capítulo 1: antecedentes y justificación del...

Diseño y montaje de una instalación de laboratorio para la caracterización y desarrollo de absorbentes de CO2 basados en aminas. Capítulo 1: Antecedentes y justificación del proyecto

Antonio Luis López Fuentes 1

Capítulo 1:

Antecedentes y justificación del proyecto 1.1. Marco del proyecto .........................................................................2

1.2. Cambio climático y gases de efecto invernadero...........................7

1.3. Dióxido de carbono (CO2).............................................................14

1.4. Respuestas al cambio climático en el sector industrial .................19

1.5. Marco regulatorio..........................................................................22

1.6. Justificación del proyecto..............................................................25



1. Antecedentes y justificación del proyecto

1.1. Marco del proyecto

El cambio climático es una de las principales amenazas para el desarrollo

sostenible y representa uno de los mayores retos ambientales con efectos sobre la

economía global, la salud y el bienestar social. Sus impactos lo sufrirán con más

intensidad las generaciones futuras. Por ello es necesario actuar desde este momento,

reduciendo emisiones y buscando soluciones para adaptarnos a los impactos del

cambio climático.

En un mundo comercialmente globalizado, la dependencia de la energía y la

contaminación asociada tienen que ver con el desarrollo y la competitividad económica.

La decisión unilateral de un grupo de países para la reducción de la contaminación

supone introducir costes adicionales en los procesos de producción para la reducción

de las emisiones, y por lo tanto, disminuye la ventaja comparativa en el intercambio

comercial global, por otra parte, la reducción de emisiones en países en vías de

desarrollo supondría frenar sus posibilidades económicas. Es decir, la internalización

de los costes de emisión (la más importante: CO2) implica una pérdida de

competitividad, mientras que la externalización de costes con emisión libre supone

económicamente una ventaja comparativa. Un camino alternativo sería la sustitución

de la energía producida por combustibles fósiles por otras fuentes de energía no

emisoras de CO2 a la atmósfera. Pero éstas, por el mayor coste de generación son y

seguirán siendo minoritarias.

A corto o medio plazo toda fuente de energía para uso productivo debe adaptarse a

la tecnología vigente para convertirla en energía-trabajo. En ese sentido, la tecnología

desarrollada, respecto al funcionamiento económico y social, se puede dividir en dos

apartados: la tecnología destinada a generar electricidad y la tecnología para motores

principalmente destinados al transporte.

En la generación eléctrica la única fuente de energía con tecnología que puede

competir con los combustibles fósiles es la energía de fisión nuclear, aunque también



tiene una externalización de costes del reciclado de los residuos radiactivos, no se

incluyen en los costes sino que se almacenan en la propia central nuclear, pues un plan

de mantenimiento de estos residuos habría que contemplarlo en un periodo de miles de

años, por lo que su inclusión eleva el coste de la energía producida. Las denominadas

energías renovables, hasta ahora presentan dos problemas, el primero es que los

costes de producción de la tecnología para la producción de energía, encarecen

notablemente la generación de la energía-trabajo proveniente de estas fuentes, siendo

la más cara la de procedencia solar y posteriormente la eólica y la más competitiva la

hidroeléctrica.

Por otra parte, la fabricación de la tecnología para la generación de electricidad con

estas fuentes (paneles solares, aerogeneradores etc.) se realiza utilizando fuentes de

energía de combustibles fósiles, de tal manera que, por ejemplo, la amortización de la

emisión de CO2 producida para la fabricación de un panel solar fotovoltaico supone una

vida media de 15 años de generación de electricidad de este panel, casi su vida útil,

por lo que el ahorro neto de emisión es muy pequeño.

Otra de las posibles alternativas es el hidrógeno como combustible limpio para

automóviles que no es una fuente primaria de energía, necesita una fuente de energía

para su producción. Por ejemplo, si se piensa en la electrólisis como método de

producir hidrógeno, la cantidad de energía eléctrica que se precisa para producir

hidrógeno, por el segundo principio de la termodinámica, siempre será superior a la que

se genera por la utilización del hidrogeno producido.

La Figura 1.1 muestran el crecimiento del consumo total de energía primaría desde

1990 y como el petróleo es la principal fuente de energía primaria en España.



Figura 1. 1 Consumo anual de energía primaria (ktep) y distribución por tipo de fuente en España desde 1990- 2007 (Fuente MITyC)

Globalmente, las energías renovables mencionadas anteriormente suponen menos

del 3% del consumo mundial total, como se muestra en la Figura 1. 2. En esta se

muestra el peso a nivel mundial de las distintas fuentes de energía.

