Un científico del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico investiga la tecnología del sistema de captura de carbono. Imagen proporcionada por Andrea Starr en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico.
Imagen proporcionada por Andrea Starr en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico.
Los científicos de uno de los principales laboratorios de investigación del país han descubierto una forma muy económica de capturar el dióxido de carbono que emiten las centrales eléctricas y las fábricas, incluidas las instalaciones de fabricación de hierro y acero.
A nivel mundial, los procesos industriales son responsables del 31 % de todas las emisiones de gases de efecto invernadero y la generación de electricidad representa el 27 %, según Bill Gates en su libro On Climate, eclipsando el 16 % de todas las emisiones de gases de efecto invernadero que provienen del sector del transporte.
La nueva tecnología descubierta por el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico cuesta $39 por tonelada métrica y es la tecnología más barata para este tipo de captura de carbono jamás reportada en una revista científica revisada por pares. A modo de comparación, capturar dióxido de carbono de una planta de energía a carbón cuesta $ 57 por tonelada métrica utilizando tecnología de punta, según PNNL.
Sería más barato si pudiéramos cambiar a energía 100 % limpia y no tener que desechar dióxido de carbono en absoluto, pero eso no es realista en la economía global actual, según Casey Davidson, quien dirige el negocio de gestión de carbono de PNNL.
Incluso si la red eléctrica fuera alimentada principalmente por energía eólica y solar, dijo Davidson, todavía habría una necesidad de plantas de gas natural para mantener la red estable o para proporcionar respaldo cuando el viento no sopla o el sol no brilla. .
Igualmente importante, los procesos industriales como la fabricación de hierro y acero, cemento, fertilizantes, pulpa y papel y bioenergía pueden reducir las emisiones de CO2 con esta nueva tecnología. Los científicos y empresarios están trabajando en formas más ecológicas de fabricar cemento y acero, dijo Davidson a CNBC, pero no a gran escala.
“Tenemos la tecnología que nos permite capturar dióxido de carbono de esas fuentes industriales. Y esperar 20 años hasta que tengamos tecnología de acero de próxima generación que no genere emisiones de dióxido de carbono no tiene mucho sentido”, dijo Davidson a CNBC. .
La tecnología PNNL elimina el dióxido de carbono en la fuente, en lugar de absorberlo del aire. La tecnología para extraer el dióxido de carbono existente en el aire se conoce como captura directa de carbono y está representada por la empresa suiza Climeworks. La captura directa de aire puede ser necesaria para combatir el cambio climático, ya que ya hay mucho CO2 en la atmósfera, pero es mucho más costoso que eliminar el CO2 en la fuente, como lo hace PNNL: la captura directa de aire le cuesta a Climeworks “varios cientos de dólares”. Una tonelada, dijo un portavoz a CNBC.
“Imagínese que está tratando de separar una uva de un tazón grande de espagueti o está tratando de separar una uva de un charco de espagueti. Todavía puede obtener una uva, pero tiene que trabajar mucho más en el charco. que en el tazón”, explicó Davidson.
“Pero desde la perspectiva del cambio climático, a la atmósfera no le importa si esa uva salió de un tazón de espagueti o de tu charco de espagueti; tiene el mismo efecto”, dijo Davidson. “Desde una perspectiva social, atraparlo antes de que salga, cuando cuesta $39 la tonelada, en lugar de atraparlo cuando ya está en la atmósfera a $200 la tonelada, tiene más sentido”.
El dinero para financiar esta investigación sobre la tecnología de captura de carbono llegó a $ 1.2 millones durante aproximadamente 3 años, financiado en una división 50/50 entre el Departamento de Energía y SoCalGas, una empresa de distribución de gas natural, dijo Robert Daggle de PNNL a CNBC.
¿Cómo es el secuestro de carbono a $39 la tonelada?
La técnica de PNNL utiliza química de solventes, explicó David J. Heldebrant, científico principal de PNNL que dirige esta investigación.
