Captura i utilisació de carbono
La captura i utilisació de carbono (CCU per les seues sigles en anglés) és el procés de capturar diòxit de carbono (CO2) i donar-li un us diferent a l'almagasenament.[1] És per tant distinta de la captura i almagasenament de carbono (CCS per les seues sigles en anglés), a voltes denominada "seqüestre del carbono".
La CCU pot oferir una resposta al repte planetari de reduir significativament les emissions de gasos d'efecte hivernàcul d'importants emissors fixos (industrials).[2] A diferència de la CCS, la CCU no pretén l'almagasenament geològic permanent de diòxit de carbono ni resulta en ell. En canvi, la CCU es propon convertir el diòxit de carbono capturat en substàncies o productes més valiosos, com plàstics, formigó o biocombustible al mateix temps que manté la neutralitat de carbono d'estes conversió.
El CO2 capturat pot convertir-se en 2 tipos de productes. Els de el primer tipo es cremaran per a generar energia i el CO2 tornarà a l'atmòsfera: hidrocarburs, com a metanol, per a utilisar en biocombustibles i atres fonts alternatives i renovables d'energia. Els de el segon tipo tindran un us més permanent: plàstics, formigó i reactius per a vàries síntesis químiques.[3]
A pesar de que en principi la CCU no resulta en l'emissió neta de diòxit de carbono a l'atmòsfera, deuen tindre's en conte varis aspectes importants:
- L'energia necessària per a produir combustibles sintètics a partir de el CO2 capturat no deuria superar l'energia lliberada en cremar estos combustibles. Com el CO2 és una forma termodinámicamente estable del carbono, produir composts a partir d'ell és intensiu en energia.[4]
- Els dubtes sobre l'escala a la qual pot amprar-se raonablement la CCU són un argument important contra l'inversió en esta tecnologia.
- El grau de disponibilitat d'atres matèries primeres per a produir el compost que s'estudia fabricar per mig de CCU també tindria que considerar-se abans d'invertir en dita tecnologia.
Considerant les diferents opcions potencials para captura i utilisació, l'investigació sugerix que aquelles que impliquen substàncies químiques, combustibles i microalgas tenen un potencial llimitat per a extraure CO2 de l'aire, mentres que les que impliquen materials de construcció i us agrícola poden ser més eficaços.[5]
La rendabilitat de la CCU depén en part del preu de carbono (lo que costa emetre CO2 a l'atmòsfera). Amprar CO2 capturat per a fabricar productes comercials útils podria fer la CCU financerament viable.[6]
Eixemples de tecnologia i aplicació
[editar | editar còdic]Electrocatálisis de el CO2
[editar | editar còdic]La electrocatálisis pot amprar-se per a convertir el diòxit de carbono (CO2) en productes de valor afegit. En particular, l'electroquímica permet intercanviar electricitat per energia química, mentres que la catálisis permet millorar la velocitat de la reacció química.[7] La electrocatálisis de CO2 permet obtindre una enorme varietat de productes com monòxit de carbono (CO), àcit fórmico (HCOOH), metanol (CH3OH), metà (CH4), formaldehit (CH2O), àcit oxálico (H2C2O4), etanol (C2H6O) i etileno (C2H4).[8] Per a això, el CO2 deu capturar-se prèviament per a aixina poder convertir-se en un autèntic combustible neutre en carbono per mig d'estos processos electroquímics en mig acuoso.[9][10][11] D'esta manera és possible convertir CO2 directament en el citat etanol, el qual a la seua volta pot transformar-se en gasolina o combustible d'aviació.[12]
Combustible neutre en carbono
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Combustible neutre en carbono.
Pot sintetisar-se un combustible neutre en emissions utilisant CO2 capturat de l'atmòsfera com la font principal dels àtoms de carbono (C) que formen la molècula del hidrocarbur (els àtoms d'hidrogen, H, s'obtenen de la electrólisis de l'aigua). Despuix de sintetisar-ho, el combustible es crema, per eixemple en un motor d'explosió, i es torna a l'atmòsfera el CO2 que per a sintetisar-ho es va extraure de l'aire. En este procés no hi ha extracció neta de CO2 de l'atmòsfera, ni emissió neta a ella; d'ahí el nom de "combustible neutre en carbono". Un eixemple d'esta tecnologia és el biocombustible de microalgas, que es tracta més avall.
