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CONFINAMIENTO DE CO2. - circe - Universidad de Zaragoza

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1. Introducción<br />

<strong>CONFINAMIENTO</strong> <strong>DE</strong> <strong>CO2.</strong><br />

Luis M. Romeo, Jesús M. Escosa<br />

Centro <strong>de</strong> Investigación <strong>de</strong> Recursos y Consumos Energéticos (CIRCE).<br />

<strong>Universidad</strong> <strong>de</strong> <strong>Zaragoza</strong>. Centro Politécnico Superior. María <strong>de</strong> Luna, 3, 50018 <strong>Zaragoza</strong>.<br />

Juan C. Ballesteros<br />

En<strong>de</strong>sa Generación S.A.<br />

Ribera <strong>de</strong>l Loira 60, Madrid.<br />

La Cumbre <strong>de</strong> Kyoto (1997) pue<strong>de</strong> consi<strong>de</strong>rarse como la llave <strong>de</strong>finitiva que abrió la puerta<br />

hacia una serie <strong>de</strong> acciones conjuntas encaminadas a paliar las emisiones <strong>de</strong> gases <strong>de</strong> efecto<br />

inverna<strong>de</strong>ro. Se establecieron una serie <strong>de</strong> compromisos conducentes a la disminución <strong>de</strong> las<br />

emisiones globales <strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> gases en un 5,2% en el año 2012 respecto a 1990. El<br />

compromiso <strong>de</strong> España fue el <strong>de</strong> no aumentar las emisiones por encima <strong>de</strong>l 15%, objetivo<br />

marcado <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l compromiso europeo <strong>de</strong> reducir sus emisiones en un 8%. La realidad en<br />

estos momentos es la absoluta divergencia por exceso <strong>de</strong> la cantidad a la que España se<br />

comprometió, significando la falta <strong>de</strong> planificación existente hasta la fecha.<br />

Es conocida la importante fuente <strong>de</strong> emisiones <strong>de</strong> CO2 que representa la generación <strong>de</strong> energía<br />

eléctrica, pero también lo es el transporte y la utilización <strong>de</strong> combustibles fósiles en la industria,<br />

repartiéndose las dos primeras activida<strong>de</strong>s más <strong>de</strong> la mitad <strong>de</strong> las emisiones totales nacionales. El<br />

transporte representa una fuente <strong>de</strong> emisiones móvil, aspecto que obliga a un tratamiento distinto<br />

<strong>de</strong> reducción <strong>de</strong> emisiones con respecto a las proce<strong>de</strong>ntes <strong>de</strong> industria y generación <strong>de</strong> energía<br />

eléctrica, don<strong>de</strong> la estaticidad <strong>de</strong> la fuente posibilita tratamientos menos costosos.<br />

Es necesario compren<strong>de</strong>r que la fuente <strong>de</strong> abastecimiento <strong>de</strong> los combustibles fósiles es todavía<br />

importante y que su utilización va a seguir siendo vital para el <strong>de</strong>sarrollo. Ahora bien, para<br />

enmarcar el uso <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> un marco sostenible es imprescindible plantear un “nuevo” campo <strong>de</strong><br />

estudio que, atendiendo a numerosas concepciones, se ha optado por <strong>de</strong>nominar confinamiento<br />

<strong>de</strong> <strong>CO2.</strong> En el concepto <strong>de</strong> secuestro, en alusión a las fuentes estáticas, es necesario implicar tres<br />

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activida<strong>de</strong>s principales como son la captura, el transporte y el confinamiento o transformación<br />

<strong>de</strong>l gas en <strong>de</strong>pósitos o compuestos estables, seguros y dura<strong>de</strong>ros.<br />

2. Tecnologías <strong>de</strong> confinamiento <strong>de</strong> CO2<br />

El primer paso para confinar el CO2 <strong>de</strong> una corriente <strong>de</strong> gases <strong>de</strong> combustión es su captura. Esto<br />

significa disponer <strong>de</strong>l CO2 <strong>de</strong> forma aislada para po<strong>de</strong>r posteriormente transportarlo y confinarlo.<br />

Dependiendo <strong>de</strong> la parte <strong>de</strong>l proceso en la que se produzca dicha captura se habla <strong>de</strong> captura en<br />

post-combustión o captura en pre-combustión. Cuando el CO2 se aísla <strong>de</strong> la corriente <strong>de</strong> gases<br />

una vez realizado todo el proceso <strong>de</strong> combustión, se habla <strong>de</strong> captura en post-combustión. La<br />

concentración <strong>de</strong> CO2 en el gas es pequeña, <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong>l 4% en las centrales <strong>de</strong> gas natural y <strong>de</strong>l<br />

14% en las <strong>de</strong> carbón. Este aspecto condiciona los tratamientos para la captura <strong>de</strong>l CO2, por ello<br />

existen otras técnicas <strong>de</strong>nominadas <strong>de</strong> pre-combustión en las que el objetivo es aumentar la<br />

concentración <strong>de</strong> CO2 en la corriente <strong>de</strong> gases modificando el proceso antes <strong>de</strong> la combustión.<br />

Un ejemplo <strong>de</strong> captura en pre-combustión sería la Gasificación Integrada con Ciclo Combinado<br />

(GICC), en la que la gasificación <strong>de</strong>l carbón mediante una corriente <strong>de</strong> oxígeno puro o vapor<br />

proporciona una corriente rica en CO y H2 y tras la combustión se obtiene CO2 y H2O.<br />

