¿Tecnología barata para reciclar CO2 de los gases de combustión? 

¿Barato? Cuando escuchas esta palabra en el contexto de la captura de dióxido de carbono, inmediatamente quieres comprobar de qué está hablando exactamente el interlocutor. A menudo, por "barato" se entienden los bajos costes de capital, olvidándose de los costes operativos, o viceversa. O generalmente significan reducir el costo de depuradores de aminas relativamente costosos. Entendamos sin ilusiones.

¿Dónde reside lo “barato”? Desmontándolo pieza por pieza

Dejando a un lado el marketing, la clave de la economía es la fuente de gas.gases de combustiónde una central térmica o de una planta de cemento; esto no es CO2 puro. Hay entre un 10 y un 25% de dióxido de carbono, el resto es nitrógeno, oxígeno, humedad y, lo más importante, impurezas: SOx, NOx, polvo. La primera y más cara etapa de cualquier etapa ?barata? La tecnología es la prelimpieza. Si lo ignoras, es posible que no vayas más lejos: los catalizadores se envenenarán, los absorbentes se degradarán. He visto instalaciones en las que los intentos de ahorrar dinero en limpieza llevaron a que después de seis meses los adsorbentes se convirtieran en una masa inútil. Las inversiones de capital llegaron a cero.

Por eso, cuando hablan de precio bajo, siempre pregunto: “¿Qué está incluido en el precio?” A menudo, en proyectos piloto, el costo de eliminación se considera sólo en la etapa de absorción/adsorción, “¿olvidando?” sobre preparación de gas, compresión, almacenamiento y logística del producto resultante. La cadena completa es donde residen los principales costes. La tecnología de bajo costo es aquella que minimiza los costos a lo largo de la cadena, en lugar de hacerlo en un eslabón.

Otro punto es el consumo de energía. La depuración con aminas es costosa debido al enorme calor necesario para regenerar la solución. Entonces, "¿barato?" la alternativa debe reducir radicalmente esta energía o utilizar el calor residual de la misma planta. Por ejemplo, ¿utilizar calor de baja intensidad para regenerar nuevos tipos de absorbentes o trabajar según los principios de adsorción por oscilación de presión (PSA/VSA), que, sin embargo, también es “glotón”? para compresión.

Mineralización: mucho ruido y resultado de piedra.

Una tendencia muy de moda, que a menudo se presenta como una panacea. La idea es sencilla: convertir el CO2 en carbonatos utilizando residuos (escorias, cenizas) o silicatos naturales. De hecho, el funcionamiento de la tecnología puede resultar económico si las materias primas están disponibles. Pero aquí nos topamos con la cinética. El proceso natural de carbonatación geológica dura miles de años. Para acelerarlo a escala industrial, se necesitan alta presión y temperatura (¡otra vez energía!) o catalizadores/activadores costosos.

Participamos en un proyecto de reciclaje de CO2 mediante escorias siderúrgicas. Las pruebas de laboratorio fueron alentadoras. Pero durante la ampliación surgieron problemas: la heterogeneidad de la composición de la escoria de un lote a otro, la necesidad de su molienda más fina (consumo de energía) y, lo más importante, la dificultad de organizar el contacto continuo del gas con el material sólido en el reactor. El resultado fue una producción baja o una producción enorme y “cara”. reactor. En teoría, el producto, los carbonatos, se puede vender, pero el mercado para tales volúmenes en la región resultó ser ilusorio. El proyecto se estancó en la etapa de instalación piloto. Experiencia valiosa, pero no un avance tecnológico.

Conclusión sobre la mineralización: Este es un método de eliminación potencialmente de bajo costo, pero no de captura. Es bueno para aplicaciones puntuales, donde hay una fuente de CO2, una fuente de silicato y un consumidor de carbonato cerca. Para los gases de combustión típicos de una central térmica, esto sigue siendo difícil y no siempre rentable.

Vías biológicas: algas y más

Esta es quizás la forma más ?natural? y de forma atractiva para los medios. Cultive algas usando CO2 y luego úselo como biocombustible, alimento y fertilizante. Suena como un ciclo perfecto. La realidad es más dura. El principal coste no es el biorreactor en sí, sino la preparación del gas. Las algas son muy sensibles a las impurezas, especialmente a los óxidos de azufre y nitrógeno. Sírvelos directamentegases de combustión- significa matar la cultura. Se requiere casi la misma limpieza profunda que con los métodos químicos.

