Guía completa: Tecnologías y ventajas de la recuperación industrial de CO2

¿Qué es la recuperación de CO2 y por qué es importante ahora?

En esencia, la recuperación de CO2 es el proceso de capturar el dióxido de carbono de las emisiones industriales antes de que se libere al medio ambiente. Aunque el efecto invernadero es un problema importante, las tecnologías de recuperación están diseñadas para tomar el CO2 y convertirlo en un producto útil. No se trata sólo de un acto de ecologismo, sino de una estrategia empresarial en un mundo que está experimentando un cambio climático.

Esta tarea es especialmente importante debido al creciente problema del calentamiento global que amenaza al planeta. La ciencia nos dice que, si no se reducen, los niveles de CO2 son la causa fundamental del cambio climático, que provoca un aumento de la frecuencia e intensidad de las catástrofes naturales, la subida del nivel del mar y la extinción de especies. Las empresas, motores de nuestras economías, también contribuyen en gran medida a estas emisiones. La recuperación industrial del CO2 es, por tanto, no sólo lo correcto, sino lo inteligente de cara al futuro, en cumplimiento de los acuerdos internacionales y como vía hacia un sector industrial libre de carbono.

Explicación de las principales tecnologías industriales de recuperación de CO2

El ámbito de la recuperación industrial de CO2 ofrece un conjunto de tecnologías, cada una con un enfoque distinto de la captura de carbono. Entender sus matices es clave para las industrias que quieren reducir su huella de carbono.

Absorción química

La absorción química es uno de los métodos más antiguos de captura de CO2 y funciona como un abrazo químico que atrae a las moléculas de dióxido de carbono. Este método convencional utiliza disolventes selectivos que suelen ser soluciones que contienen aminas elegidas específicamente para reaccionar y formar un enlace químico con el CO2 de los flujos de gases industriales. La simplicidad de este proceso es que el disolvente se expone al CO2 y luego se calienta y el dióxido de carbono se libera de forma concentrada y en una forma que puede utilizarse para otros fines o eliminarse. A continuación, el disolvente está listo para ser reciclado de nuevo al ciclo de absorción sin la presencia de CO2 y se pretende que sea un sistema cerrado que pueda funcionar de forma continua con pérdidas mínimas. La absorción química se ha utilizado ampliamente y ha demostrado ser flexible en el manejo de diferentes composiciones del gas, por lo que es el método más utilizado en las industrias que emiten altos niveles de CO2.

Sin embargo, la absorción química tiene algunos factores operativos que afectan a su eficacia en el proceso. El coste del gasto energético necesario para regenerar el disolvente -para liberar el CO2 capturado y restaurar la capacidad de absorción del disolvente- es otro coste operativo que puede llegar a ser el principal del proceso. Además, los disolventes químicos no son permanentes; se agotan con cada ciclo y necesitan ser sustituidos y eliminados, lo que resulta caro y afecta al medio ambiente. Sin embargo, la absorción química sigue siendo una tecnología popular hasta la fecha, especialmente en la generación de energía a gran escala y en los procesos industriales básicos en los que existe una alta concentración de CO2 y que requieren tecnologías de captura eficientes, a medida que avanza la búsqueda de tecnologías mejores y respetuosas con el medio ambiente.

Separación por membrana

La tecnología de separación por membranas es un método relativamente eficaz y flexible de recuperación de CO2 que utiliza membranas específicas para filtrar el dióxido de carbono. Suelen estar fabricadas con polímeros avanzados o cerámica robusta y están diseñadas para tener una mayor permeabilidad al CO2 que otros componentes gaseosos de una mezcla industrial. El atractivo de la separación por membranas radica en que consume menos energía que otros métodos, es fácilmente escalable y puede integrarse sin grandes interferencias en los sistemas industriales existentes. Esto sitúa a la tecnología de membranas como una solución más viable para las industrias que quieren reducir su consumo energético y hacer más factible la aplicación de tecnologías de captura de carbono.