Las distintas tecnologías <strong>de</strong> captura pue<strong>de</strong>n ser utilizadas en las dos opciones comentadas siendo<br />

la concentración <strong>de</strong> CO2 en el gas la que justifique en mayor medida el empleo <strong>de</strong> una u otra<br />

opción.<br />

Absorción<br />

Existen dos conceptos distintos <strong>de</strong> absorción, física y química, <strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong> la relación entre<br />

el absorbente y el CO2 y <strong>de</strong> la concentración <strong>de</strong> éste en los gases. La absorción química se utiliza<br />

cuando la concentración molar es pequeña, <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong>l 3% al 21% molar. Dicha concentración<br />

coinci<strong>de</strong> con la correspondiente a la existente en los gases producidos en las tecnologías actuales<br />

<strong>de</strong> combustión <strong>de</strong> carbón o gas natural. La absorción química aprovecha la aci<strong>de</strong>z <strong>de</strong>l CO2 en la<br />

reacción con un compuesto básico en disolución acuosa formando una sal. Dicha reacción se<br />

produce en una columna <strong>de</strong> absorción. Posteriormente la sal se regenera mediante calor,<br />

2


separando el <strong>CO2.</strong> El propio proceso <strong>de</strong> reacción requiere que los compuestos ácidos <strong>de</strong>l gas <strong>de</strong><br />

combustión sean eliminados previamente. Este aspecto que obliga a instalar sistemas <strong>de</strong><br />

<strong>de</strong>sulfuración si el combustible utilizado contiene azufre, evitar la formación <strong>de</strong> óxidos <strong>de</strong><br />

nitrógeno, y reducir el contenido <strong>de</strong> oxígeno en el gas. Las características solicitadas a los<br />

absorbentes químicos son una alta capacidad <strong>de</strong> absorción, alta resistencia a la <strong>de</strong>gradación y alta<br />

velocidad <strong>de</strong> reacción. Los absorbentes más utilizados son las aminas, comprobándose que con la<br />

mono-etanol-amina (MEA) se obtienen buenos resultados, auque insuficientes a gran escala.<br />

La ventaja <strong>de</strong> utilizar absorción física es la eliminación <strong>de</strong>l alto consumo energético en el<br />

proceso <strong>de</strong> regeneración <strong>de</strong> la absorción química, ya que una simple <strong>de</strong>spresurización o aumento<br />

<strong>de</strong> temperatura basta para separar el absorbente <strong>de</strong>l <strong>CO2.</strong> La única <strong>de</strong>sventaja es la necesidad <strong>de</strong><br />

modificaciones en el proceso <strong>de</strong> combustión existente para aumentar la concentración <strong>de</strong> CO2 si<br />

ésta no es elevada. Los absorbentes físicos mayormente utilizados son el Rectisol (metanol frío)<br />

y el Selexol (dimetil-éter <strong>de</strong> polietilenglicol).<br />

Adsorción<br />

El proceso <strong>de</strong> adsorción se basa en la interacción <strong>de</strong>l gas <strong>de</strong> combustión con un sólido<br />

adsorbente. Al pasar el gas por el adsorbente, queda atrapado el compuesto afín al sólido<br />

mediante débiles fuerzas superficiales. La capacidad y cinética <strong>de</strong> adsorción <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong> la<br />

presión y temperatura <strong>de</strong> operación, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> otros factores tales como el tamaño <strong>de</strong>l poro <strong>de</strong>l<br />

adsorbente, volumen <strong>de</strong>l poro, área, y afinidad <strong>de</strong>l gas por el adsorbente. Coincidiendo mejores<br />

funcionamientos a presiones parciales elevadas y bajas temperaturas, obligando ello a comprimir<br />

y enfriar el gas antes <strong>de</strong> su contacto con el adsorbente.<br />

Los adsorbentes utilizados son lechos <strong>de</strong> alúmina, zeolitas y fundamentalmente carbón activado,<br />

adsorbente físico, que a<strong>de</strong>más, se regenera fácilmente. También se pue<strong>de</strong>n utilizar los<br />

adsorbentes híbridos (alúmina gel y silica gel) cuyo comportamiento es una mezcla entre<br />

absorción y adsorción. Un inconveniente <strong>de</strong> la adsorción es la selectividad <strong>de</strong>l proceso, ya que<br />

presencia <strong>de</strong> otros compuestos <strong>de</strong>l gas (vapor <strong>de</strong> agua), pue<strong>de</strong>n conseguir sitio en una zona activa<br />

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<strong>de</strong>l adsorbente, restando capacidad <strong>de</strong> adsorción <strong>de</strong>l <strong>CO2.</strong> Otro inconveniente muy importante, es<br />

la gran superficie necesaria por unidad <strong>de</strong> masa o volumen <strong>de</strong> gas adsorbido. Existen dos<br />

métodos comerciales, PSA (Pressure swing adsorption) y TSA (Temperature swing adsorption),<br />

utilizados principalmente para la producción <strong>de</strong> hidrógeno y para la separación <strong>de</strong> CO2 <strong>de</strong>l gas<br />

natural antes <strong>de</strong> ser comercializado, no siendo atractivos para la separación <strong>de</strong>l CO2 a gran<br />

escala. En el PSA, el gas es pasado a través <strong>de</strong>l lecho adsorbente a elevada presión, siendo<br />

regenerado reduciendo dicha presión o aumentando la temperatura (TSA).<br />

Criogenización<br />

El CO2 pue<strong>de</strong> ser separado <strong>de</strong> la corriente <strong>de</strong> gases mediante con<strong>de</strong>nsación. Esto se consigue<br />

