¿Convertir el CO2 capturado en combustible? Un estudio evalúa su viabilidad

Un equipo de investigadores analiza la viabilidad y eficiencia de capturar el dióxido de carbono a escala industrial y sus principales obstáculos.

El año pasado, el mundo emitió más de 37.000 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono, marcando un nuevo récord. Por ello, la idea de extraer el CO2 de la atmósfera es cada vez más popular. Los gobiernos de todo el mundo apuestan por esta tecnología, denominada captura directa del aire (DAC), para alcanzar sus objetivos climáticos y evitar las peores consecuencias del cambio climático.

Pero a pesar de que ya hay más de una docena de instalaciones de captura directa del aire en funcionamiento en todo el mundo, esta tecnología sigue enfrentándose a importantes obstáculos tecnológicos, entre ellos su elevado consumo energético.

En un estudio publicado en la revista ACS Energy Letters, investigadores revelan que un enfoque popular que muchos ingenieros están explorando para reducir esos costes energéticos, en realidad, está abocado al fracaso. El equipo, que incluye científicos del Laboratorio Nacional de Energías Renovables de Golden (Colorado, EE.UU.), la Universidad de Colorado y la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos), también propuso un diseño alternativo más sostenible para capturar CO2 y convertirlo en combustibles.

«Lo ideal sería extraer el CO2 del aire y mantenerlo fuera de él», explica el primer autor, Hussain Almajed, estudiante de doctorado del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la Universidad de Colorado en Boulder. «Sin embargo, parte de este CO2 puede reciclarse en productos útiles que contengan carbono, por lo que los investigadores han propuesto diferentes ideas sobre cómo podemos conseguirlo. Algunas de estas ideas parecen muy sencillas y elegantes sobre el papel, pero los investigadores rara vez comprueban si son prácticas y económicas en entornos industriales.»

Atrapar el gas

Uno de los métodos más comunes de captura directa del aire consiste en utilizar contactores de aire; básicamente, enormes ventiladores que introducen el aire en una cámara llena de un líquido básico. El CO2 es ácido, por lo que se une de forma natural a la solución y reacciona con ella para formar inofensivo carbonato (el principal ingrediente del hormigón) o bicarbonato (el ingrediente del bicarbonato sódico).

Stratos, una de las mayores instalaciones de captura directa de aire del mundo que se está construyendo en Texas, utiliza este método.

Una vez atrapado el CO2 en las soluciones de carbonato o bicarbonato, los ingenieros deben separarlo del líquido para que éste pueda volver a la cámara a capturar más CO2.

Mientras tanto, el carbono capturado puede convertirse en plásticos, bebidas gaseosas e incluso, con un procesamiento posterior, en combustible para hogares y, potencialmente, aviones.

Pero hay un problema. Para liberar el CO2 atrapado, las empresas tienen que calentar la solución de carbonato y bicarbonato hasta al menos 900 ºC, una temperatura que la energía solar y eólica no pueden alcanzar. Este paso suele realizarse quemando combustibles fósiles como gas natural o metano puro.

«Si tenemos que liberar CO2 para capturarlo, la captura de carbono pierde todo su sentido», afirma Wilson Smith, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biológica y miembro del Instituto de Energías Renovables y Sostenibles de la Universidad de Colorado en Boulder.

Cerrar el círculo

Los investigadores buscan activamente respuestas. Una idea, conocida como captura reactiva, consiste en aplicar electricidad a las soluciones de carbonato y bicarbonato, separando el CO2 y el líquido básico en la cámara. En teoría, el líquido reciclado puede capturar más CO2, formando un sistema de circuito cerrado.

«’Captura reactiva’ es ahora la palabra de moda en este campo, y los investigadores propusieron que podría ayudar a ahorrar energía y costes asociados a la captura de carbono. Pero nadie ha evaluado realmente si es realista en condiciones industriales», explica Almajed.

Para ello, el equipo calculó la producción de masa y energía de las unidades de captura reactiva en función de los datos de entrada, con el fin de conocer el rendimiento del sistema en su conjunto. Comprobaron que, en un entorno industrial, la electricidad no sería capaz de regenerar el líquido básico para volver a capturar más CO2 del aire.

De hecho, tras cinco ciclos de captura y regeneración de carbono, el líquido básico apenas podía extraer CO2 del aire.

El equipo también propuso modificar el proceso de captura reactiva añadiendo un paso llamado electrodiálisis. El proceso divide el agua adicional en iones ácidos y básicos, lo que ayuda a mantener la capacidad del líquido básico para absorber más CO2. La electrodiálisis puede funcionar con electricidad renovable, lo que la convierte en una forma potencialmente sostenible de transformar el CO2 capturado en productos útiles.

Y lo que es más importante, la electrodiálisis puede liberar gas CO2, que los ingenieros pueden utilizar para reforzar el hormigón.

«Para mí, convertir el CO2 en rocas tiene que ser una de las principales soluciones para mantenerlo fuera del aire durante largos periodos de tiempo», afirma Smith. La producción de hormigón consume mucha energía y es responsable del 8% de las emisiones mundiales de carbono. «Se trata de resolver varios problemas con una sola tecnología», añade.

La raíz del problema

Según el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC), un equipo de científicos convocado por las Naciones Unidas, la eliminación del dióxido de carbono «es necesaria para alcanzar los objetivos mundiales y nacionales de cero emisiones netas de CO2 y gases de efecto invernadero».

En todo el mundo hay más de 20 plantas de captura directa en el aire en funcionamiento y 130 más en construcción.

Pero Smith subraya que, aunque la captura de carbono puede tener su lugar, la reducción de emisiones sigue siendo el paso más crítico necesario para evitar los peores resultados del cambio climático.

«Imaginemos la Tierra como una bañera en la que el agua que sale del grifo es CO2. La bañera se está llenando y se está volviendo inhabitable. Tenemos dos opciones. Podemos usar un vasito para sacar el agua, vaso a vaso, o podemos cerrar el grifo», dice Smith. «Reducir las emisiones tiene que ser la prioridad», concluye.