Sin embargo, sigue siendo difícil conseguir eficiencias de captura de CO2 comparables a las de las técnicas basadas en la absorción química o la adsorción, especialmente cuando se trata de flujos de gas de baja concentración o alto caudal volumétrico. Además, la presencia de impurezas en la corriente de gas de alimentación puede provocar el ensuciamiento de la membrana, lo que a su vez afecta a la velocidad de permeación del CO2 y a la eficacia y durabilidad generales de la membrana. A pesar de estas dificultades, la separación por membranas se está haciendo un hueco en aplicaciones específicas como el procesamiento de gas natural, la purificación de hidrógeno y otros sectores industriales en los que su eficiencia energética inherente y su sencillez operativa ofrecen ventajas convincentes, especialmente a medida que la ciencia de los materiales sigue ampliando los límites del rendimiento y la durabilidad de las membranas, lo que augura un futuro en el que las membranas desempeñarán un papel cada vez más destacado en el panorama de las tecnologías de captura de CO2.

Adsorción por cambio de temperatura (TSA)

La TSA es una técnica muy avanzada de recuperación de CO2 que utiliza cambios de temperatura para adsorber y desorber selectivamente CO2 de diversos flujos de gases industriales. Los sistemas TSA funcionan en ciclos, utilizando materiales adsorbentes, y se prefieren los adsorbentes de tamiz molecular por sus propiedades para capturar CO2 a bajas temperaturas y liberarlo a altas temperaturas. La tecnología TSA se ha aplicado en una amplia variedad de procesos industriales, como la eliminación de gases de combustión de centrales eléctricas y otras instalaciones industriales que buscan reducir las emisiones, la mejora del biogás para aumentar la proporción de metano y obtener un mayor valor como combustible, y en el campo relativamente nuevo de la captura directa en el aire (DAC), donde el CO2 se captura a partir de las bajas concentraciones presentes en la atmósfera. Las características inherentes al TSA, como la alta selectividad del CO2 respecto a otros componentes gaseosos y la estabilidad a largo plazo de muchos materiales adsorbentes, especialmente los tamices moleculares, son algunos de los factores que han hecho que el TSA se utilice ampliamente y sea relevante en estas aplicaciones diversas y desafiantes.

Sin embargo, el entorno operativo de la tecnología TSA no está exento de problemas. El principal es el elevado consumo de energía térmica para la regeneración del adsorbente, en particular el paso de calentamiento necesario para liberar el CO2 capturado y restaurar el adsorbente para los siguientes ciclos. Este consumo de energía térmica puede tener un impacto significativo en la utilización de la energía y la rentabilidad de los sistemas TSA, especialmente en las industrias donde los costes energéticos son una consideración importante. Aunque todavía existe un reto en esta consideración energética, al que se está dando respuesta mediante el desarrollo constante de la tecnología de adsorbentes de tamiz molecular. La mejora de las capacidades de adsorción de CO2 de los tamices moleculares avanzados y, lo que es más importante, la cinética de desorción a temperaturas más bajas están mejorando gradualmente el balance energético y la viabilidad económica de los TSA.

Adsorción por cambio de presión (PSA)

La adsorción por oscilación de presión (PSA) es un desarrollo de la adsorción física muy eficaz y que ahorra energía. Utiliza hábilmente las fluctuaciones de presión para facilitar la adsorción y desorción continuas de CO2. Los sistemas PSA funcionan de forma continua de adsorción a alta presión y desorción a baja presión y suelen implicar el uso de varios lechos adsorbentes para garantizar que haya un flujo constante de CO2 capturado. Esta tecnología es muy valorada por su inherente ahorro de energía, especialmente en comparación con tecnologías de alto consumo energético como la absorción química, y por su capacidad para suministrar flujos de CO2 de muy alta pureza, lo que la hace ideal para procesos que requieren una alimentación concentrada de CO2. Las prestaciones de los sistemas PSA se amplían aún más con la incorporación de materiales adsorbentes avanzados, y los tamices moleculares desempeñan un papel crucial en el aumento de la selectividad y la eficiencia del proceso de captura.