El gas sucio sale de la planta de energía o fábrica y viaja a una habitación muy grande. Al mismo tiempo, el líquido se rocía desde la parte superior de la cámara. El gas sube, el líquido baja y las dos sustancias se mezclan. El gas tratado se deja fuera de la parte superior de la cámara y se succiona el líquido que contiene dióxido de carbono. Este líquido se calienta hasta que se libera dióxido de carbono en forma de gas. El dióxido de carbono se comprime para el transporte, donde se almacena la mayor parte. El líquido restante se enfría, se elimina el dióxido de carbono y se devuelve a la primera etapa del proceso.
Este sistema es muy grande. Bombea 4 millones de litros de líquido por hora.
El sistema PNNL es más económico que otros sistemas de captura de carbono porque opera con un 2 por ciento de agua, en comparación con hasta un 70 por ciento de agua, que es el límite superior para tecnologías de captura de carbono anteriores y similares. Hervir el agua requiere mucho tiempo y mucha energía, por lo que al eliminar el agua del sistema, la captura de carbono se vuelve mucho más económica.
“Es como calentar aceite en la sartén en lugar de agua hirviendo”, dijo Hildebrandt. “El aceite se calienta mucho más rápido. Así que piénsalo como si hubiésemos reemplazado el agua con algo parecido al aceite”.
Incluso con esta innovación, el sistema de captura de carbono consume bastante energía. Yuan Jiang, ingeniero químico de PNNL que trabaja con Heldebrant, dijo a CNBC que esta energía proviene de la planta de energía donde está conectado el sistema de captura de carbono.
La máquina combinada de captura de carbono utilizará hasta el 30 por ciento de la energía generada por la central eléctrica para eliminar el 90 por ciento del dióxido de carbono. Esto se llama la “carga parasitaria” de la tecnología de captura de carbono. Para volver a la capacidad máxima de energía, la planta de energía tendrá que quemar más energía. Sin embargo, la tecnología finalmente se traducirá en una reducción neta de CO2 del 87 por ciento en una generación de energía neta por megavatio, dijeron Hildebrandt y Jiang a CNBC.
David J. Hildebrandt, científico jefe de PNNL, que se muestra aquí sosteniendo un vial de metanol, elaborado a partir de un proceso integrado en la instalación de captura de carbono de fuente fija. Imagen proporcionada por Andrea Starr en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico.
Imagen proporcionada por Andrea Starr en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
Crear un incentivo financiero
Estos sistemas de captura de carbono son grandes y caros: poner uno en un reactor de potencia costaría 750 millones de dólares. Sin mandatos gubernamentales estrictos o incentivos financieros, los operadores o propietarios de centrales eléctricas tendrían pocas razones para gastar ese dinero.
En un esfuerzo por hacer que la tecnología sea más atractiva desde el punto de vista económico, los investigadores del PNNL desarrollaron un reactor modular más pequeño que bombearía entre uno y dos por ciento de solvente desde un sistema de captura de carbono a otro reactor modular más pequeño y lo utilizaría para fabricar un producto que las empresas pudieran vender.
“Si podemos proporcionar un estímulo económico, si pueden convertir solo el 1 por ciento del dióxido de carbono que se captura en una de estas grandes instalaciones”, dijo Hildebrandt a CNBC, entonces tal vez las plantas podrían “vender suficientes cosas como metanol o metano o algunos tipos de Otros productos de carbonato para proporcionar al menos un incentivo financiero, por lo que en realidad quieren construir la unidad de captura en primer lugar”.
Comenzaron con metanol, que actualmente cuesta $1.20 por galón. Esto significa que producir 20 galones de metanol pagará la captura de una tonelada métrica de dióxido de carbono. Para tener un sentido de escala, Estados Unidos emitió 4.700 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono en 2020, según los datos más recientes disponibles de la Agencia de Protección Ambiental.
“Elegimos metanol porque es probablemente el tercer o cuarto químico más grande creado por el hombre”, dijo Hildebrandt a CNBC. El metanol se usa en cientos de productos comunes, incluidos plásticos, pinturas, autopartes y materiales de construcción, según el Instituto de Metanol. También puede ser una fuente de energía para camiones, autobuses, barcos, celdas de combustible, calderas y estufas.