Petróleo; 33,90%

Carbón; 27,60%

Biomasa; 10,10%

Otros; 0,70%

Gas natural; 20,60%

Nuclear; 5,90%

Hidráulica; 2,20%

Figura 1. 2 Distribución consumo Mundial de energía en 2007 (Fuente IEA)



En el mundo actual lo que determina la fuente de utilización energética es función

de la productividad, que depende de la cantidad de energía-trabajo que se precisa

utilizar para la producción de un producto, y también de la cantidad del esfuerzo

humano necesario. En los países ricos, las tecnologías de transformación de la energía

en trabajo, al ser más avanzadas que en los países pobres permiten utilizar menos

energía para obtener el mismo resultado que sumado a una mejor organización

empresarial del trabajo precisan de menos esfuerzo humano para obtener el mismo

rendimiento que en los países pobres. Los países pobres, solo pueden compensar

estas dos desventajas de dos maneras, en el primer caso utilizando, fuentes de energía

barata y accesible como el carbón, y en el segundo caso con bajos salarios y más

horas de trabajo.

En lo que respecta a la utilización de energía en los países en vías de desarrollo,

solamente hay dos fuentes de energía que puede hacer paliar su desventaja comercial

comparativa con los países ricos, son la utilización energías baratas, provenientes de

combustibles fósiles y de la de fisión nuclear, (los que dispongan de esa tecnología).

Este escenario que determina la relación entre países ricos y países pobres, en lo

que respecta a la reducción de emisiones y producción energética, actualmente solo

tiene una alternativa, quienes tienen que liderar la reducción de emisiones y usar

energías alternativas son los países industrializados, aunque esto suponga una pérdida

de la ventaja de su competitividad en los mercados mundiales.

La sociedad actual, sobre todo en los países en desarrollado, es totalmente

dependiente de los recursos fósiles. Estos recursos son una fuente de energía no

renovable y aunque no dejen de aparecer nuevos yacimientos, tienen una existencia

limitada. Además de la combustión, los recursos fósiles tienen otras aplicaciones

industriales como por ejemplo el uso de cortes de petróleo para la fabricación de

plásticos. Los combustibles fósiles se pueden utilizar en forma sólida (carbón), de

forma líquida (petróleo) y de forma gaseosa (gas natural).

Su origen son acumulaciones de seres vivos que vivieron hace millones de años y

que se han fosilizado formando carbón o hidrocarburos. En el caso del carbón se trata

de bosques de zonas pantanosas, y en el caso del petróleo y el gas natural de grandes



masas de plancton marino acumuladas en el fondo del mar. En ambos casos la materia

orgánica se descompuso parcialmente por falta de oxígeno y la acción de la

temperatura, la presión y determinadas bacterias de forma que quedaron almacenadas

moléculas con enlaces de alta energía.

Hay que distinguir entre reservas identificadas (aunque no estén explotadas) y

reservas probables (a descubrir utilizando nuevas tecnologías). Se estima que el

planeta puede suministrar energía durante 40 años si se utiliza solo el petróleo y más

de 200 si se sigue utilizando el carbón.

Además del problema del agotamiento de estos recursos, el uso actual de estos

está provocando el continuo avance del cambio climático. La mayoría de los recursos

fósiles y sus derivados se usan para obtener energía mediante procesos de combustión

lo que genera una cantidad global muy importante de residuos como partículas, CO2,

SOx (óxidos de azufre), y NOx (óxidos nitrosos). El siguiente diagrama muestra como

las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero) han crecido en España

continuamente quedando muy por encima de los objetivos de reducción para estas

emisiones marcados por el Protocolo de Kioto para el año 2012. Evidentemente el

objetivo tampoco se cumplirá para el mencionado año con el desarrollo tecnológico y

previsiones actuales.

Figura 1. 3 Emisiones GEI en España desde 1990 hasta 2007. Comparación las emisiones de la UE y de los objetivos de Kioto

para 2012 (Fuente MITyC)



A escala global las proyecciones realizadas para el año 2030 (Agencia Internacional

de la Energía) indican un incremento en la demanda de carbón, petróleo y gas.

Además, se señala lo siguiente:

• La energía nuclear y las renovables se utilizarán, pero a una escala menor que

los combustibles fósiles.

• Si no se ejecuta una política de medidas e incentivos para reducir las emisiones,

éstas crecerán hasta doblarse en el año 2030.

• Los combustibles fósiles seguirán dominando el sistema energético, con una

cuota en torno al 85%.

• La Unión Europea, al ser uno de los mayores consumidores de energía y

mayores emisores de CO2, deberá contribuir intensificando sus esfuerzos en

reducción y también en el ámbito de la transferencia tecnológica.