Metanol com a combustible
[editar | editar còdic]Un procés habitual en la síntesis d'hidrocarburs és la fabricació de metanol. El metanol se sintetisa fàcilment a partir de CO2 i H2. Basant-se en este fet va nàixer l'idea d'una economia del metanol.
El metanol, o alcohol metílico, és el membre més senzill de la família d'alcohols, composts orgànics en una fòrmula genèrica de CnHmOH (la del metanol és CH3OH). El combustible de metanol pot fabricar-se utilisant el diòxit de carbono capturat i aportant energia renovable per a les reaccions químiques necessàries, que són endotèrmiques. Consegüentment, el combustible de metanol s'ha considerat una alternativa neutra en emissions als combustibles fòssils[13][14] (l'extracció i consum de combustibles fòssils aumenta el CO2 en l'atmòsfera i empijora aixina el calfament mundial, mentres que la fabricació de combustibles sintètics a partir de el CO2 de l'atmòsfera i energia renovable, i el seu posterior consum, no canvia la cantitat de CO2 en l'atmòsfera. L'empresa Carbon Recycling International, en fàbrica en Grindavik, Islàndia, ven este combustible de metanol renovable "emissions-a-líquit" d'alt octanaje en una capacitat de producció de 4 000 tonellades anuals.[15]
Síntesis química
[editar | editar còdic]Ademés de combustibles, el CO2 capturat de l'atmòsfera pot utilisar-se com a matèria primera en múltiples productes, com policarbonats (per mig de catalisadors en base cinc), àcit acètic,[16] urea o PVC.[17] Un informe de març de 2011 sugeria que esta tecnologia es podria comercialisar en els següents 5 anys, lo que finalment no va ocórrer. El que la síntesis química suponga o no la retirada permanent de CO2 de l'atmòsfera depén del compost sintetisat. Per eixemple els hidrocarburs alifáticos (de cadena recta, és dir, no ramificada) es poden degradar, lliberant de nou CO2 a l'atmòsfera, en un espai de temps tan escàs com 6 mesos.
Novomer és una empresa química que treballa en un catalisador en base cinc per a producció, com a matèries primeres, de carbonat de polietileno (PEC) i carbonat de polipropileno (PPC). Un informe de 2011 de l'Institut Mundial para Captura i Almagasenament de Diòxit de Carbono prevea un potencial de producció anual de 22,5 millons de tonellades de CO2 (MtCO2/a). L'empresa ha rebut finançació de múltiples fonts, com el Departament d'Energia (DOE) (2,6 millons de dólars nortamericans, $) o el NSF (400 000 $), per a conseguir la comercialisació del seu producte, aixina com per a convertir el seu procés de producció d'un procés per lots a un procés continu.[17]
Millora en l'extracció de petròleu
[editar | editar còdic]En l'extracció de petròleu millorada (EOR per les seues sigles en anglés), el CO2 capturat s'injecta en bosses de cru subterrànees de les que s'ha extret tant que ya no tenen pressió per a que el petròleu ascendixca a la superfície. D'esta forma s'aumenta la producció de cru entre el 5 i el 40 %.[17] L'utilisació de CO2 en estos fins ascendix a entre 30 i 300 MtCO2/a. És una tecnologia permanent i madura en CCU. El major impulsor del mercat de EOR és la forta dependència del petròleu. En Estats Units, alguns impulsors adicionals són els aranzel al cru estranger aixina com desgravació fiscals per reducció d'emissions.
Mineralisació del diòxit de carbono
[editar | editar còdic]Es fa reaccionar el CO2 de gasos de combustió en minerals com òxit de magnesi i òxit de calcio per a formar carbonats sòlits estables. Les fonts de minerals inclouen la salmorra i minerals industrials de rebuig. Els carbonat poden ser utilisats llavors per a construcció, productes de consum, i com una alternativa a la captura i almagasenament de carbono (CCS). Esta tecnologia pot extraure de l'atmòsfera més de 300 MtCO2/a. Per cada tonellada de carbonat aixina produït es retira de l'aire mija tonellada de CO2. Aixina i tot, en 2016 la tecnologia encara no estava madura i es preveen anys de proves i prototips abans de conseguir aplicacions comercialisables.[18]
La companyia Calera va propondre una manera de mineralizar el CO2 a través d'un procés denominat CMAP, que supon, a partir d'una mescla d'aigua, minerals sòlits i gasos de combustió, precipitar una pasta de carbonat. Els productes resultants del procés són: una suspensió bombeable de carbonat, aigua dolça i gasos de combustió lliures de CO2.