comprimiendo los gases hasta una presión <strong>de</strong>terminada y enfriándolos posteriormente hasta la<br />

temperatura <strong>de</strong> saturación correspondiente a esa presión. Con ello, el CO2 se dispone en forma<br />

líquida para po<strong>de</strong>r transportarlo con facilidad. El inconveniente <strong>de</strong>l proceso es la necesidad <strong>de</strong><br />

enfriar por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> 0 ºC, <strong>de</strong>biendo tener especial cuidado <strong>de</strong> no bajar por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> -57 ºC,<br />

punto crítico <strong>de</strong>l <strong>CO2.</strong> Otro inconveniente, surge <strong>de</strong> la necesidad <strong>de</strong> separar, con anterioridad a la<br />

refrigeración, los compuestos que tienen puntos <strong>de</strong> congelación por encima <strong>de</strong> las temperaturas<br />

necesarias para con<strong>de</strong>nsación <strong>de</strong>l <strong>CO2.</strong> Tal es el caso <strong>de</strong>l vapor <strong>de</strong> agua, que <strong>de</strong>be ser eliminado<br />

antes <strong>de</strong> entrar al sistema <strong>de</strong> criogenización. El proceso se utiliza cuando la concentración <strong>de</strong><br />

CO2 en el gas <strong>de</strong> combustión es elevada, más <strong>de</strong>l 90 por ciento. En caso contrario, la energía se<br />

consume en comprimir gases que no interesa con<strong>de</strong>nsar.<br />

Membranas<br />

La separación <strong>de</strong>l CO2 <strong>de</strong> la corriente <strong>de</strong> gases también pue<strong>de</strong> conseguirse mediante la<br />

penetración <strong>de</strong>l gas en un medio poroso o semiporoso que es la membrana. Para la selección <strong>de</strong><br />

la membrana a<strong>de</strong>cuada, los factores influyentes son la permeabilidad (volumen <strong>de</strong> gas que es<br />

transportado a través <strong>de</strong> la membrana por unidad <strong>de</strong> área, por unidad <strong>de</strong> tiempo y por unidad <strong>de</strong><br />

presión diferencial). y la selectividad (capacidad <strong>de</strong> la membrana <strong>de</strong> retener el gas que interesa).<br />

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Las membranas poliméricas transportan los gases mediante un mecanismo <strong>de</strong> difusión.<br />

Desafortunadamente, en este caso, permeabilidad y selectividad son dos criterios inversamente<br />

relacionados. A<strong>de</strong>más, la composición <strong>de</strong>l gas <strong>de</strong> combustión, contiene numerosas especies cada<br />

una con su solubilidad y difusividad a través <strong>de</strong> la membrana, por lo que el proceso se <strong>de</strong>be<br />

realizar en varias etapas. Una característica importante <strong>de</strong> estas membranas es su sensibilidad a<br />

la presencia <strong>de</strong> partículas, produciéndose continuas <strong>de</strong>gradaciones <strong>de</strong> la membrana con el<br />

consiguiente incremento <strong>de</strong> las necesida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> mantenimiento.<br />

Las membranas porosas inorgánicas, metálicas o cerámicas, son especialmente atractivas <strong>de</strong>bido<br />

a que presentan permeabilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> 100 a 10.000 veces mayores que las membranas poliméricas.<br />

A<strong>de</strong>más, pue<strong>de</strong>n operar a presiones y temperaturas elevadas y en ambientes corrosivos. Sin<br />

embargo, su elevado coste las hace todavía inviables.<br />

Elección <strong>de</strong> la tecnología <strong>de</strong> captura a<strong>de</strong>cuada<br />

Deben encontrarse las mejores opciones para cada aplicación concreta. El factor condicionante<br />

es la concentración <strong>de</strong> CO2, por ejemplo absorción física y criogenización serán únicamente<br />

viables cuando la corriente <strong>de</strong> gases esté formada principalmente por <strong>CO2.</strong> En cuanto a las<br />

membranas, siguen existiendo problemas <strong>de</strong> <strong>de</strong>gradación por las altas temperaturas <strong>de</strong> los gases<br />

a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> por las partículas en suspensión que presentan los gases <strong>de</strong> la combustión. La opción<br />

que se ha venido utilizando y que se sigue consi<strong>de</strong>rando la más atractiva es la absorción química<br />

con aminas. Esta tecnología se lleva utilizando hace casi 60 años don<strong>de</strong> se aprovecha para la<br />

obtención <strong>de</strong> CO2 consumido en diversos procesos industriales (alimenticio). El proceso <strong>de</strong><br />

adsorción pue<strong>de</strong> ser atractivo únicamente para aislar pequeñas cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>CO2.</strong><br />

Para poner un ejemplo <strong>de</strong> costes <strong>de</strong> captura, un informe presentado por IEA GHG (2001) para<br />

sistemas <strong>de</strong> generación <strong>de</strong> energía eléctrica, lo sitúa entre 1,0 y 2,5 ct€/kWh, consi<strong>de</strong>rando un<br />

coste <strong>de</strong>l gas entre 2,0 y 1,5 €/GJ. El coste <strong>de</strong> inversión <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> captura supone el 30-50%<br />

<strong>de</strong>l coste <strong>de</strong> inversión <strong>de</strong> la planta y la eficiencia se reduce en 8-15%.<br />