1.2. Cambio climático y gases de efecto invernader o

Se llama cambio climático a la modificación del clima con respecto al historial

climático a una escala global o regional. Tales cambios se producen a muy diversas

escalas de tiempo y sobre todos los parámetros climáticos: temperatura,

precipitaciones, nubosidad o fenómenos extremos. Son debidos tanto a causas

naturales como antropogénicas. El término suele usarse, de forma poco apropiada,

para hacer referencia tan sólo a los cambios climáticos que suceden en el presente,

utilizándolo como sinónimo de calentamiento global. La Convención Marco de las

Naciones Unidas sobre el Cambio Climático usa el término cambio climático sólo para

referirse al cambio por causas humanas:

Por "cambio climático" se entiende un cambio de clima atribuido directa o

indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera

mundial y que se suma a la variabilidad natural del clima observada durante períodos

de tiempo comparables.

Al cambio que se produce constantemente por causas naturales se le denomina

variabilidad natural del clima. En algunos casos, para referirse al cambio de origen

humano se usa también la expresión cambio climático antropogénico. Además del

calentamiento global, el cambio climático implica cambios en otras variables como las



lluvias globales y sus patrones, la cobertura de nubes y todos los demás elementos del

sistema atmosférico. La complejidad del problema y sus múltiples interacciones hacen

que la única manera de evaluar estos cambios sea mediante el uso de modelos

computacionales que simulan la física de la atmósfera y de los océanos. La naturaleza

caótica de estos modelos hace que en sí tengan una alta proporción de incertidumbre,

aunque eso no es motivo para que sean capaces de prever cambios significativos

futuros que tengan consecuencias tanto económicas como las ya observables a nivel

biológico.

En el siguiente diagrama (Figura 1. 4) se muestra la relación entre todos los

sistemas existentes que contribuyen al cambio climático, sistemas ambientales o

naturales y sistemas humanos. Todos los bloques están relacionados dando a entender

que todos los factores afectan al cambio climático. La adaptación y la mitigación deben

ir unidas al desarrollo socio económico para no modificar más los procesos climáticos y

a su vez reducir impactos.

Figura 1. 4 Esquema resumen sobe el cambio climático antropogénico



En la Figura 1. 5 aparecen los cambios de temperatura, en el nivel del mar y la

cubierta de nieve en el hemisferio norte entre 1961 y 1990.

Figura 1. 5 Temperatura en superficie, nivel del mar y cubierta de nieve en hemisferio norte 1961-1990 (Fuente IPCC)

Los gases de efecto invernadero son aquellos capaces de absorber las radiaciones

emitidas por la superficie terrestre. El efecto invernadero es un fenómeno natural

responsable de que la vida sea posible en la tierra. La temperatura media del planeta

es de unos 15ºC, sin este efecto la temperatura sería mucho más baja.

El Sol activa el clima de la Tierra, irradiando energía en longitud de ondas cortas

predominantemente en la parte visible o casi visible (por ejemplo ultravioleta) del



espectro. Aproximadamente una tercera parte de la energía solar que alcanza la zona

superior de la atmósfera terrestre se refleja directamente de nuevo al espacio. Las dos

restantes terceras partes son absorbidas por la superficie y, en menor magnitud, por la

atmósfera. Para equilibrar la energía entrante absorbida, la Tierra debe, como

promedio, irradiar la misma cantidad de energía al espacio. Como la Tierra es mucho

más fría que el sol, ésta irradia en longitudes de onda mucho más largas, sobre todo en

la parte infrarroja del espectro. La atmósfera, con la participación de las nubes, absorbe

gran parte de esta radiación térmica emitida por los suelos y el océano y la vuelve a

irradiar a la Tierra. Esto es lo que se denomina efecto invernadero. Las paredes de

vidrio de los invernaderos reducen el flujo del aire e incrementan la temperatura del aire

dentro. De forma análoga, pero mediante un proceso físico diferente, el efecto

invernadero de la Tierra calienta la superficie del planeta. Sin el efecto invernadero

natural, la temperatura promedio de la superficie terrestre estaría por debajo del punto

de congelamiento del agua. Por tanto, el efecto invernadero natural hace posible la vida

tal como la conocemos. Los dos gases más abundantes en la atmósfera, el nitrógeno

(que abarca el 78% de la atmósfera seca) y el oxígeno (que abarca el 21%), apenas

ejercen efecto invernadero. El efecto invernadero proviene de las moléculas más

complejas y mucho menos comunes. El vapor de agua es el gas de efecto invernadero

más importante y el dióxido de carbono (CO2) es el segundo en importancia. El metano,

el óxido nitroso, ozono y varios otros gases presentes en la atmósfera en pequeñas

cantidades contribuyen también al efecto invernadero.

Los principales gases de efecto invernadero son:

- Dióxido de carbono: El dióxido de carbono ha aumentado su concentración

en la atmósfera debido al uso de combustibles en el transporte, los sistemas

de calefacción y aire acondicionado de edificaciones, la producción de

cemento y otros bienes. Con la deforestación se libera CO2 y se reduce la

absorción de este gas por las plantas. El dióxido de carbono se libera

también en procesos naturales como la descomposición de la materia vegetal.