Els beneficis d'este procés inclouen la producció d'aigua dolça i que el CO2 utilisat no requerix separació ni compressió. Una barrera per a esta tecnologia és, no obstant, la competència en les indústries de ciment existents.
Biocombustible de microalgas
[editar | editar còdic]Un estudi ha sugerit que les microalgas poden utilisar-se com una font alternativa d'energia.[19] S'alimenta un estany de microalgas en una font de diòxit de carbono, com a gasos de combustió, i es deixa que proliferen les microalgas. Quan han creixcut, les algues es cullen i la seua biomassa es convertix en biocombustible. Cada tonellada de biomassa seca de microalgas ha extret de l'aire 1,8 tonellades de CO2. Esta tecnologia pot extraure de l'atmòsfera més de 300 MtCO2/a, encara que de forma no permanent, perque retornarà a l'aire quan es consuma el biocombustible.
En tot cas es tracta d'un combustible neutre en carbono, perque el CO2 que es llibera a l'atmòsfera quan es consumix és el mateix que es va retirar d'ella quan es va produir. La tecnologia no està madura encara:[20] en 2020 una empresa productora de microalgas, que aprofita part de el CO2 emés per una central de cicle combinat, està duplicant anualment el volum de negoci, pero no produint biocombustibles, com tenia planejat inicialment (eixa llínea de negoci no ha segut exitosa), sino fertilisants.[21]
Les algues mortes poden depositar-se en el fondo de l'estany i resultar aixina en un almagasenament permanent de CO2. Aixina i tot, les algues necessiten extensos estanys i sol durant tot l'any per a extraure CO2 a lo llarc de l'any. Ademés és necessari controlar l'entorn de l'estany, perque les algues necessita viure en unes condicions concretes. Estos estanys poden afectar al mig ambient i a l'ecosistema circumdant.
Agricultura
[editar | editar còdic]Per a lluitar contra el canvi climàtic també s'ha propost la fixació de carbono a través del cultiu de plantes.[22] Quan es cullen, la biomassa resultant pot utilisar-se para combustible, mentres que el carbó vegetal que s'obté com a subproducte s'ampra en agricultura per a enriquir el terreny (si se li dona este us rep el nom de "biocarbón"). Cool Planet és una companyia privada en una planta d'I+D en Camarillo, Califòrnia, que desenrolla l'ocupació de biocarbón, i sosté que el seu producte pot aumentar la collita un 12,3 % i retornar 3 voltes l'inversió a través de les millores en la fertilitat del sol i en la retenció de nutrients.[23] Si ben alguns qüestionen eficàcia de la captura de carbono per mig de plantes per a la mitigació del canvi climàtic,[24] és un método generalment promogut per organismes internacionals i numerosos països.[21]
Impactes migambientals
[editar | editar còdic]Un element fonamental dins de la captura i utilisació de carbono és la seua evaluació des d'un punt de vista ambiental. Ya que els processos de captura i utilisació consumixen energia, aigua, matèria i sol, resulta fonamental garantisar la coherència ambiental. Per a això, la ferramenta d'anàlisis de cicle de vida s'ha erigit com a fonamental per a esta classe d'anàlisis en relació en la captura i utilisació de CO2.[26] S'han fet 16 anàlisis de cicle de vida sobre l'impacte migambiental de les 4 principals tecnologies CCU comparant-les en tecnologies CCS convencionals: síntesis química, mineralisació del diòxit de carbono, producció de biodiésel i extracció de petròleu millorada (EOR per les seues sigles en anglés). Les 4 tecnologies es varen evaluar basant-se en 10 impactes com el potencial d'acidificació, el d'eutrofización, el de calfament mundial o el de disminució d'ozon. La conclusió dels 16 anàlisis va ser que la síntesis química té el potencial de calfament mundial més alt (216 voltes més que la CCS) mentres que l'extracció de petròleu millorada té el menor potencial de calfament mundial (1,8 voltes més que la CCS).[1]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 Journal of CO2 Utilization.9
- 82–102.ISSN 2212-9820.doi:10.1016/j.jcou.2014.12.001.