3. Transporte <strong>de</strong> CO2<br />

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Una vez aislado el CO2 <strong>de</strong> la corriente <strong>de</strong> gases <strong>de</strong>be ser llevado hacia el lugar en el que o bien se<br />

consuma en procesos industriales, o bien se <strong>de</strong>splace hasta los potenciales sumi<strong>de</strong>ros que<br />

actualmente se están estudiando. Es evi<strong>de</strong>nte que <strong>de</strong>be encontrarse un tipo <strong>de</strong> transporte<br />

económico, viable y seguro y que seguramente <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rá <strong>de</strong> la fuente <strong>de</strong> la cual se consiga el<br />

CO2 y <strong>de</strong> la naturaleza <strong>de</strong>l sumi<strong>de</strong>ro hacia el que se transporte. Disponer <strong>de</strong>l CO2 en estado<br />

supercrítico es la opción más viable <strong>de</strong>mostrada para el transporte <strong>de</strong>l fluido en conducción<br />

mediante tuberías <strong>de</strong>ducida <strong>de</strong> los proyectos EOR (Enhance Oil Recovery), ya que en forma <strong>de</strong><br />

gas el volumen específico es <strong>de</strong>masiado elevado. Para el transporte en vehículos marítimos y<br />

terrestres la opción más a<strong>de</strong>cuada es disponer al fluido en estado líquido, como <strong>de</strong>muestra la<br />

experiencia <strong>de</strong>l GLP (Gas Licuado <strong>de</strong> Petróleo) y el transporte a pequeña escala <strong>de</strong> CO2 con<br />

fines industriales. En estado sólido el proceso <strong>de</strong> transformación es <strong>de</strong>masiado costoso en sentido<br />

energético.<br />

Tecnologías <strong>de</strong> transporte<br />

El Transporte terrestre parece ser una opción inviable por la enorme cantidad <strong>de</strong> vehículos<br />

necesarios para transportar todo el CO2 capturado. Consi<strong>de</strong>rando una capacidad <strong>de</strong> transporte por<br />

vehículo <strong>de</strong> 60 toneladas <strong>de</strong> CO2 (O<strong>de</strong>nberger & Svensson, 2003) y suponiendo una central<br />

térmica <strong>de</strong> unos 300 MWe con unas emisiones <strong>de</strong> 2 millones <strong>de</strong> toneladas anuales, 5.480<br />

toneladas/día, serían necesarios 92 viajes diarios. Resultados parecidos se obtienen con el tren<br />

con la ventaja <strong>de</strong> la reducción <strong>de</strong> viajes <strong>de</strong> manera proporcional a los vagones empleados.<br />

El GLP es transportado normalmente en estado líquido, por lo que el CO2 también podría hacerlo<br />

en estado líquido en <strong>de</strong>pósitos especiales a una presión <strong>de</strong> 1,4-1,7 MPa. Los <strong>de</strong>pósitos ya<br />

diseñados para el GLP tienen una capacidad <strong>de</strong> 62 m 3 . El CO2 a la presión <strong>de</strong> 1,4-1,7 MPa y<br />

temperatura <strong>de</strong> –25 ºC, -30 ºC tiene una <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> unos 1.000 kg/m 3 , siendo por tanto la carga<br />

que podrían transportar los <strong>de</strong>pósitos 62 toneladas <strong>de</strong> <strong>CO2.</strong><br />

El transporte marítimo tiene mayor capacidad y es más económico, como ejemplo, una compañía<br />

que realiza transporte <strong>de</strong> CO2 en barcos es Hydro Gas & Chemicals en Noruega. La cantidad<br />

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anual <strong>de</strong> CO2 transportada es <strong>de</strong> 300.000 a 350.000 toneladas. Esto supone unos 289 viajes<br />

anuales tomando como datos una capacidad <strong>de</strong> 1.125 toneladas por vehículo y un transporte<br />

anual <strong>de</strong> 325.000 toneladas consi<strong>de</strong>rando una <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong>l CO2 <strong>de</strong> unos 1.000 kg/m 3 .<br />

La conducción mediante re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> tuberías está siendo utilizada en especial en Estados Unidos en<br />

proyectos EOR (Enhanced Oil Recovery), don<strong>de</strong> el CO2 se aprovecha para aumentar la eficiencia<br />

<strong>de</strong> los yacimientos petrolíferos. La longitud total <strong>de</strong> red <strong>de</strong> tuberías <strong>de</strong> transporte <strong>de</strong> CO2 es <strong>de</strong><br />

unos 2.400 km, (Gale & Davison, 2002). Este tipo <strong>de</strong> transporte se consi<strong>de</strong>ra el más efectivo<br />

puesto que presenta una conducción dinámica y continua <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la fuente hasta el potencial<br />

<strong>de</strong>pósito. El coste <strong>de</strong> inversión es importante y muy <strong>de</strong>pendiente <strong>de</strong>l terreno a través <strong>de</strong>l cual<br />

<strong>de</strong>ba discurrir la línea <strong>de</strong> transporte. A tal efecto se estima que el coste <strong>de</strong> inversión es un 50%<br />

mayor la construcción en zonas montañosas con respecto a zonas llanas mientras que la<br />

conducción marina es todavía más cara. Otro coste <strong>de</strong> inversión a tener en cuenta es el <strong>de</strong> la<br />

compresión extra <strong>de</strong>l CO2 para superar la pérdidas en la conducción. Se estima que para una<br />

tubería <strong>de</strong> 0,5 metros <strong>de</strong> diámetro hay una caída <strong>de</strong> presión <strong>de</strong> unos 30 kPa/km, estimándose que<br />

