Tercer Milenio
En colaboración con ITA
Desafíos globales
El gran reto: desvincular desarrollo y emisiones de CO₂
El Instituto de Carboquímica del CSIC investiga una nueva fórmula de generar energía que produce CO₂ puro, listo para ser transportado y almacenado.
Con un proceso similar a la respiración humana, una nueva tecnología de generación de energía denominada combustión con transportadores sólidos de oxígeno –‘chemical looping combustion’, en inglés– podría ser clave en la lucha contra el cambio climático. El Instituto de Carboquímica del CSIC es pionero y referente a nivel internacional en esta nueva fórmula de generación de energía que produce CO₂ puro, listo para ser transportado y almacenado
Contra el cambio global
Viajemos unos meses atrás. "El verano se alarga cada vez más en España: 32 grados a finales de octubre". "Las noches tropicales se extienden de mayo a septiembre e incluso se siguen produciendo a mediados de octubre". "Un ‘veroño’ sin fin". "El verano más cálido en 61 años". Está claro que el planeta nos está dando señales inequívocas de hacia dónde nos dirigimos.
Si observamos la gráfica de colores que muestra el cambio de temperatura a lo largo de un siglo en el planeta, nos damos cuenta de que los años con temperaturas más cálidas son cada vez más frecuentes y de mayor intensidad. Y esto es simplemente consecuencia del cambio climático derivado de la emisión de gases de efecto invernadero, principalmente CO₂, por la utilización de combustibles fósiles como el carbón o el petróleo, que suponen alrededor de 37 Gt de CO₂ al año (37.000.000.000 toneladas de CO2). Existe una correlación inequívoca entre las emisiones de CO₂ a la atmósfera y el aumento de la temperatura del planeta.
Con el fin de avanzar en la lucha contra el cambio climático, el Acuerdo de París, firmado en 2015 y ratificado por 189 países, acordó limitar el aumento de la temperatura media del planeta por debajo de 2ºC respecto a los niveles preindustriales y redoblar los esfuerzos para limitarlo a 1,5ºC a final de siglo. Además, se pretende alcanzar la neutralidad climática en 2050, es decir, que la cantidad de CO₂ emitida a la atmósfera por la actividad humana sea equivalente a la que se absorbe por los sumideros naturales, como bosques y océanos. Esto supone un reto increíble para el ser humano, ya que supondría que necesitaríamos dejar de emitir alrededor de 1.000 Gt de CO₂ hasta 2050, y aun así seguir manteniendo nuestro nivel de vida actual.
En los últimos 15 años se ha producido un avance muy importante en el desarrollo e implantación de energías renovables y, además, cada vez existe mayor concienciación ciudadana en cuanto a los efectos que provoca el cambio climático. De hecho, se había producido una disminución de las emisiones de CO₂ desde 2015, y especialmente durante la época de la pandemia de la covid, por el parón de la actividad humana. Sin embargo, en la época poscovid repuntaron de nuevo las emisiones de CO₂ por un aumento en la producción, todo ello incrementado por la cruel invasión de Ucrania por parte de Rusia, que ha supuesto un paso atrás en el camino iniciado y que muestra las flaquezas de nuestras convicciones medioambientales y nuestra gran dependencia de las energías fósiles a día de hoy.
Esto no es reflejo sino de que las emisiones de CO₂ van ligadas al modelo de desarrollo que actualmente predomina a nivel mundial, debido al elevado consumo energético y a nuestra capacidad de producir bienes. De hecho, uno de los mayores retos que se nos plantea como sociedad es poder desvincular desarrollo y emisiones de CO₂.
Las tecnologías de captura y almacenamiento de CO₂ se hacen indispensables para alcanzar este reto. Estas tecnologías consisten en capturar el CO₂ procedente de grandes fuentes emisoras (centrales térmicas, cementeras, refinerías y acerías) para, posteriormente, transportarlo y almacenarlo en lugares adecuados para ello. Actualmente, ya existen experiencias satisfactorias de almacenamiento de CO₂, como la del acuífero salino de Sleipner, en el Mar del Norte, donde se lleva almacenando CO₂ desde hace más de 20 años, y que cuenta con capacidad suficiente para almacenar las emisiones de CO₂ de Europa durante el presente siglo.
Combustibles renovables como la biomasa y ciertos residuos orgánicos se consideran neutros respecto a las emisiones de CO₂, ya que durante su combustión emiten el mismo CO₂ que han captado durante su crecimiento mediante la fotosíntesis. Su utilización en procesos ligados a los de captura y almacenamiento del CO₂ puede llegar a producir emisiones negativas de CO₂ en el cómputo global. De esta manera, se lograría un doble efecto, ya que no solo no estaríamos emitiendo CO₂ a la atmósfera, sino que estaríamos retirando CO₂ de la misma, a la vez que seguimos produciendo energía. Esta tecnología de Bioenergía con Captura y Almacenamiento de CO₂ (BECCS por sus siglas en inglés), estaría rompiendo el vínculo entre desarrollo y emisiones de CO₂, el gran reto de nuestra supervivencia como planeta.
