El proceso central de cuatro etapas para la recuperación de CO₂
El principio fundamental de la recuperación de CO₂ es separarlo selectivamente de una corriente de gas mixta. Esto se logra mediante un proceso estandarizado de cuatro pasos:
1. Pretratamiento: Eliminación de impurezas de los gases de combustión
Primero se debe limpiar el gas de combustión sin tratar para evitar la corrosión, los bloqueos y la degradación del rendimiento en el equipo de captura aguas abajo.
Eliminación de polvo: Los precipitadores electrostáticos o filtros de bolsa se utilizan para eliminar partículas (polvo), que pueden obstruir los adsorbentes o disolventes y reducir la eficiencia de la separación.
Desulfurización y desnitrificación: La desulfuración húmeda de los gases de combustión (p. ej., método de piedra caliza y yeso) y la reducción catalítica selectiva (SCR) se emplean para eliminar el dióxido de azufre (SO₂) y los óxidos de nitrógeno (NOₓ). Estas impurezas causan corrosión en el equipo, reaccionan para crear subproductos no deseados con solventes de captura y reducen la pureza final del CO₂.
Deshidratación: Los enfriadores y secadores de adsorción eliminan el vapor de agua para evitar la formación de hielo y bloqueos de tuberías durante los procesos de captura a baja temperatura y para evitar la formación de ácido carbónico corrosivo.
2. Captura y separación: aislamiento selectivo de CO₂
Este es el núcleo del proceso de recuperación y la etapa más costosa y tecnológicamente intensiva, ya que representa entre el 60 y el 70% de la inversión total. El gas pretratado ingresa a una unidad de captura donde el CO₂ se separa selectivamente de N₂ y O₂ mediante métodos físicos o químicos.
3. Purificación y refinación: aumento de la pureza del CO₂
El CO₂ 'crudo' capturado (normalmente con una pureza del 85-95 %) a menudo requiere una purificación adicional para eliminar impurezas residuales como N₂, O₂ y H₂S. El nivel de pureza requerido dicta la tecnología utilizada.
Grado alimentario (≥99,9 % de pureza): para aplicaciones como carbonatación de bebidas o como aditivo alimentario, se requiere una combinación de torres de adsorción (que utilizan tamices moleculares para eliminar N₂/O₂) y columnas de destilación (para separar las impurezas de los componentes ligeros).
Grado industrial (95-98 % de pureza): para usos como recuperación mejorada de petróleo (EOR) o síntesis química, los requisitos de pureza son menos estrictos, lo que permite un proceso de purificación simplificado y más rentable.
4. Compresión y almacenamiento: conversión a estado líquido o supercrítico
El gas CO₂ purificado se presuriza y enfría para un almacenamiento y transporte eficientes.
El gas se introduce en compresores y se presuriza (normalmente entre 2,0 y 7,38 MPa) mientras se enfría entre -20 °C y -30 °C.
Este proceso convierte el CO₂ en un estado líquido o supercrítico (punto crítico de CO₂: 7,38 MPa y 31,1 °C), que luego se almacena en tanques aislados especializados en espera de su utilización o secuestro.
Comparación de tecnologías de captura líderes
La elección de la tecnología de captura depende en gran medida de las características de los gases de combustión, las consideraciones de costos y los requisitos operativos.
| Ruta Tecnológica |
Principio Básico |
Ventajas |
Desventajas |
Aplicaciones Ideales |
| Absorción química |
Utiliza un disolvente alcalino (p. ej., MEA, DEA) que reacciona químicamente con CO₂ para formar un carbamato estable. Luego se calienta el disolvente (120-150 °C) para romper el enlace, liberar el CO₂ y regenerar el disolvente. |
1. Alta selectividad: Excelente eficiencia de captura (≥90%) incluso en bajas concentraciones de CO₂.
2. Tecnología madura: ampliamente probada en numerosas aplicaciones industriales. |
1. Energía de alta regeneración: la calefacción con solventes representa más del 70% del consumo total de energía, lo que genera altos costos operativos.
2. Degradación de solventes: Los solventes se degradan y volatilizan, lo que requiere reposición y potencialmente causa contaminación secundaria.
3. Corrosivo: Requiere materiales costosos y resistentes a la corrosión para los equipos. |
Escenarios con baja concentración de CO₂ (10-15%) y flujo de gas estable, como centrales eléctricas alimentadas con carbón e incineradores de conversión de residuos en energía. |
| Adsorción física |
Emplea adsorbentes sólidos (p. ej., tamices moleculares, carbón activado, MOF) que capturan CO₂ en su superficie a bajas temperaturas/altas presiones. El CO₂ se libera (dessorbe) aumentando la temperatura o disminuyendo la presión (TSA/PSA). |
1. Energía de baja regeneración: el consumo de energía es entre un 30% y un 50% menor que la absorción química.
2. No corrosivos: los adsorbentes son inertes, lo que prolonga la vida útil del equipo.
3. Respetuoso con el medio ambiente: sin pérdida de disolventes ni contaminación asociada. |
1. Menor eficiencia a bajas concentraciones: más adecuado para gases de combustión con concentraciones de CO₂ ≥15%.
2. Capacidad limitada: Los adsorbentes tienen una capacidad finita, lo que requiere ciclos de regeneración frecuentes y mayores volúmenes de equipos.
3. Susceptible a impurezas: El vapor de agua y otras impurezas pueden desactivar el material adsorbente. |
Escenarios con mayor concentración de CO₂ (15-25%) y bajos niveles de impurezas, como hornos de cemento y gas de hornos de coque de acerías. |
| Separación de membranas |
Utiliza membranas poliméricas (p. ej., poliimida) que son selectivamente permeables al CO₂. Las moléculas de CO₂ atraviesan la membrana entre 5 y 10 veces más rápido que el N₂, creando una corriente rica en CO₂ en un lado y una corriente empobrecida en CO₂ en el otro. |
1. Tamaño compacto: no se requieren grandes torres ni recipientes.
2. Bajo mantenimiento: Sin piezas móviles, lo que permite un funcionamiento sencillo.
3. Flexible y escalable: el diseño modular permite un fácil ajuste a diferentes caudales de gas agregando o quitando unidades de membrana. |
1. Baja eficiencia de separación: la separación en una sola etapa produce solo entre un 80 y un 85 % de pureza, lo que a menudo requiere múltiples etapas en serie, lo que aumenta el costo.
2. Sensible a las condiciones: Las membranas son susceptibles a daños por altas temperaturas e impurezas, lo que requiere un tratamiento previo estricto y una vida útil típica de la membrana de 3 a 5 años.
3. Alto uso de energía para bajas concentraciones: el consumo de energía aumenta significativamente para corrientes de gas diluidas. |
Instalaciones pequeñas y medianas con flujos de gas fluctuantes (por ejemplo, pequeñas plantas químicas, centrales eléctricas distribuidas), o como paso previo a la concentración en un proceso híbrido. |