<strong>de</strong> 100 a 200 km <strong>de</strong> línea terrestre <strong>de</strong>be existir una estación <strong>de</strong> compresión <strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong>l<br />

diámetro <strong>de</strong> la tubería (Skovholt, 1993). No ocurre lo mismo en conducciones marinas en las que<br />

es difícil disponer <strong>de</strong> estaciones <strong>de</strong> bombeo intermedias en el interior <strong>de</strong>l agua, <strong>de</strong>biendo realizar<br />

toda la compresión en un principio, aunque bien es cierto que la gravedad ayuda al transporte <strong>de</strong>l<br />

<strong>CO2.</strong> Otra necesidad es la importancia <strong>de</strong> un pequeño volumen específico para transportar la<br />

máxima cantidad <strong>de</strong> materia por volumen conducido. Esto condiciona el estado físico <strong>de</strong>l CO2 a<br />

la hora <strong>de</strong> ser transportado que se lleva hasta las condiciones <strong>de</strong> fluido supercrítico.<br />

Elección <strong>de</strong> la tecnología <strong>de</strong> transporte a<strong>de</strong>cuada<br />

Por la experiencia y los estudios realizados la mejor opción es el transporte en tubería cuando el<br />

transporte <strong>de</strong>l fluido es terrestre y que existe competencia entre el barco y tubería en transporte<br />

marino. El inconveniente <strong>de</strong> utilizar re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> tuberías es la necesidad <strong>de</strong> crear una infraestructura<br />

que pueda transportar CO2 a gran escala frente a la simplicidad <strong>de</strong>l transporte por barco. Sin<br />

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embargo, una a<strong>de</strong>cuada planificación <strong>de</strong> una red europea <strong>de</strong> tuberías, aplicando economías <strong>de</strong><br />

escala permitiría el transporte <strong>de</strong> forma eficaz y económica. En cualquier caso en diversos<br />

estudios una conclusión importante es que el transporte no es el factor limitante en el secuestro<br />

<strong>de</strong>l CO2 pues el coste es bastante inferior a lo que pue<strong>de</strong> ser el proceso <strong>de</strong> captura.<br />

4. Almacenamiento <strong>de</strong>l CO2<br />

Encontrar un <strong>de</strong>pósito que pueda retener el CO2 <strong>de</strong> forma estable y durante largos periodos <strong>de</strong><br />

tiempo es una <strong>de</strong> los principales objetivos <strong>de</strong>l confinamiento <strong>de</strong> <strong>CO2.</strong> Pue<strong>de</strong>n consi<strong>de</strong>rarse tres<br />

conceptos <strong>de</strong> almacenamiento <strong>de</strong> CO2: (a) Alojamiento <strong>de</strong>l gas en <strong>de</strong>pósitos geológicos u<br />

oceánicos; (b) Transformación <strong>de</strong>l CO2 en productos inertes o comerciales; (c) Aprovechamiento<br />

<strong>de</strong> los procesos naturales (fotosíntesis).<br />

Confinamiento en <strong>de</strong>pósitos geológicos<br />

El confinamiento geológico <strong>de</strong>l CO2 se realiza en <strong>de</strong>pósitos naturales como son acuíferos salinos,<br />

yacimientos <strong>de</strong> gas y petróleo y yacimientos <strong>de</strong> carbón <strong>de</strong> difícil explotación.<br />

Los acuíferos salinos son <strong>de</strong>pósitos geológicos que se encuentran en las rocas situadas bajo el<br />

fondo marino o terrestre. Consisten en un manto <strong>de</strong> roca porosa. Estos poros son ocupados por el<br />

agua salada la cual es retenida en los poros entre los granos <strong>de</strong> la roca. La zona comprendida<br />

entre el suelo marino/terrestre y la zona porosa <strong>de</strong> la roca es impermeable la mayoría <strong>de</strong> las<br />

veces, haciendo <strong>de</strong> sello evitando la migración vertical <strong>de</strong>l agua salada hacia el exterior. Cuando<br />

se inyecta el CO2 en la roca porosa va rellenando los poros <strong>de</strong>splazando al agua salada y<br />

quedando confinado formando una especie <strong>de</strong> domo. Este <strong>de</strong>pósito <strong>de</strong> CO2, limitado por la parte<br />

superior por la capa impermeable <strong>de</strong> la roca y por la inferior por el agua salada más <strong>de</strong>nsa que el<br />

gas, pue<strong>de</strong> permanecer durante largos periodos <strong>de</strong> tiempo al igual que lo ha hecho el agua salada.<br />

Una vez que el CO2 es inyectado en el acuífero es posible que este sea confinado <strong>de</strong> tres formas<br />

distintas (Elewaut et al., 1996; US DOE, 1999): (i) Confinamiento hidrodinámico, don<strong>de</strong> el CO2<br />

es atrapado en el espacio entre la capa impermeable y el agua salada; (ii) Disolución <strong>de</strong>l CO2 en<br />

el agua salada <strong>de</strong>l acuífero; (iii) Confinamiento mineral. Este último, es un proceso lento, todavía<br />

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no <strong>de</strong>masiado entendido en el que el CO2 reacciona con los minerales y materia orgánica<br />

existentes <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la formación geológica para dar estructuras sólidas.<br />

