Captura y almacenamiento de carbono, ¿cómo funciona?

El desarrollo de las energías renovables y la eficiencia energética son dos pilares fundamentales de los esfuerzos para mitigar el cambio climático.

Pero, ante la magnitud de la reducción de emisiones a conseguir, los expertos de la Agencia Internacional de la Energía(AY) y IPCC considerar que el uso de tecnologías de captura, almacenamiento y recuperación de CO₂ es fundamental para alcanzar el objetivo de la neutralidad en carbono.

El proceso de captura de CO DMX₂, fruto de una década de investigación en los laboratorios del IFP Énergies nouvelles, se demuestra ahora en las instalaciones de Arcelor Mittal en Dunkerque, un gigante siderúrgico que emite más de 11 millones de toneladas de CO₂ Chaque année

CO₂ capturado podría transportarse y luego almacenarse en el Mar del Norte, por ejemplo, en el sitio del proyecto noruego Auroras boreales, que también firmó el pasado mes de agosto su primer acuerdo comercial para el transporte y almacenamiento de CO₂, esta vez capturado en una planta de fertilizantes y amoníaco en los Países Bajos.

El objetivo de capturar, almacenar o recuperar dióxido de carbono (más conocido por las siglas CCS o CCU por captura y almacenamiento de carbono ou captura y utilización de carbono) es ayudar a descarbonizar la industria: es un conjunto de tecnologías para capturar y almacenar y/o utilizar CO₂ en lugar de dejarlo escapar a la atmósfera. De hecho, la industria pesada es la fuente de casi el 20% de las emisiones globales de COXNUMX.₂ Este Dia. En Francia, la Estrategia Nacional Baja en Carbono (SNBC) establece un reducción de emisiones industriales en un 80% para 2050 en comparación con 2015.

En el escenario de "desarrollo sostenible" de la AIE, estas tecnologías de captura contribuiría en un 15% a la reducción acumulada de emisiones de CO₂ en 2070.

Cómo ? Separando el CO₂ humos industriales, para almacenarlo en formaciones geológicas subterráneas profundas y así aislarlo de la atmósfera, o para utilizarlo como recurso en la producción de biocombustibles o fertilizantes, por ejemplo.

Una treintena de grandes instalaciones están actualmente en funcionamiento en todo el mundo para descarbonizar la producción de electricidad (centrales eléctricas de carbón, centrales eléctricas de gas) y la industria (acero, cemento, productos químicos) y se utilizan entre 35 y 40 millones de toneladas. capturado y almacenado anualmente, en comparación con los 34 mil millones de toneladas de CO₂ que se emitieron en 2020. Se estima que tomaría capturar y almacenar 50 o incluso 100 veces más para 2035 para cumplir con los objetivos de neutralidad de carbono, lo que exige el despliegue de CCUS a gran escala, en Europa y en todo el mundo. Dada la madurez actual de las tecnologías, esto es posible para 2030.

Primer paso en la cadena: captura

Las tecnologías de captura han estado operativas durante décadas, particularmente para ciertas aplicaciones como las plantas de energía térmica, pero aún son costosas. De procesos nuevos, menos energéticos y más eficientes se prueban así dentro de los primeros demostradores como el de Dunkerque. Hoy, también se trata de integrar estos procesos en un sector dedicado.

Hay tres familias principales de procesos. La primera, la captura “post-combustión”, consiste en extraer el CO₂ humos industriales de la combustión de recursos fósiles (madera, gas natural, petróleo y carbón) usando un solvente que tiene un afinidad para moléculas de CO₂. Posicionada aguas abajo de los procesos industriales, esta tecnología puede implementarse en instalaciones preexistentes y aplicarse al tratamiento de humos de diversas industrias. Si el la tasa de captura supera el 90% del CO₂ emitido, sin embargo, va acompañado de una alta "penalización de energía" requerida durante la separación de CO₂ solvente, lo que conlleva un alto coste de implementación, es decir, entre 10 y 100 € por tonelada de CO₂ evitado (y por lo tanto no emitido).

La segunda familia, denominada captura “oxi-combustión”, consiste en realizar la combustión en presencia de oxígeno (casi) puro, en lugar de aire. El gas de combustión así producido consiste casi exclusivamente en vapor de agua y CO₂. Entonces es mucho más sencillo extraer el CO₂ que cuando se diluye en nitrógeno del aire. Por lo tanto, esta tecnología presenta una menor penalización energética pero requiere una actualización de la cámara de combustión. Por tanto, está previsto para determinadas aplicaciones, como plantas de cemento, y para nuevas unidades de conversión de biomasa y combustibles fósiles.

