Medición crítica de procesos para CCS: Primera parte

Introducción a los procesos de captura de carbono

Proceso de captura y almacenamiento de carbono

Cada tonelada de dióxido de carbono (CO₂) capturada y almacenada de los procesos industriales es un paso hacia la mitigación de los efectos del cambio climático. Un aspecto fundamental de los proyectos de secado, transporte y secuestro es la medición precisa y continua de variables del proceso, como la pureza, el contenido de oxígeno (O₂) y los niveles de humedad. Para ello se utilizan instrumentos analíticos avanzados en línea, como cromatógrafos de gases (GC), analizadores de oxígeno y analizadores de humedad. Estas herramientas ofrecen numerosas ventajas en cuanto a procesos, seguridad y economía que mejoran la eficiencia y la fiabilidad de los proyectos de secuestro de CO₂. (Consulte la segunda parte de esta serie para obtener más información sobre estos instrumentos).

Las iniciativas gubernamentales a nivel mundial sobre procesos como la captura y almacenamiento de carbono (CCS), la captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS) y la bioenergía combinada con la captura y almacenamiento de carbono (BECCS) pueden desempeñar un papel importante y diverso en el cumplimiento de los objetivos energéticos y climáticos mundiales. Estas iniciativas están impulsando la necesidad de aplicar herramientas analíticas que ayuden a mantener la calidad y la seguridad de estos proyectos.

Descripción general del proceso

La CCUS se refiere a una serie de procesos que implican la captura de CO₂ de las principales fuentes industriales, como las plantas petroquímicas o de generación de energía, utilizando combustibles fósiles o biomasa como combustible. El CO₂ capturado se procesa, comprime y transporta para su uso industrial posterior o se inyecta en formaciones geológicas existentes, como yacimientos de petróleo y gas agotados, que lo almacenarán de forma permanente.

La BECCS es una serie de procesos que suelen emplear las biorrefinerías para descarbonizar su proceso industrial de biomasa y que consiste en capturar y almacenar de forma permanente el CO₂ de las plantas. Un ejemplo principal de este proceso es la conversión de materias primas como el maíz en etanol de alta eficiencia. Los cultivos como el maíz absorben CO₂ durante su crecimiento y, por lo tanto, se trata de un método directo para eliminarlo de la atmósfera.

Secado de CO₂

El CO₂ puede capturarse en diversos procesos industriales, cada uno de los cuales puede introducir una serie de contaminantes que pueden afectar a la calidad, la seguridad y la eficiencia de las operaciones posteriores. Los contaminantes pueden incluir:

hidrocarburos procedentes del refinado del petróleo

azufre procedente de los gases de combustión

aminas procedentes de la separación de gases

humedad procedente de las operaciones de procesamiento y transporte

Los contaminantes como la humedad pueden crear una serie de problemas. El vapor de agua puede condensarse y convertirse en líquido, congelarse y reaccionar con el CO₂ y los compuestos de azufre para formar ácidos agresivos.   El resultado es la corrosión de las superficies metálicas, la obstrucción de las tuberías y daños en las piezas móviles, como las palas de los compresores de alta velocidad. 

En Estados Unidos, la mayor parte de la producción de bioetanol se realiza mediante un proceso de «molienda en seco», en el que el grano se muele y se mezcla con agua. A continuación se llevan a cabo procesos como la fermentación (incluida la eliminación de CO2), destilación y deshidratación para producir etanol de alta pureza.

En Europa, el bioetanol se produce principalmente a partir de trigo, maíz y remolacha azucarera, utilizando procesos de fermentación «húmeda» similares. Mientras tanto, en Brasil, la producción de bioetanol se basa principalmente en la caña de azúcar como materia prima principal, utilizando un método distinto conocido como proceso de molienda de caña de azúcar. Este proceso consiste en triturar la caña para extraer el jugo, que luego se fermenta y se destila para obtener etanol. La dependencia de Brasil de la caña de azúcar le proporciona un balance energético más eficiente, ya que el bagazo (el residuo fibroso) se utiliza como fuente de energía en el proceso de destilación.

En México, la producción de bioetanol está aumentando, siendo el maíz y la caña de azúcar las principales materias primas, aunque la industria aún está en desarrollo en comparación con Brasil y Estados Unidos. En todas las regiones, el CO₂ eliminado durante la fermentación suele estar saturado de humedad y debe secarse como parte de su procesamiento para su transporte o almacenamiento.

La norma europea sobre pureza del CO₂ (ISO 27913) suele especificar niveles de humedad inferiores a 500 ppmV, pero muchos proyectos de CAC aspiran a niveles mucho más bajos. El contenido máximo de humedad permitido varía según el proyecto, con valores nominales de proceso de alrededor de 20 ppmV en condiciones normales de funcionamiento, pero los puntos de alarma suelen situarse en el rango de 70 a 120 ppmV.

El proceso de deshidratación elimina la humedad del CO₂ para evitar daños en los equipos posteriores y mitigar la corrosión de las tuberías y la formación de hidratos durante el transporte. Esto se consigue normalmente mediante desecantes o métodos de refrigeración. Sin embargo, estos equipos consumen mucha energía, por lo que la medición del punto de rocío de la humedad se convierte en una técnica importante tanto para garantizar una eficiencia energética óptima como para proteger los equipos y las tuberías de la corrosión.

Transporte y almacenamiento de CO₂

Una vez secado, el CO₂ se transporta a través de tuberías o por barco hasta el lugar de secuestro. Mantener el CO₂ en un estado supercrítico (alta presión y temperatura) mejora la eficiencia del transporte.

En el lugar de secuestro, el CO₂ se inyecta en formaciones geológicas como yacimientos petrolíferos agotados, acuíferos salinos o formaciones basálticas. Garantizar la pureza del CO₂ y controlar los contaminantes es fundamental para evitar la contaminación ambiental y garantizar la integridad del almacenamiento a largo plazo.

Resumen

La implementación de cromatógrafos de gases y analizadores de oxígeno y humedad en línea en proyectos de secado, transporte y secuestro de CO2 ofrece importantes ventajas en cuanto a procesos, seguridad y economía. Estos instrumentos proporcionan una monitorización y un control continuos en tiempo real, lo que garantiza que el CO₂ se mantenga dentro de los niveles óptimos de pureza y dentro de las especificaciones de contenido de O₂ y humedad. Esto no solo mejora la eficiencia y la calidad del proceso, sino que también garantiza la seguridad y la longevidad de la infraestructura, reduce los costes de mantenimiento y garantiza el cumplimiento de la normativa. Mediante la integración de estas herramientas analíticas avanzadas, los proyectos de secuestro de CO2 pueden alcanzar mayores niveles de fiabilidad, seguridad y viabilidad económica, contribuyendo de manera eficaz a los esfuerzos de mitigación del cambio climático.

En la segunda parte, analizaremos con más detalle las técnicas analíticas utilizadas para verificar la pureza del CO₂ capturado, detectar contaminantes y prevenir actividades corrosivas o peligrosas.