Se pue<strong>de</strong> aprovechar el conocimiento <strong>de</strong> la industria petrolífera y gasista para estudiar la<br />

posibilidad <strong>de</strong> confinar el CO2 en este tipo <strong>de</strong> <strong>de</strong>pósitos naturales que se sabe han contenido y<br />

siguen conteniendo gran<strong>de</strong>s cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> hidrocarburos. Una <strong>de</strong> las activida<strong>de</strong>s que se viene<br />

realizando básicamente en Estados Unidos es la técnica <strong>de</strong>l EOR. Consiste en la inyección <strong>de</strong><br />

CO2 en <strong>de</strong>pósitos <strong>de</strong> petróleo próximos al fin <strong>de</strong> su vida útil para aumentar la eficiencia y<br />

prolongar su explotación. Principalmente el mecanismo por el que se aumenta la eficiencia es<br />

<strong>de</strong>bido a la disolución <strong>de</strong>l CO2 en el hidrocarburo disminuyendo su viscosidad facilitando el paso<br />

a través <strong>de</strong> las cavida<strong>de</strong>s rocosas. Se estima que aumenta la eficiencia <strong>de</strong> la explotación entre un<br />

15 y un 25%. Cuando la mezcla <strong>de</strong>l crudo y el CO2 llega a la superficie la disminución <strong>de</strong> la<br />

presión hace que el CO2 se transforme en gas y se libera, siendo fácilmente capturado,<br />

comprimido e inyectado <strong>de</strong> nuevo al <strong>de</strong>pósito. En Estados Unidos los consumidores <strong>de</strong> CO2 para<br />

proyectos EOR vienen a estar pagando unos 9 a 18 euros por tonelada, (Doctor et al., 2000). En<br />

cuanto al confinamiento <strong>de</strong>l CO2 en <strong>de</strong>pósitos <strong>de</strong> petróleo y gas natural ya agotados es posible<br />

pero resulta complicado que un operador quiera reiniciar la actividad en el mismo lugar. La<br />

permeabilidad <strong>de</strong> la matriz <strong>de</strong> los yacimientos <strong>de</strong> gas natural suele ser pequeña, ocasionando que<br />

únicamente un 2% <strong>de</strong> los poros <strong>de</strong> la formación hayan quedado llenos <strong>de</strong> agua tras la total<br />

explotación <strong>de</strong>l yacimiento. Esto quiere <strong>de</strong>cir que aun queda bastante espacio para el CO2 si la<br />

inyección se realiza inmediatamente tras el agotamiento <strong>de</strong>l <strong>de</strong>pósito. En Europa se estima que la<br />

capacidad <strong>de</strong> los yacimientos marinos es <strong>de</strong> 14,5 billones <strong>de</strong> toneladas y <strong>de</strong> 13,1 billones en<br />

<strong>de</strong>pósitos terrestres (Holloway & Van <strong>de</strong>r Straaten, 1995).<br />

El ECBM (Enhance Coal Bed Methane recovery) es una técnica en fase <strong>de</strong> estudio en la cual se<br />

preten<strong>de</strong> que las minas <strong>de</strong> carbón <strong>de</strong> difícil explotación sean utilizadas como <strong>de</strong>pósito <strong>de</strong> <strong>CO2.</strong><br />

Las capas <strong>de</strong> carbón contienen en su matriz metano que ha quedado adsorbido. El CO2 es más<br />

adsorbente que el metano y por tanto al inyectarlo se libera este <strong>de</strong> la matriz <strong>de</strong>l carbón y queda<br />

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atrapado el <strong>CO2.</strong> Se estima que por cada dos moléculas <strong>de</strong> CO2 se recupera una <strong>de</strong> metano. Otra<br />

<strong>de</strong> las ventajas es la posibilidad <strong>de</strong> introducir N2 juntamente con el CO2, al ser el N2 también más<br />

adsorbente que el metano en las betas <strong>de</strong> carbón.<br />

Confinamiento <strong>de</strong>l CO2 en <strong>de</strong>pósitos oceánicos<br />

El océano tiene <strong>de</strong> media una profundidad <strong>de</strong> 4.000 metros y contiene una cantidad <strong>de</strong> CO2 <strong>de</strong><br />

aproximadamente 144.000 GT (IPCC, 1996). El CO2, para quedar atrapado en aguas oceánicas,<br />

<strong>de</strong>be inyectarse por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> los 1000 metros <strong>de</strong> profundidad, por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> la capa<br />

<strong>de</strong>nominada termoclina. Las aguas en este punto, se encuentran a temperaturas muy bajas,<br />

facilitando la no recirculación <strong>de</strong>l CO2 hacia la superficie. Se pue<strong>de</strong> optar por introducir el CO2 a<br />

profundida<strong>de</strong>s intermedias, sobre 1000 m, o hacerlo a profundida<strong>de</strong>s mayores, sobre 3000 m.<br />

La inyección <strong>de</strong> CO2 a profundida<strong>de</strong>s intermedias, se lleva a cabo mediante conductos que lo<br />

introducen en forma <strong>de</strong> líquido. Pue<strong>de</strong> realizarse directamente, o atomizando el líquido en<br />

pequeñas gotitas. Se ha estimado que un buen diseño <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> difusión, pue<strong>de</strong> diluir todo el<br />

CO2 en una capa <strong>de</strong> 100 metros <strong>de</strong> altura, medida sobre la salida <strong>de</strong>l difusor (Liro et al, 1992).<br />