- Metano (CH4): El metano ha aumentado como resultado de las actividades

humanas relacionadas con la agricultura, la distribución del gas natural y los

vertederos. También hay procesos naturales en los que se libera metano,

como por ejemplo, en los humedales. Las concentraciones de metano no



están aumentando actualmente en la atmósfera porque su tasa de

crecimiento disminuyó en los últimos decenios.

- Óxido nitroso (N2O): Como resultado de las actividades humanas se emite

también el óxido nitroso con el uso de fertilizantes y la quema de

combustibles fósiles. Los procesos naturales de los suelos y los océanos

también liberan N2O.

- Hidrofluorocabonos (HFC): Las concentraciones de halocarbonos han

aumentado básicamente debido a las actividades humanas. Los procesos

naturales también han sido una fuente pequeña. Entre los halocarbonos

principales se incluyen los clorofluorocarbonos (como CFC- 11 y CFC- 12),

que se utilizaban extensivamente como agentes de refrigeración y en otros

procesos industriales antes de que se conociese que su presencia en la

atmósfera causara el agotamiento del ozono en estratosfera. Las altas

concentraciones de clorofluorocarbonos disminuye como resultado de las

regulaciones internacionales diseñadas para proteger la capa de ozono.

- Perfluorocarbonatos (PFC): Son subproductos de la fundición del aluminio y

del enriquecimiento del uranio. Sustituyen también a los clorofluorocarbonos

en la fabricación de semiconductores.

- Hexafluoruro de azufre (SF6): Se utiliza mucho en la industria pesada para el

aislamiento de equipos de alta tensión y como auxiliar en la fabricación de

sistemas de refrigeración de cables y de semiconductores.

- Ozono: El ozono es un gas de efecto invernadero que se produce y destruye

continuamente en la atmósfera debido a reacciones químicas. En la

troposfera, ha aumentado la concentración de ozono como resultado de las

actividades humanas en las que se liberan gases tales como monóxido de

carbono, hidrocarburos y óxido de nitrógeno, que reaccionan químicamente

produciendo el ozono. Como se menciona anteriormente, los halocarbonos

liberados como consecuencia de las actividades humanas destruyen el

ozono en la estratosfera y han abierto el hueco de ozono sobre la Antártida.



- Vapor de agua: El vapor de agua es el gas de efecto invernadero más

abundante e importante presente en la atmósfera. Sin embargo, las

actividades humanas tienen sólo una pequeña influencia directa respecto de

la cantidad de vapor de agua en la atmósfera. De manera indirecta, los seres

humanos tienen la capacidad de incidir sustancialmente sobre el vapor de

agua y cambiar el clima. Por ejemplo, una atmósfera más cálida contiene

más vapor de agua. Las actividades humanas también influyen en el vapor

de agua a través de las emisiones de CH4, debido a que este último sufre

una destrucción química en la estratosfera, produciendo así una cantidad

pequeña de vapor de agua.

- Los aerosoles: Son partículas pequeñas presentes en la atmósfera que

tienen un amplio rango de variación en cuanto a concentración, composición

química y tamaño. Algunos aerosoles se emiten directamente a la atmósfera

mientras que otros se forman a partir de compuestos emitidos. Los aerosoles

contienen compuestos que se producen de forma natural y otros que son

emitidos como resultado de las actividades humanas. La quema de

combustibles fósiles y de biomasa ha incrementado el por ciento de

aerosoles que contienen compuestos de azufre, compuestos orgánicos y

carbón negro (hollín). Las actividades humanas tales como la explotación

minera a cielo abierto y los procesos industriales han incrementado las

cantidades de polvo en la atmósfera. Entre los aerosoles naturales están el

polvo mineral liberado por la superficie, los aerosoles de la sal marina, las

emisiones biogénicas del suelo y los océanos, y los aerosoles de polvo y en

sulfato producidos por las erupciones volcánicas.



En la Figura 1. 6 aparecen reflejadas estas emisiones desde 1970 a 2004.

Figura 1. 6a) Emisiones anuales mundiales de GEI antropógenos; b) parte proporcional que representa diferentes GEI

antropógenos respecto de las emisiones totales en 2004; c) parte proporcional que representan diferentes sectores en las

emisiones totales de GEI antropógenos en 2004. (Fuente IPCC)

La Organización de las Naciones Unidas, a través del Grupo Intergubernamental de

Expertos sobre Cambio Climático (IPCC), considera en el Informe del Grupo de Trabajo

I del Cuarto Informe de Evaluación que el calentamiento global es inequívoco y se debe

a la acción humana con una probabilidad superior al noventa por ciento.

La Unión Europea, para prevenir las consecuencias negativas debidas al

calentamiento global, considera que la temperatura media global superficial de la Tierra

no debería incrementarse más de 2 ºC con respecto a los niveles preindustriales. Para

ello, la concentración de CO2 debería mantenerse muy por debajo de 450 partes por

millón en volumen (ppmv).