Aunque la tecnología PSA ofrece toda una serie de ventajas, su aplicación con éxito y su funcionamiento a largo plazo requieren la consideración de varios factores. El coste de adquisición de materiales adsorbentes de alto rendimiento, especialmente los tamices moleculares desarrollados específicamente para la captura de CO2, puede resultar caro en la fase inicial. Además, los sistemas PSA pueden ser sensibles al nivel de impurezas de la corriente de gas entrante, lo que puede provocar el ensuciamiento gradual del adsorbente y la consiguiente disminución de la eficacia de captura con el paso del tiempo, razón por la cual es crucial pretratar la corriente de gas. Sin embargo, sus aplicaciones se están extendiendo a ámbitos como la producción de hidrógeno, la mejora de la calidad del biogás para gasoductos y, a un ritmo cada vez mayor, la captura de CO2 tras la combustión en centrales eléctricas y fuentes industriales, debido a la creciente necesidad de una recuperación de CO2 eficiente y de gran pureza.

Separación criogénica

La separación criogénica es una tecnología basada en la criogenia que utiliza la fuerza de las bajas temperaturas para separar eficazmente el CO2 de las corrientes gaseosas. Es como un proceso de destilación bajo cero en el que los flujos de gases industriales se enfrían a temperaturas muy bajas para poder separar los distintos componentes del gas en función de sus puntos de ebullición. El CO2, que tiene una temperatura de condensación más alta en comparación con otros gases industriales como el nitrógeno y el metano, puede condensarse fácilmente y separarse en estado líquido de otros componentes gaseosos. Este enfoque criogénico es particularmente eficaz en su capacidad para producir flujos de CO2 de alta pureza, lo cual es una característica deseable para ciertas aplicaciones industriales en las que es obligatoria una alta pureza del CO2, por ejemplo en la producción de CO2 de grado alimentario para su uso en la industria de bebidas o como reactivo de alta pureza en procesos específicos de síntesis química.

La aplicación de la separación criogénica para la captura de CO2 a gran escala está limitada por varios retos, entre los que se incluyen los elevados costes y los problemas operativos, principalmente debido a la alta demanda de energía y a la necesidad de equipos extensos y costosos. El proceso de enfriamiento de grandes volúmenes de gases a temperaturas criogénicas requiere una cantidad significativa de energía, por lo que es relativamente menos eficiente energéticamente para la captura de CO2, especialmente cuando se aplica a gran escala en industrias que tratan con fuentes diluidas de CO2. El equipo necesario para el funcionamiento criogénico, como el compresor de alta presión, el expansor criogénico y el complejo intercambiador de calor necesario para el funcionamiento a baja temperatura, aumenta el coste de capital. Los tamices moleculares también pueden suponer un coste de capital significativo, pero pueden ser útiles para mejorar la eficacia de los sistemas criogénicos de eliminación de CO2. Esto se debe a que mediante el uso de tamices moleculares para eliminar incluso la más pequeña cantidad de vapor de agua y otras impurezas condensables de la corriente de gas entrante, los operadores pueden evitar la formación de hielo e hidratos sólidos dentro de la unidad criogénica, lo que puede causar problemas operativos y pérdida de eficiencia. Sin embargo, el uso de tamices moleculares antes de la unidad de separación criogénica hace que el proceso sea más eficiente, menos problemático y menos costoso, demostrando así la aplicabilidad y compatibilidad de los adsorbentes de tamiz molecular en otras tecnologías de captura de CO2 que no están necesariamente basadas en la adsorción.

