La batalla industrial contra el cambio climático
El planeta nos envía señales cada vez más claras: el clima está cambiando a un ritmo alarmante. Tormentas más feroces, sequías implacables y el aumento del nivel del mar son solo algunos de los síntomas de una enfermedad que amenaza nuestro futuro: el exceso de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera. Y uno de los principales focos de esta emisión descontrolada es la industria.
La Industria en la Mira: Radiografía de las Emisiones
Cuando pensamos en contaminación, a menudo visualizamos chimeneas humeantes. Y no vamos mal encaminados. A nivel global, si bien la generación de electricidad se lleva la palma en cuanto a emisiones
Dentro de este vasto sector, la manufactura y la construcción son los grandes villanos, contribuyendo con más de la mitad de las emisiones de carbono a nivel mundial. Gigantes como la producción de cemento, acero y productos químicos son especialmente voraces en su emisión de CO2. Imaginen que por cada ladrillo que se asienta en una nueva construcción, una bocanada de CO2 se libera a la atmósfera. La producción de cemento, por ejemplo, es un doble problema: consume mucha energía y, además, libera CO2 directamente durante su fabricación. Lo mismo ocurre con el acero, cuya producción a altas temperaturas depende en gran medida del carbón.
En México, la historia no es muy diferente. El uso de combustibles fósiles en la industria y el transporte es el principal motor de nuestras emisiones. Al igual que a nivel mundial, el sector energético es el mayor contribuyente. Pero la industria, con sus procesos y manufactura, también tiene un papel importante. La fabricación de cemento y acero, al igual que en el resto del mundo, genera una cantidad considerable de emisiones. En el ranking global de emisiones, México no ocupa un lugar precisamente envidiable, situándose entre los mayores emisores. En 2021, éramos el decimotercer país con mayores emisiones de gases de efecto invernadero. Esto nos da una idea de la responsabilidad que tenemos, pero también del enorme potencial que existe para que México lidere la adopción de tecnologías de captura de CO2 como parte de una estrategia nacional para frenar el cambio climático y cumplir con los acuerdos internacionales. En 2022, las emisiones totales de gases de efecto invernadero de México fueron de 760.2 MtCO2e, con el sector energético representando el 64% y los procesos industriales el 10%.
Desafío a la Química: Las Tres Estrategias de Captura
La ciencia ha ideado tres caminos principales para atrapar el CO2 industrial: postcombustión, precombustión y oxicombustión. Cada uno ataca el problema en un momento diferente del proceso de producción.
La captura postcombustión es como poner una red al final del tubo de escape. Se trata de separar el CO2 de los gases que ya se han quemado. Una técnica muy utilizada aquí es la de los solventes químicos, especialmente las aminas. Estas sustancias tienen la capacidad de "atrapar" selectivamente el CO2 de la corriente de gas. El proceso es algo complejo, con varias etapas que incluyen la limpieza del gas para evitar interferencias, el contacto con el solvente donde el CO2 se adhiere químicamente, y luego un calentamiento para liberar el CO2 capturado y regenerar el solvente para su reutilización. Finalmente, el CO2 puro se comprime para su almacenamiento o uso. Esta tecnología es versátil y se puede aplicar a muchas fuentes industriales, desde centrales eléctricas hasta fábricas de cemento y acero. Además de los solventes químicos, se están explorando otras opciones como la adsorción, la separación por membranas y la separación criogénica, que podrían ser más eficientes o económicas en ciertos casos. Los avances más recientes en este campo se centran en encontrar nuevos solventes más eficaces y duraderos, optimizar los procesos para reducir el consumo de energía y utilizar nuevos materiales como los MOFs (estructuras metal-orgánicas) y membranas avanzadas para mejorar la eficiencia y reducir los costos. Empresas como Svante están utilizando MOFs para capturar CO2 de corrientes de gases de combustión diluidos.