Figura 1. 7 Concentración de gases de efecto invernadero del año 0 a 2005 (Fuente IPCC)

1.3. Dióxido de carbono (CO 2)

El CO2 es el gas de efecto invernadero (GEI) de origen antropogénico más

importante. Es un gas incoloro, inodoro y no venenoso. En el aire se encuentra en

pequeñas proporciones. Es moderadamente soluble en el agua formando ácido

carbónico H2CO3. Se forma en la combustión del carbono o sus derivados,

especialmente los hidrocarburos (C+O2=CO2).

La Tabla 1.1 muestra un resumen de sus propiedades físicas y en la figura se

represente el diagrama de fases del CO2.



PROPIEDADES FÍSICAS DEL CO2

Estado de agregación Gas

Apariencia Gas incoloro

1,98 kg/m3 en estado gaseso a 298 K y 1 atm Densidad

1,6 kg/m3 en estado sólido

Peso molecular 44,01 g/mol

Punto de fusión 195 K (-78ºC)

Punto de ebullición 216 K (-57ºC)

Viscosidad 0,07 cP a -78ºC

Punto crítico 31 ºC y 72 atm

Fase gas (1atm, 0ºC)

Densidad del gas 1,976 kg/m3

Volumen específico 0,506 m3/kg

Cp 0,0634kJ/mol*K

Cv 0,0278 kJ/mol*K

Cp/Cv 1,308

Viscosidad 13,72 µN*s/m2

Conductividad térmica 14,65 mW

Solubilidad en agua 1,716 vol/vol

Entalpía 21,34 kJ/mo

Entropía 117,2 J/mol*K

Fase líquida

Presión de Vapor 58,5 (bar)

Densidad del líquido 1032 kg/m3 (-20ºC 19,7bar)

Viscosidad 99 µN*s/m2

Fase sólida

Densidad 1,6 kg/m3

Calor latente de

vaporización 571,1 kJ/kg

Tabla 1.1 Propiedades físicas del CO2



Figura 1. 8 Diagrama de fase del CO2

Cuando se presuriza el CO2 se llega a un estado “supercrítico”, estado entre gas y

líquido, la densidad en este estado varía con la temperatura y esta entre 200 y más de

1000 kg/m3. Estas propiedades físicas son determinantes para las tecnologías de

captura, almacenamiento y transporte.

En nuestra sociedad se utiliza como agente extintor eliminando el oxígeno para el

fuego. En industria alimenticia, se utiliza en bebidas carbonatadas para darles

efervescencia. También se puede utilizar como ácido inocuo o poco contaminante. La

acidez puede ayudar a cuajar lácteos de una forma más rápida y por tanto barata, sin

añadir ningún sabor y en la industria se puede utilizar para neutralizar residuos

alcalinos sin añadir otro ácido más contaminante como el sulfúrico.

En agricultura, se puede utilizar como abono. Aunque no pueden absorberlo por las

raíces, se puede añadir para bajar el pH, evitar los depósitos de cal y hacer más

disponibles algunos nutrientes del suelo.

También en refrigeración como una clase líquido refrigerante en máquinas

frigoríficas o congelado como hielo seco. Este mismo compuesto se usa para crear

niebla artificial y sensación de hervor en agua en efectos especiales en el cine y los



espectáculos. Junto con el agua es el disolvente más empleado en procesos con

fluidos supercríticos.

Otro uso que está incrementándose es su empleo como agente de extracción

cuando se encuentra en condiciones supercríticas dada su escasa o nula presencia de

residuos en los extractos. Este uso actualmente se reduce a la obtención de alcaloides

como la cafeína y determinados pigmentos, pero una pequeña revisión de los revistas

científicas puede dar una visión del enorme potencial que presenta este agente de

extracción presenta, ya que permite realizar extracciones en medios anóxidos lo que

permite obtener productos de alto potencial antioxidante.

En los últimos años la concentración de CO2 en la atmósfera ha aumentado de

280 ppm en la época preindustrial hasta unas 390 ppm en el año 2009 (concentración

global en la atmósfera 0.039 %); este aumento contribuye al aumento de la temperatura

global del planeta (0.6 ºC en los últimos 100 años aproximadamente).

La combustión de recursos fósiles supone el 75-90% de todas las emisiones de CO2

a la atmósfera por parte del ser humano. Otras fuentes de origen antropogénico son la

producción de cementos, el transporte o la fabricación de aceros.

Las cantidades de dióxido de carbono emitidas a la atmósfera como resultados de

la generación de una unidad de potencia varía fuertemente dependiendo de la fuente

utilizada y del nivel de eficiencia con el que opera el proceso. La combustión del carbón

es la más intensiva en cuanto a emisiones se refiere comparada con el fuel o el gas

natural ya que presenta una relación carbono-hidrógeno mayor.