Tamices moleculares para la recuperación industrial de CO2

• 13X Tamices moleculares: Estos tamices tienen un tamaño de poro de unos 10Å y son eficaces para adsorber tanto CO₂ como H₂O. Esto los hace adecuados para usos como la purificación del gas natural y la separación del aire, que elimina tanto la humedad como el dióxido de carbono. También se utilizan en procesos de descarbonización de gases de combustión para capturar emisiones de CO2.
• 5A Tamices moleculares: Estos tamices tienen un tamaño de poro de 5Å y son ideales para la adsorción selectiva de CO₂. Se utilizan principalmente en sistemas de adsorción por cambio de presión (PSA) en los que eliminan selectivamente CO₂ de mezclas de gases por tamaño y selectividad de adsorción para producir CO₂ de alta pureza.
• 4A Tamices moleculares: Se utilizan principalmente para eliminar la humedad debido a su tamaño de poro de 4Å, pero también pueden adsorber CO₂ en determinadas circunstancias. Aunque no son tan selectivas para el CO2 como las zeolitas 5A o 13X, se utilizan en algunas aplicaciones de captura de CO2 en las que también es necesaria la eliminación del vapor de agua.
• Tamices moleculares modificados (NaX, LiX): Estas zeolitas modificadas, como las NaX y LiX, se someten a un intercambio iónico para mejorar su capacidad de adsorción de CO₂. Esta modificación, en la que a menudo intervienen iones de litio, mejora significativamente la capacidad de captura de CO2, lo que las hace muy eficaces en tecnologías PSA y TSA avanzadas para una recuperación eficiente del CO2.

Otros materiales que se han considerado para la captura y separación de CO₂ en el pasado reciente incluyen los tamices moleculares de carbono (CMS) y los materiales de marco orgánico metálico (MOF), pero las aplicaciones industriales actuales siguen dominadas por los tamices moleculares 13X.

Adsorbentes de tamiz molecular: La experiencia de Jalon

En el caso de la recuperación de CO2 por adsorción física, especialmente en PSA y TSA, el adsorbente desempeña un papel crucial. Aquí destaca Jalon, un conocido fabricante de tamices moleculares. Jalon lleva más de dos décadas en el negocio y es un fabricante fiable de tamices moleculares, desde 3A y 4A para deshidratación hasta 5A, 13X y LiX para captura de CO2. No son meros proveedores; son aliados estratégicos, que ofrecen servicios personalizados y una cartera diversa, lo que demuestra su versatilidad.

Los tamices moleculares LiX, 13X, 5A y 4A de Jalon están diseñados para proporcionar la mejor recuperación de CO2 y tienen una alta capacidad de adsorción y selectividad. Al ser uno de los principales productores de estos materiales clave para la captura de CO2, Jalon utiliza su experiencia en I+D y aplicaciones para ofrecer el tamiz molecular adecuado para diversos procesos industriales de captura de CO2. Seleccionar Jalon significa trabajar con una empresa que ofrece conocimientos dedicados y una gama de productos centrados en la eficiencia de sus sistemas de captura de CO2.

Para más información:

• Teléfono: +86-186 3889 5089/+86-379-6989 5719
• Correo electrónico: info@jalonzeolite.com
• Dirección: Junmin Road, Distrito Industrial Cluster, Yanshi, Henan, China.

Aplicaciones de recuperación de CO2 en todos los sectores

La recuperación de CO 2 no es un proceso universal. Su aplicación varía considerablemente de un sector a otro, en función de los perfiles específicos de las emisiones, las necesidades operativas y las consideraciones económicas. A continuación se describen brevemente algunas de las industrias en las que se recupera el dióxido de carbono:

Ventajas de la recuperación de CO2

Reducción de los costes de producción

El uso de sistemas de recuperación de CO2 es una de las mejores formas de ahorrar costes en los procesos industriales. Para las empresas que utilizan CO2 como materia prima, capturar y reciclar el CO2 emitido es económicamente viable, ya que las empresas no tienen que comprar el gas. Además, la integración de tecnologías de recuperación de energía con la captura de CO2 puede reportar beneficios adicionales en términos de necesidades energéticas y, por tanto, de costes. Este efecto sobre la materia prima y las fuentes de energía hace que la recuperación de CO2 no sólo sea una práctica sostenible, sino también un modelo de negocio rentable y rentable para las industrias que buscan maximizar sus beneficios.

