La reducción drástica de emisiones de CO₂ a la atmósfera se ha convertido en uno de los grandes retos a nivel mundial para mitigar los efectos del cambio climático. Actualmente, el sector de generación de energía eléctrica es responsable de la emisión de alrededor de un tercio de las emisiones globales de CO₂, lo que obliga a cambios estructurales en el sector en los próximos años.
El CO₂ emitido a la atmósfera en las plantas termoeléctricas es parte de los gases que se forman al quemar combustibles fósiles. El total de emisiones de CO₂ anuales del sector energético a nivel mundial alcanzó un máximo histórico en 2018-2019 (precovid): 33 500 millones de toneladas.
Según los expertos, y para cumplir lo acordado por buena parte de los gobiernos mundiales en París (COP21, 2015), las emisiones de CO₂ en 2070 deberían ser nulas.
La receta del éxito energético
Las energías renovables están teniendo un gran desarrollo en los últimos años, destacando especialmente la energía eólica y la energía solar fotovoltaica. Estas suponen aproximadamente un 5 % de la producción energética mundial en la actualidad.
Estas tecnologías son competitivas en costes, eficientes, y están libres de emisiones de CO₂. Sin embargo, a pesar de su gran desarrollo, el camino por recorrer es largo, y el actual ritmo de cambio insuficiente.
Debido al aumento de la población mundial y al incremento del consumo energético derivado de la industrialización de regiones en vías de desarrollo (por ejemplo, India), las emisiones globales de CO₂ no se están reduciendo. Además, los sistemas de almacenamiento de energía actuales son, en su mayoría, costosos y poco escalables a grandes plantas de energía. Esto nos hace dependientes de los combustibles fósiles cuando no se dan condiciones adecuadas de viento o sol.
Así, además de la implantación masiva de energías renovables, es necesaria la implantación masiva de sistemas de almacenamiento de energía, producir a gran escala vectores energéticos como el hidrógeno a partir de renovables y además capturar el CO₂ emitido en las centrales termoeléctricas de combustibles fósiles (gas natural, carbón). Esta es la receta consensuada por la comunidad científica.
Capturar y almacenar CO₂
Los gases contaminantes producidos al obtener energía de los combustibles fósiles están formados principalmente por nitrógeno, CO₂ y vapor de agua. El proceso de captura consiste en separar el CO₂ del resto de gases. Una vez separado, puede ser almacenado geológicamente en el subsuelo o, lo que es preferible, valorizado como materia prima para la producción de materias importantes industrialmente, como pueden ser metano, azúcares, etc.
La gran dificultad del proceso de captura radica realmente en la separación del nitrógeno y del CO₂ presente en los gases de combustión, ya que el vapor de agua puede eliminarse fácilmente por condensación. Existen diversas alternativas para capturar el CO₂ emitido a partir de combustibles fósiles:
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Sistemas precombustión: consisten en modificar el combustible fósil de partida para obtener mezclas de H₂ y CO₂ antes del proceso de combustión.
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Sistemas de oxycombustión: se sustituye el aire necesario para la combustión (comburente) por O₂ para que, una vez producida, los productos sean CO₂ y vapor de agua. Sin nitrógeno en la mezcla de gases, la obtención de CO₂ puro se simplifica.
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Sistemas postcombustión: se produce la captura de CO₂ (siendo este un 5-15 % en volumen del total) de la mezcla de gases.
De entre estos sistemas, los sistemas precombustión y postcombustión basados en aminas se encuentran en escala comercial, con algunas instalaciones en el mundo. No obstante, los sistemas precombustión actualmente implican un gran consumo energético y las aminas, además, presentan problemas de toxicidad, corrosión y elevado coste. Por eso en los últimos años se están proponiendo diferentes alternativas. Una de las más interesante es la basada en el calcium-looping, que consiste en el proceso cíclico de calcinación-carbonatación de carbonato cálcico.
Captura a partir de caliza
El proceso de calcium-looping consiste en producir óxido de calcio (cal viva) a partir de la reacción de calcinación de la piedra caliza (carbonato cálcico), una reacción muy conocida desde hace cientos de años pues es la base de la industria del cemento. La cal producida se introduce en un reactor donde entra en contacto con los gases de combustión. Allí tiene lugar la reacción de carbonatación entre la cal y el CO₂, produciendo de nuevo carbonato cálcico para cerrar el ciclo. Y así sucesivamente.
Entre las ventajas que presenta esta tecnología destacan la eficiencia del proceso (captura mayor del 90 %), el menor consumo energético que otro procesos de captura y, sobre todo, el bajo coste, la no toxicidad y la amplia disponibilidad de la materia prima, la caliza, uno de los materiales más abundantes de la corteza terrestre. Entre los retos, gestionar eficientemente las altas temperaturas a las que se produce el proceso (650-950℃) y reducir la desactivación de la cal a medida que transcurren los ciclos.
La prometedora tecnología del calcium-looping se encuentra aun en una etapa de desarrollo. Es fundamental, como en otros ámbitos, una apuesta decidida por la investigación. Para ello son necesarios proyectos demostradores que evalúen las opciones de escalado del proceso, minimizando riesgos antes de llegar a la etapa comercial.
En la fase actual, un adecuado desarrollo de la investigación llevaría a su comercialización en un periodo aproximado de 5-7 años, con un impacto medioambiental muy positivo. Estamos a tiempo, y está en nuestra mano.
* es Profesor Investigador en el Departamento de Ingeniería, Universidad Loyola Andalucía.
** Este artículo se publicó originalmente en The Conversation.