En la Figura 1. 9 se muestra la evolución de las emisiones y sobre todo la

comparación entre la procedencia de estas. Carbón y fuel-oil acaparan casi todas las

emisiones de CO2 mundiales.



Figura 1. 9 Evolución de las emisiones de CO2 mundiales de 1971 a 2007 para los combustibles fósiles (Mt de CO2) (Fuente IEA)

Japón; 4,30%

Brasil; 1,20%

Canadá; 1,90%Corea S; 1,70%

Méjico; 1,50%

China; 20,20%

UE-27; 16,30%Estados Unidos; 20,30%

Otros; 22,40%

Rusia; 5,70%

India; 4,50%

Figura 1. 10 Estructura mundial de las emisiones de CO2 en 2007 (Fuente IEA)



1.4. Respuestas al cambio climático en el sector in dustrial

El objetivo fundamental en este campo es el de crear e implantar tecnologías que

disminuyan las emisiones de CO2 en cada uno de los sectores.

Las opciones para disminuir la las emisiones de dióxido de carbono se pueden

enmarcar en tres grupos:

• Mejora de la eficiencia energética de procesos: esta opción es la primera que

hay que desarrollar por principios. Además es la que mejor se puede adaptar a

otro tipo de sectores como el transporte o el consumo privado.

• Cambio de la estructura de consumo de la energía primaria dando más

participación a las energías renovables.

• Desarrollo e implantación de Tecnologías y Captura y Almacenamiento de CO2

(CAC).

El IPPC establece que solo con las dos primeras medidas no será suficiente para

reducir las emisiones al ritmo esperado. Los combustibles fósiles seguirán siendo la

primera fuente de energía mundial durante las próximas décadas por ello es importante

el desarrollo de tecnologías de captura y almacenamiento de dióxido de carbono por

las que puedan optar el mercado actual de producción de energía.

El concepto de Tecnologías de Captura y Almacenamiento de CO2 se viene

desarrollando desde los últimos años de la década de los 80. Estas tecnologías

implican tres procesos distintos: primero la captura del CO2 de las corrientes de gas

emitidas durante la producción de energía, procesos industriales o procesado de

combustibles; segundo, el transporte del CO2 capturado mediante conducciones o

tanques; y tercero el almacenamiento de CO2 lejos de la atmósfera, en formaciones

geológicas saturadas con aguas salobres, en campos de petróleo o gas ya explotados,

en capas de carbón no explotable o en la profundidad de los océanos (esta última

opción con menos posibilidades). El reto es combinar este proceso con una tecnología

totalmente integrada y comercialmente aplicable, hacer la tecnología más eficiente y

que pueda operar con unos costes admisibles, a la vez todavía existen muchas

incógnitas como la monitorización de emisiones o la seguridad de la permanencia de

los gases en sus ubicaciones de almacenamiento.



La tecnología CAC sería aplicable a instalaciones empleadas para la combustión de

recursos fósiles y biomasa con una cuota de emisiones suficientemente grande (del

orden de un millón de toneladas por año). En la práctica industrial, eso se da en tres

áreas: la producción de electricidad, los procesos industriales y el procesado de

combustibles.

Las CAC son una opción prometedora a medio y largo plazo para la reducción de

emisiones de CO2 a la atmósfera ya que:

a) Se puede aplicar de forma inmediata, tecnología disponible.

b) La capacidad de almacenamiento a nivel mundial es alta ya que se estima que la

capacidad global de almacenamiento a nivel mundial es de al menso 2000Gt de

CO2, equivalente a la emisión mundial de este gas durante 100 años.

c) Puede ser una respuesta rentable en términos económicos a los crecientes

derechos de emisión.

d) Permite continuar utilizando combustibles fósiles a gran escala durante el tiempo

necesario para la sustitución de estos por otras formas de generación de energía.

e) Puede ser una opción necesaria durante largo tiempo en el caso de otras

opciones energéticas tales como la eólica o la nuclear no alcanzaran una cuota

de mercado importante u obtuvieran suficiente respaldo de la opinión pública.

Sin embargo, las tecnologías CAC también pueden justificar soluciones energéticas

des-optimizadas manteniendo al sistema energético global excesivamente dependiente

de los combustibles fósiles, dada su actual seguridad de suministro, y distraer la

atención acerca del desarrollo de fuentes de energía renovables, así como incrementar

otros efectos medioambientales colaterales al uso de combustibles fósiles tales como

los asociados a la minería y la emisión de otros contaminantes.

