El aprovechamiento del carbono transforma los residuos en valor

La captura de carbono es una respuesta emergente a las emisiones industriales de gases de efecto invernadero (GEI). Después de capturar el dióxido de carbono de los flujos de escape, se suele transportar de las instalaciones de origen para su almacenamiento a largo plazo bajo tierra. Sin embargo, la tecnología y las monitorización constante de las ubicaciones de almacenamiento son costosas.

Para compensar parcialmente los gastos, el CO₂ capturado podría reaprovecharse para crear valor en lugar de simplemente almacenarlo. Esta práctica, llamada reciclaje de carbono, se incluye en el concepto más amplio de captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS), una solución colectiva que ayuda a cumplir los objetivos de emisiones netas cero para 2050 y paliar las amenazas climáticas.

Hoy en día, la industria recoge al año 45 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono de los flujos de escape de residuos, lo que supone aproximadamente un 0,1 % de las emisiones mundiales de todos los sectores. Según los modelos climáticos del Grupo Intergubernamental de Expertos en Cambio Climático y la Agencia Internacional de la Energía, la CCUS podría capturar la impactante cantidad de 1000 millones de toneladas métricas de CO₂ al año para 2030, y varios miles de millones de toneladas para 2050. Si las emisiones de dióxido de carbono del sector industrial y otros fueran aproximadamente las mismas cuando se alcance esta capacidad, podría reducir las emisiones atmosféricas de gases de efecto invernadero un 10 % aproximadamente.

Las tecnologías de GGUS requieren una medición fiable en puntos críticos para garantizar la calidad y seguridad del proceso. Suele incluir el análisis de nivel, caudal, temperatura, presión, líquidos y, cada vez más, el análisis de gases, mediante analizadores espectroscópicos Raman y TDLAS.

A la vista del alto coste de capturar el CO₂, la posibilidad de transformar volúmenes importantes de este gas en un producto valioso es interesante para los procesadores que implementan tecnologías de CCUS. Son muchas las aplicaciones e industrias que pueden beneficiarse del aprovechamiento del carbono. Entre ellas, por ejemplo:

Conocido por su considerable consumo energético y huella de carbono, el sector de la construcción puede utilizar la captura y aprovechamiento del carbono para crear materiales de construcción más sostenibles. Los procesos de producción de cemento tradicionales calientan los materiales a más de 1450 °C (2642 °F), normalmente con fuelóleo pesado, carbón, gas natural u otros combustibles derivados de desechos. Asimismo, la reacción química que se suele utilizar para fabricar cemento requiere la transformación de carbonato de calcio en compuestos similares al óxido de calcio, la cual genera CO₂ como subproducto. Combinadas, estas emisiones son responsables de aproximadamente el 7 % de la producción de gases de efecto invernadero de todo el mundo.

No obstante, esto puede atenuarse si se recolecta el dióxido de carbono del flujo de escape mediante el tratamiento de gas con aminas y se inyecta en cemento fresco durante el proceso de mezclado. El CO₂ inyectado reacciona con los iones de calcio presentes en la mezcla de cemento y forma carbonato de calcio, un agente aglutinador natural. De esta forma se enriquece el cemento, ya que aumenta su fuerza de compresión y atrapa permanentemente el dióxido de carbono, lo que elimina la necesidad de almacenarlo y monitorizarlo en formaciones geológicas. 

El aumento de la fuerza del cemento permite reducir la cantidad de material en los proyectos de construcción, lo que produce un ahorro que compensa parcialmente el coste del tratamiento con aminas. Además, la inyección de CO₂ se puede integrar en los procesos de producción de cemento existentes con modificaciones mínimas de la infraestructura actual. 

El dióxido de carbono también se puede utilizar para crear agregados sintéticos, un componente clave del hormigón, que sustituye a los agregados tradicionales que se extraen de la tierra. Asimismo, existen innovadores emergentes que exploran el desarrollo de alternativas al hormigón ecológicas y con emisiones de carbono negativas, en las que el proceso de producción absorbe más CO₂ del que emite.

El sector del transporte, que depende considerablemente de los combustibles fósiles, puede beneficiarse enormemente del aprovechamiento del carbono. A través de diversos procesos químicos, el CO₂ capturado puede convertirse en combustibles renovables, como el metanol y carburante de aviación sostenible (SAF), lo que contribuiría a reducir la huella de carbono del sector.

Para producir metanol renovable, el dióxido de carbono capturado reacciona con hidrógeno verde en presencia de un catalizador, sometidos temperaturas y presiones altas. El metanol se puede utilizar como combustible directo para automóviles o como material prima para otros combustibles, como el biodiésel. 