Finalmente, la tercera familia, denominada captura “precombustión”, consiste en extraer CO₂ aguas arriba de la combustión transformando el combustible inicial en un “syngas”: esto implica gasificar el combustible para obtener una mezcla de CO + H₂0, luego de realizar una transformación química para obtener una mezcla CO₂ + H₂ y finalmente extraer CO₂ por solvente. La implementación de este proceso debe integrarse aguas arriba, en el momento de la construcción de la unidad industrial.

Este proceso captura CO₂ a nivel de instalaciones industriales, sino también de eliminar el CO₂ presente en la atmósfera como en el sitio de Orca en Islandia (que debería capturar alrededor de 4000 toneladas por año).

¿Cómo transportar CO₂ y almacenarlo?

Más abajo en la cadena, CO₂ se transporta de la misma forma que el gas natural, por gasoducto, tren o barco, dependiendo de la cantidad de CO₂ al transporte y la distancia. Las infraestructuras de transporte y almacenamiento, por tanto, no plantean ningún problema técnico particular, pero deben ser asegurar y asegurar su mantenimiento, según lo requiera cualquier equipo industrial.

Entonces el CO₂ capturado se almacena en viejos depósitos de hidrocarburos o rocas porosas (acuíferos salinos profundos). CO₂ se inyecta en forma densa a una profundidad de al menos 800 metros. Luego es atrapado por mecanismos quimicos y geologicos : disolución en la salmuera (agua salada) presente en las rocas, inmovilización en los poros de las rocas, luego, eventualmente, mineralización.

Las capacidades de almacenamiento subterráneo en Europa son aproximadamente estimado a 300 mil millones de toneladas, el equivalente a 100 años de emisiones globales en 2019, pero aún necesitamos confirmar estas capacidades y la integridad de los sitios para que los proyectos operativos de almacenamiento de CO₂, como el de Auroras boreales, puede surgir.

Los lugares de almacenamiento están sujetos a una rigurosa selección para garantizar la sostenibilidad y seguridad del almacenamiento a largo plazo (migración de CO₂ fuera del sitio de almacenamiento). Las operaciones de almacenamiento van acompañadas de un protocolo de seguimiento que incluye, entre otras cosas, el seguimiento geofísico del comportamiento del CO₂ en el subsuelo, medidas y muestreos de gases en profundidad en el subsuelo y en superficie, seguimiento de eventos microsísmicos, etc.

¿Qué modelos económicos para el despliegue de estas tecnologías?

El beneficio del despliegue de estos sectores está fundamentalmente ligado a la reducción de emisiones de CO₂, a los que los mercados de carbono por ejemplo (sistemas de cuotas de emisión) otorgan un valor económico: la captura, el transporte y el almacenamiento o recuperación no son tecnologías independientes entre sí, sino eslabones de una misma cadena de valor.

Por eso, el despliegue del sector debe coordinarse en el tiempo y en un territorio voluntario mediante inversiones en proyectos operativos compartidos a escala de Francia y Europa. El despliegue de “hubs CO₂ – redes de recogida de CO₂ emitidos por diferentes industrias y puesta en común de infraestructuras de transporte y almacenamiento- debe ser anticipado. Es el caso, por ejemplo, de Hauts-de-France y Normandía, que trabajan en el desarrollo de un hub de captura y transporte de CO₂ y proyecto Auroras boreales que está trabajando en un proyecto comercial de transporte y almacenamiento de CO₂.

Desarrollado en el marco de proyectos de investigación europeos como Estrategia CCUS basado en factores técnicos (volúmenes de CO₂ involucrados, áreas geográficas involucradas, posibles usos del CO₂ cerca de los sitios de captura, posibles sitios de almacenamiento) y ambientales (mediante metodologías de análisis del ciclo de vida), los escenarios también tienen en cuenta factores económicos y sociales, como la creación de empleo y las preocupaciones de las comunidades locales, que deben involucrarse lo antes posible en la construcción de un proyecto.

El desafío hoy es crear las condiciones para permitir el despliegue del sector CCUS a gran escala a partir de 2030. Si las tecnologías están ahí, se necesitan mecanismos de apoyo financiero y un marco regulatorio para acelerar la implementación del sector. Según las estimaciones actuales, la precio de la cuota de carbono emitido sigue siendo inferior al gasto que tendrían que hacer los fabricantes para invertir en estas instalaciones, es decir, entre 50 y 180 € por tonelada de CO₂ evitar.

Florencia Delprat-Jannaud, Gerente del Programa de Captura y Almacenamiento de CO2, IFP Nuevas energías

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