Los científicos presentan el sistema de captura de carbono menos costoso hasta la fecha

Capturar el_CO2 antes de que llegue a la atmósfera es un elemento clave para frenar el calentamiento global. Sin embargo, crear incentivos para que los mayores emisores adopten la tecnología de captura de carbono es un precursor importante. El elevado coste de la tecnología de captura comercial es un obstáculo de larga data para su uso generalizado.

Los científicos del PNNL creen que el metanol puede proporcionar ese incentivo. Tiene muchos usos como combustible, disolvente y un ingrediente importante en plásticos, pinturas, materiales de construcción y piezas de automóviles. Convertir el_CO2 en sustancias útiles como el metanol ofrece una vía para que las entidades industriales capturen y reutilicen su carbono.

El químico del PNNL David Heldebrant, que dirige el equipo de investigación que está detrás de la nueva tecnología, compara el sistema con el reciclaje. Del mismo modo que se puede elegir entre materiales de un solo uso y materiales reciclables, también se puede reciclar el carbono.

"Eso es esencialmente lo que intentamos hacer aquí", afirma Heldebrant. "En lugar de extraer petróleo de la tierra para fabricar estos productos químicos, intentamos hacerlo a partir del_CO2 capturado de la atmósfera o de las plantas de carbón, para que pueda reconstituirse en cosas útiles. El carbono se mantiene vivo, por así decirlo, y no se trata simplemente de "sacarlo de la tierra, usarlo una vez y tirarlo". Intentamos reciclar el_CO2, igual que intentamos reciclar otras cosas como el vidrio, el aluminio y los plásticos".

Según se describe en la revista Advanced Energy Materials, el nuevo sistema está diseñado para adaptarse a centrales eléctricas de carbón, gas o biomasa, así como a hornos de cemento y plantas siderúrgicas. Utilizando un disolvente de captura desarrollado por el PNNL, el sistema capta las moléculas_{de CO2} antes de que se emitan y las convierte en sustancias útiles y vendibles.

Debe caer una larga serie de fichas de dominó antes de que el carbono pueda eliminarse por completo o se impida totalmente su entrada en la atmósfera terrestre. Este esfuerzo -sacar al mundo la tecnología de captura y conversión- representa algunas de las primeras fichas cruciales.

El despliegue de esta tecnología reducirá las emisiones, dijo Heldebrant. Pero también podría ayudar a impulsar el desarrollo de otras tecnologías de captura de carbono y establecer un mercado para los materiales_{que contienen CO2}. Con ese mercado, el carbono capturado por las tecnologías de captura directa en el aire podría reconstituirse mejor en materiales más duraderos.

La llamada a una captura de carbono más barata

En abril de 2022, el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático publicó su informe del Grupo de Trabajo III centrado en la mitigación del cambio climático. Entre las medidas de limitación de emisiones esbozadas, la captura y almacenamiento de carbono fue nombrada como un elemento necesario para alcanzar las emisiones netas cero, especialmente en sectores difíciles de descarbonizar, como la siderurgia y la producción química.

"Reducir las emisiones en la industria implicará utilizar los materiales de forma más eficiente, reutilizar y reciclar los productos y minimizar los residuos", declaró el IPCC en un comunicado de prensa publicado junto a una de las entregas del informe de 2022. "Para llegar a cero emisiones netas de_CO2 para el carbono necesario en la sociedad (por ejemplo, plásticos, madera, combustibles de aviación, disolventes, etc.)", se lee en el informe, "es importante cerrar los bucles de uso para el carbono y el dióxido de carbono mediante una mayor circularidad con reciclaje mecánico y químico".

La investigación del PNNL se centra precisamente en eso, en consonancia con la iniciativa Carbon Negative Shot del DOE. Mediante el uso de hidrógeno de origen renovable en la conversión, el equipo puede producir metanol con una huella de carbono menor que los métodos convencionales que utilizan gas natural como materia prima. El metanol producido mediante la conversión de_CO2 podría optar a incentivos políticos y de mercado destinados a impulsar la adopción de tecnologías de reducción de carbono.

