Lecciones aprendidas de cuatro años de avances en la captura electroquímica de CO2

Aprendizajes del proyecto de innovación multidisciplinar ConsenCUS y cómo permite un futuro sostenible.

Para evitar un cambio climático dramático, debemos evitar las emisiones a la atmósfera de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono. De hecho, Europa está liderando el camino con el objetivo de cero emisiones netas, o total neutralidad climática para 2050. Lograr estos objetivos requiere capturar CO2 de los procesos industriales (o del aire) y luego utilizar o almacenar este gas (CCU/S). Sin embargo, el CCU/S en sí tiene costos energéticos significativos, por lo que este proceso no solo debe acelerarse en términos de adopción, sino también hacerse más sostenible para lograr emisiones industriales netas cero.

Proyecto consensoCUS

Desde 2021, un consorcio de 19 socios industriales y académicos ha estado trabajando en innovaciones revolucionarias destinadas a hacer que CCUS sea compatible con un mundo con emisiones netas cero. La estrategia central gira en torno al uso de electricidad para procesos de captura y conversión, que es mucho más fácil de descarbonizar que las soluciones basadas en calor disponibles en el mercado. En pocas palabras, el proyecto ConsenCUS pretendía lograr su acrónimo: “Clústeres neutros en carbono a través de innovaciones basadas en electricidad en captura, utilización y almacenamiento”. El proyecto se encuentra ahora en sus últimos meses. Una campaña piloto de tres etapas demostró la viabilidad técnica de la solución, y un análisis multidisciplinario demostró los posibles impactos económicos, ambientales y sociales de la innovación si se implementara por completo.

Demostración de captura y utilización de carbono.

La tecnología de captura de carbono de ConsenCUS aprovecha el equilibrio natural entre el CO2 y el agua. A pH alto, la solución de hidróxido de potasio absorbe CO2 directamente de los gases de escape de la fábrica que pasan a través de la columna de absorción. Un módulo de regeneración independiente utiliza una pila de membranas electroquímicamente activas para reducir el pH y eliminar el CO2 para reciclar el disolvente en el proceso de absorción.

El desafío central de este proyecto fue llevar este concepto no probado previamente para la captura de carbono desde una escala de laboratorio a un entorno industrial real. Después de un cuidadoso diseño y construcción, se demostró que el módulo de demostración es capaz de manejar composiciones de gases de escape completamente diferentes en una planta de producción de cemento en Aalborg (Dinamarca), una refinería cerca de Ploiesti (Rumania) y una planta de producción de magnesita en Jerakini (Grecia). Los principales retos abordados son lograr un bajo consumo energético y una alta eficiencia en la captura de CO2, haciendo que la tecnología sea competitiva con tecnologías de referencia cuando se aplique a gran escala.

El CO2 capturado se utilizó para alimentar un módulo de utilización de CO2 adyacente, que también utilizaba electricidad para presurizar el CO2 y convertirlo en formiato de potasio. Este producto biodegradable es un conservante con un mercado multimillonario, pero para aumentar aún más su valor, también se puede utilizar para producir ácido fórmico y proteínas y combustibles. Resulta que incluso a esta escala piloto, el proceso utiliza menos energía que la ruta fósil tradicional para producir formiato de potasio y ácido fórmico, y podría ser totalmente sostenible utilizando electricidad renovable.

Como se muestra en el diagrama, el proceso de captura consta de:

1. Torre de absorción de CO2;
2. Módulo de regeneración de disolventes y separación de CO2; y
3. Se introdujo el módulo de utilización de CO2 para convertir el CO2 en componentes químicos útiles.

La industria neta cero requiere tuberías y almacenamiento de CO2 seguros

Incluso si las tecnologías de captura y utilización de carbono están completamente desarrolladas y descarbonizadas, lograr una industria neta cero requerirá trasladar el carbono a la ubicación óptima para su conversión o almacenamiento. Los resultados del proyecto ConsenCUS contribuyen a tres supuestos importantes:

Evaluación de la seguridad de los sitios de almacenamiento subterráneo permanente de CO2 (por ejemplo, Stenril en Dinamarca) y la calidad del gas y las características geológicas del almacenamiento subterráneo temporal de CO2 durante múltiples secuencias de carga y descarga, que pueden ser relevantes en el futuro. Evaluación de riesgos del transporte de CO2 por ductos, especialmente de rotura en diferentes condiciones climáticas. Un modelo matemático para optimizar la logística de CO2 entre emisores y usuarios o lugares de almacenamiento. Aplicado a un estudio de caso sobre la producción sostenible de combustible de aviación y el sudeste de Europa como un grupo industrial neto cero.