A<strong>de</strong>más, la introducción en gotitas <strong>de</strong>l CO2, pue<strong>de</strong> disminuir el impacto <strong>de</strong> la fauna y flora<br />

marinas, ya que la aci<strong>de</strong>z <strong>de</strong>l mar pue<strong>de</strong> verse afectada por el aumento <strong>de</strong>l <strong>CO2.</strong><br />

La inyección a profundida<strong>de</strong>s mayores <strong>de</strong> 3000 metros, aprovecha el hecho <strong>de</strong> la mayor <strong>de</strong>nsidad<br />

<strong>de</strong>l CO2 con respecto al agua a estas profundida<strong>de</strong>s. Esto permite que se forme un lago estable <strong>de</strong><br />

CO2 en un foso sobre el fondo <strong>de</strong>l océano reduciendo el impacto marino a una porción pequeña,<br />

(Ohsumi,1993). El CO2 situado en capas inmediatamente superiores al lago formado, a causa <strong>de</strong><br />

las gran<strong>de</strong>s presiones a las que se encuentra sometido, al diluirse en el agua forma un hidrato<br />

sólido. Este hidrato forma una corteza que retrasa todavía más el escape <strong>de</strong>l CO2 a la superficie.<br />

Se han propuesto otros métodos <strong>de</strong> inyección <strong>de</strong>l CO2 al océano, tales como formar bloques<br />

sólidos <strong>de</strong> hielo <strong>de</strong> <strong>CO2.</strong> Son métodos mucho más caros que los anteriores, que aprovechan la<br />

mayor <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> los bloques con respecto al agua y no se consi<strong>de</strong>ran factibles en la actualidad.<br />

Confinamiento químico<br />

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Otro <strong>de</strong> los mecanismos <strong>de</strong> secuestro <strong>de</strong> CO2 que conviene tener en cuenta es el <strong>de</strong> la<br />

transformación <strong>de</strong> CO2 en productos inertes o comerciales que puedan permanecer en esa<br />

condición <strong>de</strong> forma estable y segura durante largos periodos <strong>de</strong> tiempo. Uno <strong>de</strong> los compuestos<br />

que pue<strong>de</strong>n formarse es el MgCO3, inerte y bastante estable. La consecuencia <strong>de</strong> ser un producto<br />

inerte, sin valor añadido conlleva a la necesidad <strong>de</strong> encontrar la reacción más económica <strong>de</strong>l<br />

<strong>CO2.</strong> Según DOE (1999), si se transformara todo el CO2 en MgCO3 emitido a escala mundial en<br />

el año 1990, este ocuparía un volumen <strong>de</strong> 10 Km*10 Km*150 m. El objetivo es encontrar la<br />

atmósfera a<strong>de</strong>cuada para acelerar la reacción, así como el diseñar reactores que ayu<strong>de</strong>n al<br />

proceso <strong>de</strong> formación. Ejemplos que están estudiando este tipo <strong>de</strong> reacciones incluyen la<br />

carbonatación directa <strong>de</strong> silicatos a partir <strong>de</strong> CO2 supercrítico y agua.<br />

Otra transformación es la obtención <strong>de</strong> claratos, tal y como se ha comentado en el confinamiento<br />

oceánico. A gran<strong>de</strong>s profundida<strong>de</strong>s la interacción <strong>de</strong>l agua y el CO2 unida a las altas presiones<br />

forma un hidrato sólido conocido con el nombre <strong>de</strong> clarato. La i<strong>de</strong>a sería conseguir la reacción<br />

antes <strong>de</strong> ser inyectado en el fondo marino.<br />

Otro gran objetivo es el <strong>de</strong> conseguir transformar el CO2 en compuestos comerciales como ya se<br />

hace por ejemplo en la fabricación <strong>de</strong> plásticos y goma. En el año 1996, la cantidad <strong>de</strong> CO2<br />

utilizado para la fabricación <strong>de</strong> productos comerciales fue <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 742 millones <strong>de</strong><br />

toneladas, un 3,5% <strong>de</strong> las emisiones antropogénicas totales (SRI, 1997).<br />

Confinamiento Natural<br />

El confinamiento natural hace referencia al proceso biológico en el que los ecosistemas marinos<br />

y terrestres son capaces <strong>de</strong> absorber CO2 <strong>de</strong> la atmósfera. De esta forma no es necesario disponer<br />

<strong>de</strong> ningún equipo que capture, ni ningún medio <strong>de</strong> transporte que aísle y <strong>de</strong>splace al CO2 hasta<br />

un posible sumi<strong>de</strong>ro. Siempre ha existido este proceso mediante el cual se ha venido regulando<br />

la concentración <strong>de</strong> CO2 en la atmósfera terrestre. Uno <strong>de</strong> los procesos más conocidos es la<br />

fotosíntesis. Se estima que la cantidad <strong>de</strong> carbono almacenada en los ecosistemas terrestres es <strong>de</strong><br />

unas 2000 ± 500 GTC y la almacenada en el ecosistema oceánico <strong>de</strong> unas 40.000 GTC.<br />

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Estos tipos <strong>de</strong> <strong>de</strong>pósitos son capaces <strong>de</strong> confinar el CO2 directamente <strong>de</strong> la atmósfera evitando <strong>de</strong><br />

este modo los procesos <strong>de</strong> captura, transporte. Los ecosistemas terrestres se estima que son<br />

capaces <strong>de</strong> almacenar unas 5,1GT <strong>de</strong> CO2 al año, (Houghton et al., 2001), siendo posible<br />

aumentar esta capacidad especialmente mediante dos activida<strong>de</strong>s principales: la protección <strong>de</strong> los<br />

mismos y la manipulación para aumentar su capacidad <strong>de</strong> almacenamiento. Según Linski et al.<br />

