protocolo de 1996) y en el Convenio OSPAR (Convenio para la Protección del Medio Marino del Atlántico Nordeste) para dar cabida al almacenamiento de CO2 en alta mar. Sin embargo, sigue habiendo una serie de cuestiones jurídicas relacionadas con la responsabilidad del almacenamiento, la responsabilidad del control y el transporte transfronterizo de CO2. La falta de marcos normativos puede obstaculizar el progreso de los proyectos de CAC, dado el nivel de riesgo asociado al que se enfrentan los promotores de proyectos. En la UE, Canadá y Australia se han adoptado marcos legales para la CAC; en Estados Unidos se está debatiendo al respecto.

La posición de las ONG medioambientales sobre la CAC es variada; mientras que algunas apoyan las tecnologías, otras se oponen. Los científicos sociales han observado una falta general de concienciación y comprensión entre el público no especializado. En varias comunidades en las que se planificaron proyectos de almacenamiento de CO2, las partes interesadas locales han mostrado su preocupación por los riesgos de la CAC y, en algunos casos, han protestado. La percepción pública de la CAC se considera actualmente un obstáculo importante si los proyectos de demostración de la CAC no van acompañados de un suministro de información imparcial y de procesos de participación de la comunidad.

Impacto medioambiental y riesgos de la tecnología de captura y almacenamiento de carbono

La captura y almacenamiento de carbono (CAC) tiene el potencial de reducir significativamente las emisiones de CO2 de la generación de energía y de las instalaciones industriales. El mayor riesgo asociado a la CAC son las posibles fugas de los sistemas de tuberías y los lugares de almacenamiento, ya sean temporales o permanentes. El CO2 no es un gas venenoso, pero puede provocar asfixia si la concentración en el aire es lo suficientemente alta, por ejemplo si la fuga se produce en un edificio cerrado. Los riesgos de una fuga de CO2 en una tubería no son diferentes a los del transporte de gas natural, por ejemplo, aunque el CO2 no es inflamable. Muchos países han establecido marcos reguladores y normas para el transporte y el almacenamiento permanente de CO2, cuyo objetivo es garantizar que estas prácticas no supongan una amenaza para la seguridad de las personas y el medio ambiente.

Los impactos ambientales negativos relacionados con la CAC están asociados a la demanda adicional de combustibles fósiles, debido a la penalización energética para operar la unidad de captura, y a los impactos toxicológicos relacionados con el uso de disolventes para atrapar químicamente el CO2 (Zapp et al., 2012). El uso de la CAC es un compromiso entre el alto potencial de reducción de CO2, y los moderados impactos ambientales de la reducción de la eficiencia energética y los impactos ambientales asociados a la captura de CO2.

Estado de la tecnología de captura y almacenamiento de carbono & y su futuro potencial de mercado

Actualmente existen en todo el mundo cuatro ejemplos de proyectos de CAC a gran escala, todos ellos en el sector industrial y no en la producción de electricidad. Además de Weyburn, que utiliza CO2 procedente de una instalación de gasificación de carbón en Estados Unidos, la petrolera noruega Statoil inyecta desde 1996 alrededor de un millón de toneladas de CO2, separado del gas natural, en una formación salina profunda bajo el Mar del Norte, y desde 2008 se aplica una tecnología similar en el proyecto Snohvit, también en Noruega. Un consorcio formado por BP, Statoil y Sonatrach ha estado inyectando CO2 en In Salah, en Argelia, también con CO2 procedente de la producción de gas. En la producción de fertilizantes e hidrógeno se utiliza una tecnología similar a la de la precombustión, en la que el CO2 capturado se utiliza en otros procesos industriales o se ventila. La tecnología de oxicombustión para su uso en la generación de energía todavía está en fase de demostración, pero actualmente está siendo probada en Alemania por Vattenfall, una compañía eléctrica europea.

