Captura y almacenamiento de carbono

La capacidad para almacenar el CO₂ geológicamente es enorme comparado a los volúmenes de emisiones industriales, lo que puede significar una gran oportunidad para reducir los niveles de CO₂ en la atmósfera.

Javier PÉrez BarnÉs*

La captura y almacenamiento de carbono tiene el potencial de marcar una diferencia importante para reducir el CO₂ emitido a la atmósfera por procesos industriales. IPCC ⁽¹⁾ señala que de implementarse dichas tecnologías durante este siglo, se podrían mitigar 15 a 55% de las emisiones globales de CO₂. ⁽²⁾ El rango dependerá de los costos de implementación de los proyectos y las medidas adoptadas por los gobiernos en materia de eficiencia y diversificación energética.

Captura de carbono

El consumo anual global de combustibles fósiles es de aproximadamente 10 mil millones de toneladas de petróleo equivalente. ⁽³⁾ La mitad de dicho consumo está centralizado principalmente en plantas de generación eléctrica y complejos industriales como refinerías y petroquímicas. La estrategia claramente tiene que ser dirigida a capturar el CO₂ en plantas centralizadas, dado que es mucho más barato capturar el CO₂ antes de que éste sea dispersado por otras fuentes. ⁽⁴⁾ A nivel industrial existen tres principales sistemas de captura (ver esquema).

Sistemas de captura de carbono

Fuente: IPCC, 2005

1. Después de la combustión. Los gases ⁽⁵⁾ se ponen en contacto con aminas que selectivamente absorben el CO₂, permitiendo que el nitrógeno y el oxigeno sean liberado a la atmósfera. Las aminas ricas en CO₂ son regeneradas con vapor y ya sin el CO₂ reutilizadas en el proceso de absorción. El CO₂ separado se envía a compresión. Este método es económicamente atractivo si el CO₂ capturado se inyecta en campos maduros para aumentar la producción de crudo o gas natural.

2. Antes de la combustión. El gas natural es reformado en un reactor con oxigeno para producir una mezcla de gas de síntesis, ⁽⁶⁾ CO₂ y agua. Los componentes de la mezcla son enviados a un reactor Shift que favorece la producción de hidrogeno. Por medio de un proceso de absorción, el CO₂ es separado del hidrogeno, el cual es enviado como combustible a turbinas de gas para generar electricidad. ⁽⁷⁾ El CO₂ separado se envía compresión. IPCC estima que este método de captura puede aumentar el costo de producción de hidrógeno entre 5-33%, dependiendo de la escala del proyecto.

3. Combustión oxyfuel. El reto consiste en separar el oxígeno del aire -que es principalmente nitrógeno- por medio de destilación criogénica para quemar el combustible con oxígeno puro. El calor producido es utilizado en ciclo combinado para la generación de energía eléctrica. Dado que el gas resultante de la combustión es principalmente vapor de agua y CO₂, éste último puede separarse al enfriarlo. A pesar que la tecnología de separación de oxígeno a gran escala ya es comercial, este método sigue en fase de investigación. IPCC estima que los costos de captura podrían reducirse entre 20-30% para los próximos 10 años si se mantienen las inversiones en investigación y desarrollo.

Fuente: Bellona

AIE estima que la generación eléctrica representa 40% del CO₂ emitido por el sector de energía y que la demanda global de energía primaria podría incrementarse 55% para 2030. Ante estas perspectivas y dado que gran parte de la demanda incremental vendrá de China e India, utilizando principalmente carbón, la implementación de estas tecnologías y sistemas podría reflejarse en un descenso importante de sus emisiones de CO₂ proyectadas a futuro.

Reducción del volumen de CO2 con profundidad

Fuente: Frontiers, April 2008. The BP magazine of technology and innovation.

Almacenamiento de carbono

Una vez que se ha capturado el CO₂ el siguiente paso es almacenarlo. Inyectar gas, (incluyendo al CO₂) en yacimientos de crudo y gas es práctica común para la recuperación mejorada de pétroleo. En dicha técnica se bombea CO₂ al yacimiento mediante un pozo de inyección. El CO₂ se disuelve en el petróleo, reduciendo su viscosidad y mejorando su flujo. También se expande en volumen, aumentando más la presión, lo que empuja al crudo hacia el pozo de producción.

Otra opción viable es inyectar CO₂ en campos de crudo y gas agotados, pues está probado que son muy efectivos para atrapar y retener grandes cantidades de gas y líquidos por miles a millones de años. IPCC estima que hasta 900 Gton. de CO₂ pueden ser almacenados en yacimientos agotados y el potencial es todavía mayor si se considera otras opciones de almacenamiento geológico. ⁽⁸⁾

Existen trampas estratigráficas donde los hidrocarburos son retenidos por debajo de una capa impermeable. ⁽⁹⁾ Para almacenar el CO₂ en dichas estructuras, el gas tiene que ser comprimido y luego inyectado por medio de un pozo a la profundidad apropiada, generalmente entre 800-3000 metros. Las presiones y temperaturas a estas profundidades causan que el CO₂ se comporte como un fluido supercrítico, lo que implica que se puede mover a través de los poros de los yacimientos como un gas, pero ocupando mucho menos espacio, como si fuera un líquido. De esta forma, mientras más profundo se inyecte el CO₂, se volverá más denso y necesitará menor volumen de almacenamiento (ver gráfica).

Fuente: Research Institute of Innovative Technology for the Earth (RITE).

Conclusiones

Expertos de BP estiman que hasta 90% del costo tendrá que ser asignado a la captura más que al almacenamiento de carbono, ya que requiere sistemas avanzados de generación eléctrica y nuevos diseños de procesos industriales. Por lo que será fundamental disminuir dicho costo para cumplir con la meta de reducción de 50% de las emisiones de efecto invernadero para 2050, establecida en 2008 por el G8.

La capacidad para almacenar el CO₂ geológicamente es enorme comparado a los volúmenes de emisiones industriales, lo que puede significar una gran oportunidad para reducir los niveles de CO₂ en la atmósfera y contribuir así a la estabilización del clima a nivel global.

PIES DE NOTA:

⁽¹⁾ Intergovernmental Panel on Climate Change, Special Report, 2005, Carbon Dioxide Capture and Storage, Summary for Policy Makers.
⁽²⁾ Se considera un método de alto impacto, dado que podría ayudar a estabilizar el CO₂ a 550 ppm en la atmósfera, nivel que se estima necesario para que la temperatura no suba a más de 2°C y evitar de esta manera consecuencias catastróficas para el planeta.
⁽³⁾ Incluye crudo, gas y carbón. Datos de BP Statistical Review, 2008.
⁽⁴⁾ Como motores de vehículos, por ejemplo.
⁽⁵⁾ Antes tratados para retirar partículas, óxidos de nitrógeno y azufre.
⁽⁶⁾ Contiene principalmente hidrógeno y monóxido de carbono.
⁽⁷⁾ El hidrogeno también puede usarse para la síntesis de amoniaco e hidroprocesamiento en refinerías.
⁽⁸⁾ En formaciones salinas se estima un mayor potencial: 10,000 Gton de CO₂.
⁽⁹⁾ A menudo de sal o arcilla.

? Asesor en temas internacionales de energía en la Dirección General de Petróleos Mexicanos (Pemex). Ingeniero químico de la UNAM y maestro en Ecological Economics de la Universidad de Edimburgo en Reino Unido (Japerez@dg,pemex.com )