Lo siguiente es la luz. Para una alta productividad se necesita un área grande y buena iluminación (la luz artificial devora toda la economía). Además control de temperatura, pH, nutrientes. Como resultado, el coste de capturar una tonelada de CO2 a través de algas en climas templados es prohibitivo. La economía sólo puede salvarse mediante el alto coste del bioproducto final (por ejemplo, para los productos farmacéuticos). Para la utilización masiva de carbono de las centrales térmicas, esta aún no es una opción.

Existen métodos biológicos más mundanos, como el uso de CO2 en invernaderos para intensificar el crecimiento de las plantas. Esta es una práctica realmente funcional y relativamente barata, pero la escala del reciclaje está limitada por el área de invernaderos y la estacionalidad.

Membranas y adsorbentes: una carrera silenciosa de materiales

Es aquí donde se están desarrollando actualmente los principales trabajos de investigación, dirigidos específicamente a reducir costes. La idea es sustituir la recuperación de aminas, que consume mucha energía, por una separación más sencilla utilizando nuevos materiales. Membranas cerámicas y poliméricas, MOF (estructuras organometálicas), materiales de carbono porosos: la lista es larga.

Los sistemas híbridos son de interés práctico. Por ejemplo, no intente separar el CO2 puro de los gases de combustión, sino utilice membranas para obtener una mezcla rica (por ejemplo, 50-70% de CO2), que luego se puede utilizar en procesos tecnológicos que no requieren alta pureza. Esto reduce los costos de acabado y compresión. Conozco el trabajo de colegas chinos, por ejemplo deChengdu Yizhi Technology Co.(su sitio web eshttps://www.yzkjhx.ru). Este instituto de diseño, fundado sobre la base de Huaxi Technology, trabaja activamente en tecnologías de separación de gases y recuperación de recursos. Su cartera incluye soluciones en las que el preenriquecimiento de la membrana se combina con una etapa final de postratamiento, lo que da como resultado una ganancia total de energía. ¿No prometen ?barato? Parece una palabra mágica, pero hablan de optimizar el costo total de propiedad para un cliente específico. Este es un enfoque honesto.

El problema con los nuevos adsorbentes y membranas es el envejecimiento y la incrustación. La eficiencia de un laboratorio en gramos y una planta piloto que procesa miles de metros cúbicos por hora son dos cosas muy diferentes. ¿Cómo se comportará el material después de 10.000 ciclos de adsorción-desorción en un flujo de gas real sin purificar? A menudo la respuesta sólo llega tras largas pruebas industriales. Y ésta es un área de riesgo para el inversor.

Entonces, ¿cuál es el resultado final? Vista desde el taller

¿Universal? ¿barato? tecnología para cualquieragases de combustiónno y probablemente no lo haga. Todo se reduce a la ubicación. Una solución económica es una personalizada, adaptada a una tubería específica. En algún lugar hay acceso a calor barato para la regeneración; se puede pensar en fluidos avanzados. En algún lugar cercano hay una cantera y un mercado de piedra triturada; vale la pena considerar la mineralización. En algún lugar hay una red de gasoductos; podemos considerar membranas para producir CO2 comercial.

La lección práctica más importante que he aprendido es: no empieces eligiendo una tecnología. Comience con un análisis exhaustivo del gas (no según el pasaporte, sino basado en mediciones reales en diferentes modos de funcionamiento de la caldera) y con una comprensión clara de lo que hará con el CO2 resultante. ¿Vender, descargar, almacenar o utilizar localmente? La economía depende en un 80% de esta respuesta.

Y una cosa más. ¿A menudo? ¿Barato? no se puede encontrar en una tecnología innovadora, sino en una integración competente. Aprovechamiento de calor de baja calidad, aprovechamiento de la infraestructura existente, sinergia con otros procesos de la planta. A veces, una simple modernización de los intercambiadores de calor y la optimización del modo de combustión dan un mayor efecto en la reducción de emisiones por rublo de costo que un sistema de captura complejo. Pero por alguna razón hablan menos de esto.

Por lo tanto, respondería a la pregunta del título de esta manera: hay tecnologías baratas, pero no están en el estante. Son creados por ingenieros y tecnólogos para una tarea específica, combinando soluciones conocidas, teniendo en cuenta las condiciones locales y la economía real, no en papel. Y en este proceso, la experiencia de institutos aplicados como el mencionadoChengdu Yizhi Technology Co., que funciona desde 2013 y tiene un capital autorizado importante, suele ser más valioso que los descubrimientos de laboratorio de alto perfil. Miran el problema desde el final, desde el producto y su costo, y este es el camino correcto hacia ese mismo "barato".