La capacidad global para almacenar geológicamente el CO2 es grande, con potenciales recientes en toda la cuenca estimados entre 8.000 Gt y 15.000Gt (AIE, 2008b). Sin embargo, el nivel de conocimientos sobre los potenciales de almacenamiento varía a escala mundial, regional y local (IPCC, 2005). Las estimaciones de las capacidades de almacenamiento están más avanzadas en Europa, Norteamérica, Japón y Australia. Se calcula que los yacimientos de petróleo y gas agotados tienen una capacidad de almacenamiento mundial de entre 675 y 900 GtCO2, y esta opción de almacenamiento parece adecuada debido al conocimiento existente de dichos lugares, así como al potencial de reutilización de la infraestructura existente de los procesos de extracción de petróleo y gas (IPCC, 2005). Se entiende que las formaciones salinas profundas tienen una capacidad de almacenamiento de al menos 1000 GtCO2, y se cree que están distribuidas en muchas de las cuencas sedimentarias del mundo. Se ha subrayado que se necesita más información sobre las capacidades de almacenamiento en zonas que están experimentando un crecimiento acelerado en el uso de la energía, como China, India, el sudeste asiático, Europa del Este y el sur de África (IPCC, 2005).

Cómo podría contribuir la tecnología de captura y almacenamiento de carbono al desarrollo socioeconómico y a la protección del medio ambiente

El grado en que la CAC apoya el desarrollo sostenible es un tema ampliamente debatido. Las discusiones en torno a la inclusión de la CAC en el Mecanismo de Desarrollo Limpio del Protocolo de Kioto ejemplifican las diferentes opiniones de las partes interesadas. Algunos sostienen que ninguna tecnología que implique la combustión de combustibles fósiles puede asociarse al desarrollo sostenible, debido a la naturaleza finita de dichos recursos. Otros apuntan a los efectos del uso de combustibles fósiles, más allá de las emisiones de CO2 únicamente, incluyendo los impactos ambientales de la minería del carbón (Coninck, 2008).

Clima

Como ya se ha dicho, la CAC podría capturar entre el 85 y el 95% del CO2 producido en una planta (IPCC, 2005), pero las reducciones netas de emisiones son del orden del 72 al 90% debido a la energía que cuesta separar el CO2 y las emisiones anteriores (Viebahn et al., 2007)

Necesidades financieras y costes de la tecnología de captura y almacenamiento de carbono

Actualmente, la mayoría de las aplicaciones de CAC no son económicamente viables. El equipo adicional utilizado para capturar y comprimir el CO2 también requiere cantidades significativas de energía, lo que aumenta las necesidades de combustible de una central eléctrica de carbón entre un 25 y un 40% y también eleva los costes (IPCC, 2005). Se espera que los proyectos de demostración de CAC en el sector energético cuesten entre 90 y 130 dólares/tCO2 evitados, y que el coste baje a 50-75 dólares/tCO2 para las actividades comerciales a gran escala que tengan lugar después de 2020 (Mckinsey & Company, 2008). Estos costes tienen en cuenta la penalización energética de la captura de CO2, pero no las emisiones previas, por lo que suponen una reducción de emisiones del 80 al 90% en comparación con una planta convencional.

Recientemente, se ha prestado atención a la evaluación del potencial y los costes de la CAC en el sector industrial (ONUDI/AIE, 2011; ZEP, 2013). Muchos procesos industriales, por ejemplo la producción primaria de acero, la producción de cemento y el refinado de petróleo, funcionan al límite de la eficiencia energética, y la captura de CO2 es la única tecnología capaz de reducir aún más las emisiones. Los costes de la aplicación de la CAC en la industria varían mucho según las aplicaciones, aunque algunos costes son mucho más bajos que los encontrados en el sector energético (véase la Figura 4).

Hay que tener en cuenta que, aunque las aplicaciones de la CAC aumentarán los costes de la generación de energía y de la producción industrial, la AIE (2008a) ha calculado que una exclusión de la CAC de la cartera de mitigación global aumentará el coste de lograr la estabilización del clima en un 70%. Basándose en esta información, la inclusión de la CAC en la cartera de mitigación puede justificarse desde el punto de vista de la eficiencia económica a largo plazo.

Estado del mercado del Mecanismo de Desarrollo Limpio

En la conferencia del clima de 2010 en Cancún, México, la Conferencia de las Partes del protocolo de Kioto (CMP) decidió incluir los proyectos de CAC en el marco del Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL).

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Coninck, H.C.De, 2008. ¿Caballo de Troya o cuerno de la abundancia? Reflexiones sobre la autorización de la CAC en el MDL. Energy Policy 36, pp. 929-936.
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