La captura precombustión es como atacar el problema antes de que se encienda la llama. Aquí, el objetivo es eliminar el CO2 del combustible antes de que se complete la combustión, produciendo principalmente hidrógeno como una fuente de energía limpia. Este proceso a menudo implica convertir el combustible (carbón, gas natural o biomasa) en un gas de síntesis (syngas), una mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono, CO2 y otros gases. Luego, el monóxido de carbono se transforma en más CO2 e hidrógeno mediante una reacción química. Finalmente, el CO2 se separa de la corriente de gas rica en hidrógeno utilizando solventes físicos o químicos. Esta tecnología se utiliza principalmente en plantas de energía de ciclo combinado con gasificación integrada (IGCC) y en la producción de hidrógeno. Los avances en esta área buscan reducir los costos, que suelen ser más altos debido a la complejidad del proceso de gasificación, y mejorar la eficiencia de la separación del CO2 con nuevos materiales y procesos, como la adsorción mejorada por desplazamiento agua-gas (SEWGS).
La oxicombustión es una técnica que consiste en quemar el combustible en oxígeno puro en lugar de aire.
Innovación en Marcha: La Ciencia al Rescate
La investigación en tecnologías de captura de CO2 no se detiene, y en los últimos años hemos visto avances realmente prometedores.
En cuanto a la eficiencia, se han desarrollado nuevos solventes que pueden absorber más CO2 y degradarse menos, lo que mejora el rendimiento de los sistemas de captura postcombustión. También se están optimizando los procesos y diseños existentes, incluso combinando diferentes etapas o solventes para maximizar la captura y reducir el consumo de energía. Las tecnologías de intensificación de procesos buscan reducir el tamaño de los equipos y mejorar la eficiencia de la transferencia de masa y calor.
Para reducir los costos, se están explorando diversas estrategias. El diseño modular y prefabricado de las plantas de captura puede acelerar la construcción y reducir los costos de ingeniería. La integración de la captura con otros procesos industriales permite compartir infraestructura y costos operativos. Además, la economía de escala en grandes proyectos y la creación de centros de captura que sirvan a varias industrias cercanas pueden reducir significativamente el costo por tonelada de CO2 capturado.
El desarrollo de nuevos materiales y métodos también está impulsando la innovación. Los adsorbentes sólidos avanzados, como los MOFs, las zeolitas y los materiales carbonosos, son muy prometedores por su alta capacidad de adsorción y su menor requerimiento energético para la regeneración en comparación con los solventes líquidos. Las membranas de separación de gases con alta selectividad para el CO2 están avanzando rápidamente como una alternativa potencialmente más económica y eficiente energéticamente. También se investigan enfoques criogénicos y otros métodos innovadores como la captura química en bucle. Finalmente, la inteligencia artificial está emergiendo como una herramienta valiosa para optimizar el funcionamiento de las plantas de captura, mejorando la eficiencia y reduciendo los costos operativos. Se están desarrollando materiales avanzados como los MOFs y los adsorbentes a base de sílice para mejorar la eficiencia de la captura de CO2.
Manos a la Obra: Ejemplos Inspiradores
La implementación de estas tecnologías ya está en marcha, tanto en México como en el resto del mundo, con empresas que están marcando el camino hacia un futuro más limpio.
En México, empresas como Ternium han invertido fuertemente para aumentar la captura de CO2 en sus plantas de Guerrero y Puebla. Pemex ha explorado proyectos piloto de captura y almacenamiento, enfocándose en la recuperación mejorada de petróleo (EOR). Cemex, con una fuerte presencia en México, participa en iniciativas de gestión de carbono y proyectos para implementar tecnologías de captura en la industria del cemento. Otras empresas mexicanas como Carbon Power Mexico y Tarafert están desarrollando sistemas para transformar emisiones en productos valiosos como etanol e hidrógeno verde. Boomitra también ha registrado su primer proyecto de carbono de suelo en México con Verra, lo que demuestra el creciente interés en soluciones de captura de carbono basadas en la naturaleza.
A nivel internacional, el proyecto Brevik CCS de Heidelberg Materials en Noruega es la primera planta de captura y almacenamiento a escala industrial en una cementera. En el sector del acero, la planta Al Reyadah de Emirates Steel Arkan en los Emiratos Árabes Unidos es pionera a gran escala. En generación de energía, proyectos como Boundary Dam en Canadá y Petra Nova en Estados Unidos han demostrado la viabilidad de la captura en centrales eléctricas. Otros ejemplos incluyen la planta de oxicombustión de Schwarze Pumpe en Alemania , la planta de Mitsubishi Heavy Industries en Japón y el proyecto Carbon2Chem de Thyssenkrupp en Alemania. La planta de captura de CO2 de Cemex en Rüdersdorf, Alemania, recibió una importante financiación de la UE para capturar 1.3 millones de toneladas de CO2 al año. La planta de captura de carbono de ArcelorMittal en Gante, Bélgica, está probando una nueva tecnología para reutilizar el CO2 capturado en la producción de acero.