- ↑ «Carbon Capture». Center for Climate and Energy Solutions. Consultat el 2020-04-22.
- ↑ Journal of Chemical Technology & Biotechnology.89(3)
- 334–353.ISSN 1097-4660.doi:10.1002/jctb.4229.
- ↑ Smit, Berend; Reimer, {{{nom2}}}; Oldenburg, {{{nom3}}}; Bourg, {{{nom4}}} (2013-06-18). Introduction to Carbon Capture and Sequestration, Imperial College Press. doi:10.1142/p911. ISBN 9781783263271.
- ↑ Nature.575(7781)
- 87–97.doi:10.1038/s41586-019-1681-6.
- ↑ Biniek. «Why commercial use could be the future of carbon capture | McKinsey». mckinsey.com. Archivat des d'el original, el 8 de giner de 2019. Consultat el 2018-01-12.
- ↑ Electrocatalytic carbon dioxide reduction: From fonamental principles to catalyst design.7doi:10.1016/j.mtadv.2020.100074.
- ↑ Progress toward Commercial Application of Electrochemical Carbon Dioxide Reduction.
- 2571–2586.doi:10.1016/j.chempr.2018.08.019.
- ↑ «Nano-spike catalysts convert carbon dioxide directly into ethanol | ORNL». www.ornl.gov. Consultat el 2020-01-23.
- ↑ «Copper Catalyst Yields High Efficiency CO2-to-Fuels Conversion | Research UC Berkeley». vcresearch.berkeley.edu. Consultat el 2020-01-23.
- ↑ Dimmer. «Turning CO₂ into Ethanol: Researchers Light the Way for Sustainable Energy Production». news.iit.edu. Archivat des d'el original, el 19 de maig de 2020. Consultat el 2020-01-23.
- ↑ «Ethanol Producer Magazine – The Latest News and Data About Ethanol Production». www.ethanolproducer.com. Consultat el 2020-01-23.
- ↑ Angewandte Chemie International Edition.44(18)
- 2636–2639.ISSN 1521-3773.doi:10.1002/anie.200462121.
- ↑ Consultat el 2018-12-07.
- ↑ «Vulcanol» (en en-us). CRI - Carbon Recycling International. Archivat des d'el original, el 31 d'octubre de 2019. Consultat el 2018-12-08.
- ↑ Council, National Research (2001-06-27). Carbon Management: Implications for R & D in the Chemical Sciences and Technology (A Workshop Report to the Chemical Sciences Roundtable) (en en). doi:10.17226/10153. ISBN 9780309075732.
- ↑ 17,0 17,1 17,2 «Accelerating the uptake of CCS: industrial use of captured carbon dioxide» (PDF). globalccsinstitute.com. Global CCS Institute. Consultat el 2020-10-03.
- ↑ Javier Jiménez. «Cóm convertir el diòxit de carbono en pedres i, de pas, frenar el calfament climàtic».
- ↑ Renewable and Sustainable Energy Reviews.26
- 241–264.ISSN 1364-0321.doi:10.1016/j.rser.2013.05.059.
- ↑ https://www.chemengonline.com/mechanical-co2-sequestration-improves-algae-production/
- ↑ 21,0 21,1 «[1]». Consultat el 8 de juliol de 2019.
- ↑ Energy.36(4)
- 2011–2016.ISSN 0360-5442.doi:10.1016/j.energy.2010.09.031.
- ↑ «Cool Planet Completes 100th Independent Trial of Cool Terra®». Cool Planet.
- ↑ Popper. «The inventor of everything» (en en-us). The Verge. Consultat el 2018-12-08.
- ↑ «Demonstration projects | Global CCS Institute». hub.globalccsinstitute.com. Archivat des d'el original, el 12 d'abril de 2019. Consultat el 2018-12-07.
- ↑ Life cycle assessment of CO2 capture and utilization: a tutorial review.43(23)
- 7982-7994.doi:10.1039/C3CS60373C.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Captura y utilización de carbono» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.