Si las tecnologías CAC pretenden formar parte de un sistema energético sostenible

debería satisfacer todos los criterios expuestos pero se pueden dar determinadas

limitaciones para cuestionar la sostenibilidad de esta opción:

Limpieza: Es decir, que suponga una carga mínima para el medio ambiente, en

sentido amplio: reducción de las emisiones atmosféricas, y de los efluentes a los suelos

y a las aguas superficiales y/o subterráneas. Este criterio tiene importantes



dimensiones temporales y espaciales, ya que requiere que no suponga cargas a las

futuras generaciones ni a otros países. Sin embargo, con la utilización de tecnologías

CAC, y por tanto, de los combustibles fósiles, sólo se reducen las emisiones de CO2,

quedando otros contaminantes tales como los aerosoles, los óxidos de nitrógeno y

azufre, NOx y SO2. Además, durante los procesos de captura se introducen otros

contaminantes y productos químicos.

Seguridad: Es decir, que minimice los impactos negativos para la salud humana y la

prevención de situaciones de riesgo, deben ser valoradas considerando su probabilidad

y su magnitud. Sin embargo, las posibles consecuencias de potenciales escapes de

gases son difícilmente controlables y aunque con probabilidades muy bajas, podrían

ser importantes tanto para los animales como para el hombre. También es incierta la

seguridad de los almacenamientos geológicos en caso de acciones de sabotaje. Las

probabilidades de fugas durante el transporte de CO2 aumentarán con el uso a gran

escala de las tecnologías CAC.

Justicia: Implica que la disponibilidad de energía y su accesibilidad debe ser la

misma para todas las regiones y generaciones, incluyendo la actual. Del mismo modo,

los riesgos y potenciales efectos negativos de los sistemas energéticos deberían ser

compartidos por igual. Esto supone equidad entre beneficios y cargas para todos.

Ahora bien, cuando se adoptan tecnologías CAC en combinación con combustibles

fósiles, la implantación de un sistema energético sostenible como solución final se

traslada a las siguientes generaciones. También las tecnologías CAC son menos

accesibles a los países en vías de desarrollo por su alto coste.

Flexibilidad: Implica que los sistemas energéticos tengan diversidad de fuentes

energéticas para disminuir la dependencia de otras regiones para su propio

abastecimiento actual y futuro. Pero las tecnologías CAC no contribuyen a una menor

dependencia de los combustibles fósiles ni a su disminución en el suministro energético

global. Las inversiones requeridas para las tecnologías CAC, pueden reducir las

dedicadas a otras alternativas u opciones energéticas y en infraestructuras para las

energías eólica y solar.



Continuidad: Implica que las actuales fuentes de energía estén disponibles durante

un periodo de tiempo mayor para que exista tiempo suficiente para el desarrollo de

fuentes alternativas. Ahora bien, las tecnologías CAC suponen el uso continuado de

combustibles fósiles y disminuyen la eficiencia del proceso de conversión, lo que podría

agotar los combustibles fósiles con mayor rapidez. Las tecnologías de CAC son menos

eficientes que las convencionales y eso supone un mayor consumo y por tanto una

reducción de la expectativa de vida de los recursos fósiles.

Accesibilidad: Implica que las tecnologías energéticas tengan costes de generación

bajos para los consumidores y que las industrias y empresas energéticas compartan

condiciones equilibradas de mercado. Pero las tecnologías CAC incrementan los

costes de generación y los precios de la electricidad. Por otra parte, aun siendo más

caras que las medidas de ahorro energético, pueden reducir la necesidad de mejorar la

eficiencia energética.

Las tecnologías CAC requieren un incentivo económico o una política internacional

que estimule un sistema energético respetuoso con el clima.

Aceptación pública: Implica que el sistema energético es aceptable para una gran

parte de la sociedad y que es percibido por el público como transparente y garante del

interés común. Sin embargo las tecnologías CAC pueden verse como soluciones

centralizadas que no cuenten con la aceptación del público.

También los impactos ambientales locales debidos al tendido de gaseoductos o al

transporte y almacenamiento de CO2 pueden ser motivo de rechazo popular.

1.5. Marco regulatorio

No existe una normativa específica aplicable a las tecnologías CAC, se desarrollan

proyectos y planes de compromiso para la reducción de emisiones en la Unión Europea

y en España.

En esta línea, la Unión Europea lleva a cabo el denominado Paquete Energía y

Cambio Climático (GreenPackage), con el que los países de la Unión darán

cumplimiento al compromiso asumido por los Jefes de Estado y de Gobierno en marzo

de 2007 de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en un 20% en el año



2020, compromiso que se eleva a un 30% en caso de que se alcance un acuerdo

internacional equitativo en esta materia.

Entre las opciones para alcanzar estos objetivos, la UE ha apostado por la captura y

el almacenamiento geológico de carbono como una tecnología de transición que

contribuirá a mitigar el cambio climático. En resumen estos son los objetivos de las

directivas que forman este paquete aprobado el 17 de diciembre de 2008 por la

Eurocámara:

• 20% de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero respecto 1990

en 2020: reducción del 21% respecto a 2005

• 20% de consumo final de energía proveniente de fuentes renovables en 2020

• 20% de reducción de consumo anual de energía primaria en 2020

Existe una propuesta de la CE para la construcción de plantas de demostración

hasta el año 2015 para el desarrollo de las tecnologías CAC. Actualmente, una vez

aplicados los criterios de selección para estos proyectos, se han presentando las

plantas que conforman esta iniciativa del European Energy Programme for Recovery

(EEPR). Tras la construcción de plantas de demostración se prevé desarrollar la fase

comercial en 2020. Los objetivos son:

• Iniciar y fomentar el desarrollo de las tecnologías CAC a gran escala.