El Camino por Delante: Desafíos y Oportunidades
A pesar de los avances, la adopción masiva de estas tecnologías enfrenta desafíos importantes.
El costo sigue siendo una barrera considerable. Se necesitan incentivos económicos y políticas de precios del carbono para hacer que la captura de CO2 sea atractiva para las industrias. El costo de la captura varía significativamente, desde $15-25/tCO2 para fuentes concentradas hasta $40-120/tCO2 para fuentes diluidas como el cemento.
La infraestructura para el transporte y almacenamiento del CO2 capturado también es crucial. Se requieren redes de tuberías y la identificación de sitios de almacenamiento geológico seguros. [73, 91, 92, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 21, 104, 106, 111, 112]
Finalmente, las opciones para la utilización del CO2 capturado presentan sus propios desafíos. Si bien el almacenamiento geológico es importante, el desarrollo de mercados para el uso del CO2 como materia prima es cada vez más relevante.
Más Allá del Almacén: El CO2 como Recurso Valioso
El CO2 capturado no tiene por qué ser solo un desecho. Puede transformarse en una variedad de productos útiles, contribuyendo a una economía circular del carbono.
En la construcción, el CO2 se puede utilizar para producir cemento, hormigón y agregados, reduciendo su huella de carbono e incluso mejorando sus propiedades.
También puede ser una materia prima para la producción de combustibles sintéticos o e-fuels, utilizando hidrógeno renovable para crear metanol, queroseno sintético y otros combustibles para el transporte, especialmente en sectores difíciles de electrificar como la aviación y el transporte marítimo.
En la agricultura, el CO2 puede enriquecer la atmósfera en invernaderos y estimular el crecimiento de las plantas.
Además, el CO2 capturado puede ser un ingrediente en la producción de diversos productos químicos y polímeros.
Es crucial evaluar cuidadosamente el ciclo de vida de estas aplicaciones para asegurar que realmente contribuyan a la reducción de emisiones.
Un Empujón desde el Gobierno: Regulaciones e Incentivos
Para que la captura de CO2 se convierta en una realidad a gran escala, se necesita un marco regulatorio sólido y el apoyo de incentivos gubernamentales.
En México, la Ley General de Cambio Climático establece objetivos de reducción de emisiones. El Sistema de Comercio de Emisiones (ETS) piloto podría evolucionar para incentivar la adopción de estas tecnologías. El impuesto al carbono existente también podría ajustarse. México ha estado trabajando en una hoja de ruta tecnológica para CCUS desde 2014, con el objetivo de lanzarla en 2024.
A nivel internacional, el Acuerdo de París reconoce la importancia de la captura de CO2.
El Futuro en Nuestras Manos: La Captura de CO2 como Clave
El futuro de las tecnologías de captura de CO2 es prometedor. Organizaciones como la Agencia Internacional de Energía (IEA) y el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) coinciden en la necesidad de escalar masivamente estas tecnologías. La captura de CO2 es un componente esencial de una estrategia integral de mitigación. La IEA estima que para alcanzar los objetivos del Acuerdo de París, se necesitará capturar y almacenar 6000 megatoneladas de CO2 anualmente para 2050.
Estas tecnologías jugarán un papel crucial en la descarbonización de sectores difíciles de abatir como la producción de cemento y acero.
Un Futuro con Menos Carbono es Posible
Los avances en las tecnologías de captura de CO2 nos ofrecen una luz de esperanza en la lucha contra el cambio climático. Si bien los desafíos son reales, la innovación y el compromiso de empresas, gobiernos y científicos nos acercan cada vez más a un futuro donde las emisiones industriales de CO2 sean cosa del pasado. La batalla contra el cambio climático se libra en muchos frentes, y la captura de CO2 es una de nuestras armas más prometedoras.
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