la gente y la tierra

La investigación de campo de ConsenCUS a través de conferencias en línea, reuniones públicas y visitas a escuelas y centros comunitarios proporcionó información sobre el nivel de conciencia y aceptación de CCU/S entre el público en general. Descubrimos que la conciencia pública sobre la tecnología CCU/S es baja y que la aceptación de CCU/S depende de un alto grado de complejidad, incertidumbre y diversidad con respecto a los detalles de cada proyecto único. Los miembros de la comunidad todavía preferían una participación temprana y transparente, incluso en proyectos piloto como ConsenCUS. Se encontró que la comunicación honesta sobre los beneficios y la divulgación de los riesgos de la tecnología era una estrategia deseable, pero esto requiere medios propicios (tiempo o compensación financiera) para que los miembros de la comunidad participen. Sin esto, ciertos desafíos como la fatiga del compromiso, el compromiso simbólico y las asociaciones desiguales son difíciles de superar.

La aceptación local, tal vez como era de esperar, está asociada con preocupaciones ambientales locales. En Grecia, el consumo de agua era una preocupación para los residentes locales, por lo que los proyectos alternativos de reducción de carbono, como la plantación de árboles, fueron recibidos de manera más positiva. Si bien la tecnología de captura y conversión de ConsenCUS descarboniza a CCU al permitir el uso de energía renovable, reconocer y considerar otras cargas sobre los recursos de la Tierra es importante para el desempeño ambiental y la aceptación social. Un análisis completo del ciclo de vida del impacto ambiental y un análisis dinámico del costo del ciclo de vida demuestran los beneficios y el valor económico potencial de la solución ConsenCUS, siendo importantes la huella de carbono y el precio de la electricidad utilizada en estos dos aspectos.

Gestión del carbono industrial en la UE

Basándose en los primeros resultados del proyecto, el consorcio abogó por acelerar el desarrollo y la implementación de CCU/S y considerar la huella (de carbono) de las estrategias de reducción de emisiones de CO2 al planificar un futuro neto cero. Con la implementación de la Ley de Industria Net-Zero, la Estrategia de Gestión del Carbono Industrial y Comercio de Industrias Limpias de la UE, el apoyo a CCU/S aumentó significativamente durante el proyecto de cuatro años. Hay más recomendaciones sobre cómo maximizar el impacto de la innovación dentro de los Estados miembros de la UE para lograr los objetivos que la UE se ha fijado.

Cinco recomendaciones para la política de gestión del carbono industrial (GCI) de la UE

1. El apoyo a la tecnología ICM debería permitir el despliegue tanto de tecnologías de próxima generación como de tecnologías maduras existentes.

2. El marco de investigación e innovación (I+I) de la UE debe reconocer la importancia no sólo de desarrollar sino también de demostrar tecnologías ICM innovadoras. Esto significa fomentar el “aprender haciendo”, brindar flexibilidad de recursos y alinear las métricas de éxito del proyecto con plazos prolongados para demostrar nuevas tecnologías en condiciones operativas del mundo real.

3. Los mecanismos para reducir los altos costos energéticos que enfrenta la industria y al mismo tiempo mantener las ambiciones climáticas son esenciales para garantizar la viabilidad operativa de la captura de carbono.

4. El apoyo a la demostración y el despliegue de ICM debe reconocer las compensaciones entre las características de la tecnología, como el costo, la huella ambiental, la eficiencia de captura, el consumo de energía y el potencial de escalabilidad.

5. Para mejorar la competitividad de la UE en materia de ICM, el marco de I+i debe ser relativamente no burocrático y, con el apoyo de recursos humanos y de conocimiento adecuados de las instituciones de la UE, permitir que los consorcios de proyectos empleen experiencia de manera flexible y al mismo tiempo minimicen las restricciones administrativas.

Dado que el proyecto ConsenCUS finaliza en 2025, el consorcio cree que CCU/S ha mejorado su posición como estrategia viable y necesaria para prevenir el cambio climático global, manteniendo al mismo tiempo la competitividad y relevancia industrial de Europa. Ampliar las tecnologías electroquímicas de captura y utilización de CO2 a escala comercial total y trabajar con comunidades y gobiernos locales para optimizar su implementación en sistemas logísticos y energéticos encaja bien en el futuro neto cero de Europa.

Para obtener informes de antecedentes sobre diversos temas para proyectos de investigación, visite nuestro sitio web (www.consencus.eu).

Descargo de responsabilidad

Este proyecto recibió financiación del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea bajo el acuerdo de subvención número 101022484. Este artículo refleja únicamente las opiniones del autor. La Agencia Ejecutiva Europea sobre Clima, Infraestructuras y Medio Ambiente (CINEA), en uso de las competencias que le ha delegado la Comisión Europea, no asume ninguna responsabilidad derivada del uso de la información que contiene.

Este artículo también se publicará en el número 24 de la revista trimestral.