“Si podemos comenzar a reemplazar el metanol de los fósiles con metanol derivado del CO2, eso al menos puede comenzar a ser parte de un enfoque químico de carbono negativo para fabricar combustibles y productos químicos, en lugar de ser carbono positivo al tomar solo gas sintetizado de combustibles fósiles”, dijo Hildebrandt.
Convertir el dióxido de carbono en metanol no requiere mucha energía, dijo Jiang a CNBC. Pero requiere hidrógeno, que a su vez requiere energía para producir. BoH podría fabricarse en procesos alimentados por energía renovable, dijo Jiang.
El gráfico del oso excavando un túnel en la montaña representa las eficiencias logradas en la producción de metanol a partir de la captura de carbono.
Gráfico cortesía de Nathan Johnson en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
¿Qué sucede con el resto del dióxido de carbono?
Si bien un pequeño porcentaje del dióxido de carbono se puede desviar para fabricar un producto, como el metanol, el resto debe secuestrarse. Según Todd Schiff, un científico del PNNL que trabaja en el secuestro, los volúmenes de dióxido de carbono que deben secuestrarse son “asombrosos”.
En general, secuestrar dióxido de carbono es mucho más barato que capturarlo en primer lugar. Se estima que más de la mitad del secuestro de dióxido de carbono de EE. UU. en tierra es inferior a $10 por tonelada, según un Informe especial sobre el uso y almacenamiento de carbono de la Agencia Internacional de Energía.
En su investigación, Schaeff inyectó dióxido de carbono 830 metros en el interior de la Tierra, donde la geología es específica de rocas basálticas, y luego regresó dos años más tarde para descubrir que el dióxido de carbono había reaccionado con las rocas y se había convertido en carbonatos almacenados permanentemente bajo tierra.
“Este dióxido de carbono reaccionó con la roca y se solidificó de tal manera que el gas ya no estaba allí”, dijo Schiff a CNBC. “Estos minerales son estables en escalas de tiempo geológico. Millones y millones de años”.
Aquí se ve a Todd Schiff (izquierda) y Casey Davidson (derecha) analizando la geología del basalto, un tipo de roca especialmente adecuada para el secuestro de carbono. Imagen proporcionada por Andrea Starr en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico.
Imagen proporcionada por Andrea Starr en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico.
También hay un argumento sobre el riesgo moral que algunos activistas del cambio climático presentan contra la tecnología de captura de carbono: centrarse en eliminar el dióxido de carbono de las emisiones de combustibles fósiles, en lugar de reducirlas y eliminarlas por completo, simplemente retrasa la transición necesaria.
Schaeff admitió que se trataba de un “tema delicado”. “Aparece en casi todas las conferencias a las que asisto”, dijo.
Pero dice que es inútil no abordar el dióxido de carbono que ya se emite y se seguirá emitiendo mientras sea necesario cambiar las infraestructuras globales de la forma en que operan actualmente a operaciones más conscientes del clima.
“Ya sea que quieras admitirlo o no, habrá países que usarán combustibles fósiles”, dijo Schiff a CNBC. Si bien el uso global de centrales eléctricas de carbón es significativamente menor que hace unos años, todavía hay más de 2400 centrales de carbón y más de 189 de capacidad adicional de carbón en construcción, según un informe de 2022 de el Monitor Mundial de la Energía.
En los Estados Unidos, donde las energías renovables como la eólica, la hidroeléctrica y la solar son componentes esenciales de la red eléctrica, todavía se usa gas natural, dijo Schaif a CNBC.
“Cuando los vientos no soplan, cuando los ríos no corren, cuando el sol no brilla, necesitamos algún tipo de opción que nos permita mantener las luces encendidas, y sé que es difícil para algunos entender o darnos cuenta de eso, pero tenemos que tener esa opción que funcione. Con gas. Bueno, podemos secuestrar el dióxido de carbono. Podemos capturarlo y secuestrarlo”.