Protección del medio ambiente

Nunca se insistirá lo suficiente en el papel que desempeña la recuperación de CO2 en la conservación actual del medio ambiente. De este modo, las industrias contribuyen a disminuir la cantidad de CO2 liberada a la atmósfera y a combatir el cambio climático. Este enfoque es eficaz para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y, por tanto, su huella de carbono global, y para alinear sus operaciones con objetivos medioambientales globales cada vez más cruciales. La recuperación de CO2 ya no es una actividad que una empresa pueda realizar como extra, sino que es una actividad que se ha convertido en parte de la práctica industrial que muestra la preocupación de la empresa por el medio ambiente y ayuda a cambiar hacia una producción más sostenible.

Mayor eficiencia de los recursos

La recuperación de CO2 también está en consonancia con la economía circular, ya que transforma lo que antes era un residuo en un flujo valioso. Mientras que el CO2 emitido es un producto de desecho que puede verterse, las tecnologías de recuperación permiten reutilizarlo como insumo. Esto no sólo reduce significativamente la liberación de efectos negativos, sino que también transforma la utilización eficiente de los bienes industriales. Al reciclar el CO2, las industrias demuestran que gestionan los recursos de forma adecuada, lo que puede conducir a la generación de nuevos ingresos y valor a partir de lo que antes se consideraba un residuo.

Menor dependencia de los mercados de CO2

La aplicación de tecnologías de recuperación de CO2 proporciona a las industrias una mayor flexibilidad operativa y estratégica. Por lo tanto, al disminuir la dependencia de fuentes externas de CO2 y controlar la volatilidad de los precios del CO2, las empresas promueven un modelo de negocio más autónomo. Este cambio también ayuda a mantener y posiblemente reducir el coste de los insumos, al tiempo que aumenta la viabilidad a largo plazo de la empresa. Por lo tanto, al protegerse de las fluctuaciones de los mercados mundiales, las empresas establecen un entorno más estable y estratégicamente ventajoso, lo que es especialmente importante en un mundo que se está convirtiendo gradualmente en un mundo con restricciones de carbono y económicamente impredecible.

Tendencias futuras e innovaciones en la recuperación de CO2

La tendencia en la recuperación de CO2 ha ido en aumento a lo largo de los años. Existen nuevos desarrollos de materiales adsorbentes y membranas avanzadas que auguran un aumento de la eficacia de la captura. Los nuevos y avanzados métodos de captura e integración del CO2 allanan el camino en los procesos industriales. Además de la captura, existe un interés creciente por la utilización del CO2, en la que el CO2 capturado se convierte en productos químicos y combustibles útiles mediante procesos de conversión de energía en X y métodos biotecnológicos. Algunas políticas nuevas, como las reguladoras y las de mercado, son cada vez más estrictas, lo que permite potenciar su adopción. Se trata de un proceso multimedia de recuperación de CO2 que ampliará la creación de redes interindustriales internacionales para convertirse efectivamente en la próxima generación que construya una estructura industrial sostenible.

Conclusión

La recogida de CO2 en origen ha dejado de ser un lujo en la industria para convertirse en una necesidad. No es fácil, sobre todo porque requiere una sólida base tecnológica, políticas adecuadas y, por supuesto, la participación activa de la industria. Como hemos señalado, hay varias tecnologías disponibles en función de las necesidades, y los tamices moleculares, sobre todo los de fabricantes experimentados como Jalon, son cruciales. Son evidentes, pues van desde los beneficios empresariales hasta la conciencia medioambiental. La presión existe; se insta a las industrias a adoptar la recuperación de CO2, buscar las mejores soluciones y trabajar con especialistas como Jalon. Es hora de aprovechar la oportunidad y construir un entorno que una industria y sostenibilidad.