Tecnologías de Chemical Looping para captura de CO₂
El Instituto de Carboquímica (ICB) del CSIC está desarrollando un nuevo proceso de generación de energía, denominado combustión con transportadores sólidos de oxígeno o, en inglés, 'Chemical Looping Combustion' (CLC), que permite producir corrientes prácticamente puras de CO₂ listas para su transporte y almacenamiento. Mientras otras tecnologías alternativas requieren de costosos sistemas de separación de gases, como la separación de CO₂ de los humos de combustión (procesos poscombustión) o de oxígeno del aire (procesos de oxicombustión), en CLC la separación del CO₂ es inherente al propio proceso, lo que reduce apreciablemente el coste total de generación de energía, a la vez que contribuye a la mitigación del cambio climático.
El novedoso concepto CLC se basa en la transferencia de oxígeno del aire al combustible por medio de un óxido metálico que actúa como transportador de oxígeno, evitando así la mezcla entre el aire y el combustible y obteniendo una corriente gaseosa a la salida compuesta únicamente por CO₂ y vapor de agua, que una vez separada el agua por condensación permite obtener una corriente pura de CO₂ lista para su almacenamiento. El concepto es similar al de la respiración humana, donde la hemoglobina (equivalente al transportador de oxígeno) se encarga de transportar el oxígeno desde los pulmones a las células, donde se produce la energía en el ser humano. La única diferencia es que en el proceso CLC las reacciones se producen a temperaturas cercanas a los 1.000ºC.
Emisiones negativas
Además, la utilización de combustibles renovables en estos procesos permite alcanzar emisiones negativas de CO₂ a la atmósfera en el cómputo global mediante la tecnología BECCS (Bioenergía con Captura y Almacenamiento de CO₂). Hay que tener en cuenta que España cuenta con una gran capacidad de utilización de biocombustibles incluyendo biomasa, biogás o residuos renovables, entendidos como la fracción orgánica de los residuos municipales. Este aspecto, además de tener consecuencias medioambientales evidentes, podría resultar ventajoso desde un punto de vista económico en un mercado de emisiones de CO₂ como el existente actualmente.
La tecnología con transportadores sólidos de oxígeno ha alcanzado un gran nivel de madurez científica, aunque es necesario demostrarla a escala industrial. Actualmente, la mayor planta de combustión mediante esta tecnología, con una potencia de 4 MW, se ha construido en la región de Sichuan, dentro de un proyecto de colaboración entre la Unión Europea y China.
El gran desarrollo alcanzado por la tecnología de transportadores de oxígeno ha permitido diversificar su uso en diferentes procesos de ‘chemical looping’. El Instituto de Carboquímica participa actualmente en un proyecto que incluye la mayor planta de demostración de la tecnología de gasificación de biomasa, en inglés ‘chemical looping gasification’, mediante el uso de estos transportadores de oxígeno. El gas de síntesis obtenido, compuesto por monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2), es idóneo para la producción de biocombustibles líquidos para el transporte (biodiésel) o para aviación (bioqueroseno). Las pruebas realizadas recientemente en la planta de 1 MW, situada en la Universidad Técnica de Darmstadt (Alemania), utilizando pellets de pino y de paja como residuos biomásicos han sido muy satisfactorias.
Quién lo investiga
El grupo de Combustión y Gasificación del Instituto de Carboquímica (ICB) del CSIC en Zaragoza, liderado por Juan Adánez, investiga en procesos avanzados para la generación de energía o biocombustibles de forma sostenible, es decir, procesos no contaminantes y minimizando la huella de carbono.
El grupo es reconocido internacionalmente por el desarrollo de nuevas tecnologías de captura de CO₂ en procesos de combustión y gasificación de gran eficiencia y bajo coste. Estas tecnologías, denominadas de ‘chemical looping’, utilizan transportadores sólidos de oxígeno para la combustión, la producción de hidrógeno o la producción de gas de síntesis para obtener biocombustibles, minimizando siempre las emisiones de CO₂ a la atmósfera.
El grupo está formado por investigadores de plantilla de perfil tecnológico (Juan Adánez, Alberto Abad, Luis F. de Diego, Francisco García Labiano, Pilar Gayán, María Teresa Izquierdo y Teresa Mendiara), investigadores doctores o en formación y personal de apoyo especializado, de forma que se cubren todos los aspectos de la investigación en estos procesos, desde el desarrollo de transportadores de oxígeno hasta el diseño y operación de prototipos o plantas piloto. La repercusión de sus trabajos ha hecho que varios de sus investigadores hayan sido incluidos durante cuatro años consecutivos en la lista de investigadores más citados elaborada por Clarivate Analytics.
El pasado mes de septiembre, el Instituto de Carboquímica organizó la VI Conferencia Internacional de ‘Chemical Looping’, que reunió a más de 120 expertos mundiales, entre ellos el pionero Anders Lyngfelt, de la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia), y Fanxing Li, de la Universidad de Carolina del Norte (Estados Unidos).
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