• Asegurar la fiabilidad y seguridad de estas tecnologías

• Desarrollar nuevos conceptos ya identificados pero no validados

tecnológicamente.

• Fomentar la diversidad geográfica y tecnológica

• Alcanzar el liderazgo tecnológico europeo

• Optimizar los costes y los parámetros tecnológicos para que el desarrollo

comercial final sea exitoso.

• Extender una red de conocimiento y trabajo en toda la Unión sobre estas

tecnologías.

De las seis plantas seleccionadas, cuatro usan tecnología de captura en post-

combustión. Destaca el proyecto español de Compostilla que instala una tecnología

de oxicombustión con lecho fluido circulante, quiere llegarse a los 323 MW con un



rendimiento de captura de CO2 del 91%, este CO2 se almacenará en un acuifero

salino cercano.

En España se desarrollan los siguientes puntos regulatorios con respecto a las

tecnologías CAC

• Regulación del régimen de derechos de emisión de gases de efecto invernadero.

REAL DECRETO LEY 5/2004, de 27 de agosto, por el que se regula el régimen

del comercio de derechos de emisión de gases de efecto invernadero y que

transpone la Directiva 2003/87/CE. Su objetivo es establecer un régimen para el

comercio de derechos de emisión de gases de efecto invernadero, para

fomentar reducciones de las emisiones de estos gases de una forma eficaz y de

manera económicamente eficiente. Además establece, entre otras, las

categorías de actividades industriales y gases que se ven afectados.

• Plan Nacional de asignaciones de derechos de emisión. Plan Nacional por el

que se hace efectiva la Directiva de comercio de derechos de emisión.

Actualmente está vigente el 2º PNA 2008/2012 (desarrollado por el REAL

DECRETO 1370/2006), y que establece: Objetivo básico de reducción de

emisiones. Cantidad total de derechos para el período 2008-2012, lo que supone

el reparto de 144,848 MtCO2/año y una reserva adicional del 5,40 % para

nuevos entrantes. Métodos de asignación. Listado de instalaciones afectadas.

• El Gobierno a través de diferentes iniciativas establece su apoyo a las

tecnologías de captura y almacenamiento y a la lucha contra el cambio climático,

entre otras: Creación de la oficina de cambio climático en el Ministerio de Medio

Ambiente; participación del Ministerio de Medio Ambiente en el Patronato de la

Fundación Ciudad de la Energía (CIUDEN); apoyo a estas tecnologías CAC en

la Estrategia Española de Cambio Climático y Energía Limpia.

• Anteproyecto de Ley de almacenamiento geológico de CO2 en España. La

futura norma tiene como objetivo incorporar al ordenamiento jurídico español las

disposiciones contenidas en la Directiva europea (Directiva 2009/31/CE), y

adaptarlas a la realidad industrial, geológica y energética española. El texto del

anteproyecto se limita a regular la actividad de almacenamiento geológico de

dióxido de carbono, y sólo contiene previsiones puntuales en relación con la

captura y el transporte. En relación a la captura, las instalaciones dedicadas a

dicha actividad se someten a la normativa sobre control integrado de la

contaminación, por lo que necesitarán obtener la correspondiente autorización



ambiental integrada, y quedan sujetas también a la normativa sobre evaluación

de impacto ambiental. Del mismo modo, las redes de transporte por tubería

deben someterse a declaración de impacto ambiental.

1.6. Justificación del proyecto

Una vez definido la situación sobre las emisiones de CO2 y sus efectos, en el

presente trabajo se aborda de forma técnica la tecnología de captura de CO2 vía

absorción química con el objetivo de caracterizar los diferentes líquidos que pueden

usarse. Esto forma parte de las tecnologías CAC ya que el CO2 ha de ser capturado

como primer paso.

Actualmente este proceso es aplicable a captura de dióxido de carbono en procesos

de post-combustión (ver Capítulo 3). Uno de los factores limitantes técnica y

económicamente es el absorbente con el que se trabaja y por esto es importante su

estudio.

Por tanto, los diseños y montajes de laboratorio que se proponen más adelante

tienen como objetivo caracterizar y definir el compartimiento, mediante experimentación

sistemática, de absorbentes líquidos de CO2 que pueden usarse en los sistemas de

captura en la aplicación de una tecnología CAC.

capítulo 1: antecedentes y justificación del...

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