El metanol es uno de los productos químicos más producidos en volumen. Conocido como "material de plataforma", sus usos son muy variados. Además del metanol, el equipo puede convertir_{el CO2} en formiato (otro producto químico básico), metano y otras sustancias.

Aún queda mucho trabajo por hacer para optimizar y ampliar este proceso, y puede que pasen varios años antes de que esté listo para su uso comercial. Pero, según Casie Davidson, directora del sector de mercado de Gestión del Carbono y Energía Fósil del PNNL, el desplazamiento de las materias primas químicas convencionales es sólo el principio. "El enfoque integrado del equipo abre un mundo de nueva química de conversión_{del CO2}. Tenemos la sensación de estar en el umbral de un campo completamente nuevo de tecnología del carbono escalable y rentable. Es un momento muy emocionante".

Costes en declive

Los sistemas comerciales absorben el carbono de los gases de combustión a unos 46 dólares por tonelada métrica de_CO2, según un análisis del DOE. El objetivo del equipo del PNNL es reducir continuamente los costes haciendo que el proceso de captura sea más eficiente y económicamente competitivo.

El equipo redujo el coste de captura a 47,10 dólares por tonelada métrica de_CO2 en 2021. Un nuevo estudio descrito en el Journal of Cleaner Production explora el coste de funcionamiento del sistema de metanol utilizando diferentes disolventes de captura desarrollados por el PNNL, y esa cifra ha descendido ahora a poco menos de 39 dólares por tonelada métrica de_CO2.

"En este nuevo estudio analizamos tres disolventes de captura de_CO2", explicó el ingeniero químico Yuan Jiang, que dirigió la evaluación. "Descubrimos que capturan más del 90% del carbono que pasa a través de ellos, y lo hacen por aproximadamente el 75% del coste de la tecnología de captura tradicional".

Dependiendo de la naturaleza de la planta o el horno, pueden utilizarse distintos sistemas. Pero, sea cual sea la configuración, los disolventes son fundamentales. En estos sistemas, los disolventes lavan los gases de combustión_{ricos en CO2} antes de que se emitan, dejando atrás moléculas_{de CO2} ahora ligadas dentro de ese líquido.

La producción de metanol a partir de_CO2 no es nueva. Pero sí lo es la capacidad de capturar carbono y convertirlo en metanol en un sistema de flujo continuo. Tradicionalmente, la captura y la conversión se realizaban en dos etapas distintas, separadas por la química propia de cada proceso, a menudo no complementaria.

"Por fin estamos consiguiendo que una sola tecnología pueda realizar ambos pasos y hacerlos bien", afirma Heldebrant, quien añade que la tecnología de conversión tradicional suele requerir un_CO2 muy purificado. El nuevo sistema es el primero que crea metanol a partir de_CO2"sucio".

Reducir las emisiones del mañana

El proceso de capturar_CO2 y convertirlo en metanol no es_{negativo para el CO2}. El carbono del metanol se libera cuando se quema o se secuestra cuando el metanol se convierte en sustancias con una vida útil más larga. Pero esta tecnología "prepara el terreno", dijo Heldebrant, para la importante labor de mantener el carbono ligado al interior de los materiales y fuera de la atmósfera.

Otros materiales objetivo son los poliuretanos, que se encuentran en adhesivos, revestimientos y espumas aislantes, y los poliésteres, muy utilizados en tejidos textiles. Una vez que los investigadores ultimen la química necesaria para convertir_{el CO2} en materiales que lo mantengan fuera de la atmósfera durante periodos de tiempo relevantes para el clima, una amplia red de sistemas de captura podría estar preparada para llevar a cabo esas reacciones.

En lugar de las actuales chimeneas, Heldebrant imagina refinerías de_CO2 construidas dentro o junto a las centrales eléctricas, donde los productos_{que contienen CO2} puedan fabricarse in situ. "Nos encontramos en un punto de inflexión", escriben Heldebrant y sus coautores en un reciente artículo publicado en la revista Chemical Science, "en el que podemos seguir utilizando infraestructuras monolíticas de captura y conversión del siglo XX o podemos iniciar la transición a un nuevo paradigma del siglo XXI de tecnologías integradas de captura y conversión de carbono basadas en disolventes".