S&P Global pronostica que el mercado del metanol renovable alcanzará los 400 millones de toneladas métricas para 2050, lo que demuestra su inmenso potencial. Sin embargo, utilizar metanol en el sector del transporte presenta desafíos, como la necesidad de una infraestructura especializada. 

De igual modo, el sector de la aviación explora el uso de SAF producido a partir de CO₂ capturado para reducir su dependencia de los combustibles fósiles. Para fabricar SAF, el dióxido de carbono capturado se combina primero con hidrógeno en un proceso llamado desplazamiento de agua a gas inverso, que crea gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno. 

A continuación, el gas de síntesis se convierte en una mezcla de hidrocarburos mediante el proceso de Fischer-Tropsch, y la mezcla de hidrocarburos se somete a hidrotratamiento para eliminar impurezas y ajustar las propiedades del combustible. Las características del carburante de aviación, como el contenido energético, el punto de inflamación y el punto de congelación, deben monitorizarse y controlarse cuidadosamente.

Aunque todavía encuentra en las fases iniciales de desarrollo, la Asociación del Transporte Aéreo Internacional estima que el SAF podría contribuir a una reducción del 65 % en las emisiones de GEI de la aviación.

Actualmente, el sector químico depende en gran medida de los combustibles fósiles. Sin embargo, en muchos casos el dióxido de carbono se puede utilizar como materia prima alternativa para producir gran variedad de productos químicos y polímeros. Entre ellos, urea fertilizante, plásticos y materiales de embalaje. 

Cuando el CO₂ reacciona con el amoníaco a altas presiones y temperaturas, se forma carbamato de amonio. A medida que este compuesto químico se descompone, produce urea y agua, que se pueden procesar y granular hasta adquirir un estado sólido que puede emplearse como fertilizante. 

El dióxido de carbono también se puede utilizar para producir policarbonatos. Estos polímeros transparentes y duraderos suelen utilizarse en electrónica, gafas y piezas de automóvil. Se forman reaccionando directamente el CO₂ con epóxidos, un tipo de éter cíclico, en presencia de un catalizador. 

La producción de poliuretano es otro de los usos más frecuentes del dióxido de carbono en el sector químico. Conocidos por su versatilidad y aplicaciones en espumas, recubrimientos e aislamiento, los poliuretanos se fabrican tradicionalmente con polioles derivados de combustibles fósiles. Sin embargo, los procesadores pueden reemplazarlos con polioles derivados de dióxido de carbono, lo que reduce la dependencia de los combustibles tradicionales para disminuir la huella de carbono de los productos de poliuretano.  

Estas prácticas sostenibles de economía circular son prometedoras, pero plantean desafíos al competir con la producción tradicional basada en combustibles fósiles debido al aumento de costes asociado a la captura de carbono. 

El sector agrícola también puede beneficiarse del aprovechamiento del carbono gracias a la aplicación de fertilizantes de urea y su uso directo. El gas de dióxido de carbono puede enriquecer el ambiente de los invernaderos para aumentar el crecimiento de las plantas y el rendimiento de las cosechas. Además, el CO₂ capturado se puede utilizar para el cultivo de algas, que se pueden procesar para obtener biocombustibles, piensos y alimentos.

A pesar de su potencial para mejorar la sostenibilidad, la adopción del sistema CO₂ debe hacer frente a obstáculos considerables. La implementación de las tecnologías de captura de carbono resulta muy costosa. Escalar verticalmente la producción para limitar las emisiones de GEO requerirá una inversión considerable en infraestructuras y el desarrollo del mercado. Es probable que los gobiernos y las organizaciones no gubernamentales tengan que adelantar gran parte del capital necesario. 

Además, garantizar la sostenibilidad general de la captura y el aprovechamiento del carbono requiere alimentar los procesos con energía procedente de fuentes renovables. Utilizar combustibles fósiles para alimentar las tecnologías de CCUS sería contraproducente y anularía los beneficios medioambientales. 

Con el tiempo, la investigación y el desarrollo ayudarán a optimizar los procesos y a aumentar la eficiencia, con lo que se reducirán los costes operativos de la tecnología de CCUS. La viabilidad económica o, como mínimo, la captura de carbono de bajo coste, es crucial para su adopción generalizada en la industria. Sobre todo porque las empresas y consumidores de todo el mundo valoran cada vez más la sostenibilidad.  

Seguir explorando el ámbito de la captura y el aprovechamiento del carbono puede ayudar a reducir las emisiones de GEI y convertir un subproducto dañino en un recurso valioso. El aprovechamiento del carbono es una de las muchas estrategias para reducir las emisiones de dióxido de carbono en múltiples sectores, con lo que se contribuye a un futuro más sostenible.