(2000), los bosques europeos recuperaron durante el año 1995 unos 231 millones <strong>de</strong> toneladas <strong>de</strong><br />

<strong>CO2.</strong> Uno <strong>de</strong> los retos es el <strong>de</strong> reducir la <strong>de</strong>scomposición <strong>de</strong> la materia orgánica que libera todo<br />

el CO2 que en un principio había capturado, o bien el utilizar dicha materia orgánica en procesos<br />

que substituyan la participación <strong>de</strong> nuevas fuentes <strong>de</strong> emisión <strong>de</strong> CO2, como pueda ser la<br />

utilización <strong>de</strong> biomasa para la generación <strong>de</strong> electricidad o la utilización <strong>de</strong> biocombustibles.<br />

El océano es capaz <strong>de</strong> absorber unas 6,2 Gt <strong>de</strong> CO2 /año (Houghton et al., 2001). El pH marino<br />

es <strong>de</strong> 8 y posibilita la absorción <strong>de</strong> CO2 mediante la formación <strong>de</strong> carbonatos. En el agua marina<br />

únicamente el 1% <strong>de</strong>l CO2 permanece como molécula y más <strong>de</strong>l 90% se queda en la forma <strong>de</strong><br />

ión bicarbonato. Interesa que la mayor parte <strong>de</strong> este carbón inorgánico disuelto en el océano se<br />

disponga en las profundida<strong>de</strong>s retardando el regreso <strong>de</strong>l CO2 a la atmósfera. El proceso natural lo<br />

consigue <strong>de</strong> una forma lenta mediante dos procesos principalmente: (i)el CO2 se disuelve en las<br />

aguas frías y <strong>de</strong>nsas <strong>de</strong>l Atlántico Norte y es transportado hasta las aguas <strong>de</strong>l Océano Índico y<br />

Pacífico don<strong>de</strong> el CO2 escapa <strong>de</strong> nuevo a la atmósfera; (ii) la fijación <strong>de</strong> CO2 mediante la<br />

fotosíntesis realizada por los organismos existentes en el océano es el segundo mecanismo<br />

sumi<strong>de</strong>ro. En ambos casos se estima en unos 1.000 años el tiempo en el que es completado un<br />

ciclo <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la disolución hasta el escape.<br />

5. Conclusiones<br />

El confinamiento <strong>de</strong>l CO2 es el objetivo principal a escala internacional para conseguir paliar la<br />

influencia que tiene el gas sobre el cambio climático. El confinamiento, en referencia a una<br />

fuente estática, se entien<strong>de</strong> como la captura, el transporte <strong>de</strong> la fuente al sumi<strong>de</strong>ro y el<br />

confinamiento don<strong>de</strong> permanezca <strong>de</strong> forma estable y segura durante largos periodos <strong>de</strong> tiempo.<br />

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Es evi<strong>de</strong>nte que existen diversas alternativas <strong>de</strong> confinamiento <strong>de</strong> CO2, cada una <strong>de</strong> ellas con sus<br />

ventajas e inconvenientes e inmersas individualmente en distinta etapa <strong>de</strong> madurez tecnológica.<br />

Por esta razón es imprescindible profundizar en el conocimiento <strong>de</strong> todas ellas e investigar sus<br />

posibilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> aplicación conjunta, principalmente a escala nacional. Es incuestionable el<br />

interés internacional en este tema, prueba <strong>de</strong> ello son las diferentes re<strong>de</strong>s temáticas <strong>de</strong>dicadas al<br />

confinamiento <strong>de</strong> CO2 y los proyectos financiados tanto <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la Unión Europea como a escala<br />

internacional (principalmente y paradójicamente los Estados Unidos). Sin esperar más tiempo<br />

viendo como los <strong>de</strong>más hacen, España <strong>de</strong>be hacer acopio y aspirar a la formación <strong>de</strong> una red<br />

nacional capaz <strong>de</strong> tomar <strong>de</strong>cisiones propias en la investigación sobre el confinamiento <strong>de</strong> CO2<br />

aplicado a nuestro país, y colaborar en proyectos internacionales. Convendría redactar algo<br />

parecido a un Libro Blanco <strong>de</strong>l Confinamiento <strong>de</strong>l CO2 a escala nacional que recogiera todas las<br />

estrategias <strong>de</strong> captura, transporte y confinamiento apropiadas para España tras una revisión<br />

ambiciosa por parte <strong>de</strong> cada una <strong>de</strong> las áreas científicas <strong>de</strong> conocimiento implicadas, que son casi<br />

todas. A partir <strong>de</strong> ahí, apostar por la traslación <strong>de</strong> los estudios teóricos a pruebas piloto a pequeña<br />

escala para en último término ser más ambiciosos y plasmar por lo menos en un proyecto a gran<br />

escala todo el conocimiento <strong>de</strong>sarrollado. La clave <strong>de</strong>l éxito <strong>de</strong>be estar en la organización y<br />

aplicación <strong>de</strong> la palabra global al ámbito <strong>de</strong> la investigación. Se <strong>de</strong>ben conseguir reunir todos los<br />

esfuerzos en una misma dirección coordinados por una estructura que sepa establecer una senda<br />

apropiada, que cree una base <strong>de</strong> conocimiento tecnológico avanzada y le permita afrontar con<br />

garantías proyectos importantes que permitan reducir las emisiones <strong>de</strong> <strong>CO2.</strong><br />

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