Serà la captura i emmagatzemament de carboni la solució?

INTRODUCCIÓ

La percepció de què el canvi climàtic existeix és ineludible. Tot i no que no es sap amb exactitud com evolucionarà el clima en els pròxims 50 o 100 anys, els termòmetres d’arreu del món han notat un increment mitjà de la temperatura de prop d’un grau en el passat segle XX. La industrialització que ha patit la nostra societat des de la Revolució Industrial, amb l’ús massiu de combustibles fòssils, sembla ser el punt d’inflexió a partir del qual alguna cosa ha canviat en l’atmosfera terrestre que fa que la temperatura del planeta vagi a l’alça.

Hi ha diverses hipòtesis sobre què és el que pot estar provocant aquest augment alarmant de la temperatura al planeta, una d’elles diu que la disminució de les taques solars (les zones més fredes del sol) és un dels principals motius de què rebem més energia per part del sol i que per tant veiem incrementada l’absorció d’aquesta per la nostra atmosfera.

Una altra hipòtesis, que és la més estesa i acceptada per la comunitat científica, vincula directament l’augment de la temperatura global amb l’augment de la concentració de CO2 a l’atmosfera. Sent aquest el gas d’efecte hivernacle que més incideix en l’escalfament global.

Tal i com es pot apreciar a les gràfiques, l’augment del nivell de CO2 coincideix amb un augment significatiu de la Temperatura global. És per això que fa temps que s’estan buscant solucions plausibles per a poder fer front a aquest possible canvi climàtic. Ja fa anys que es parla de què les reserves del petroli, el principal motor energètic del món, tenen un horitzó no gaire més lluny del 2050. Tot i que no es coneixen amb exactitud la magnitud de les reserves que queden a la Terra, cada cop les petrolieres han de perforar més endins per a poder extreure’l. És per això, que es diu que el petroli deixarà d’usar-se com a font principal d’energia abans de què s’esgoti, ja que el cost d’extracció serà massa car per a poder-lo vendre a un preu competitiu.

L’ús dels combustibles fòssils és la principal font d’emissió de CO2, copant un 60% de les emissions globals, i és per aquest motiu que, per reduir l’impacte ambiental, fa anys que s’està investigant amb energies renovables. Tot i això, ara per ara, prescindir del petroli sembla inviable econòmicament, i una de les propostes que han sorgit per tal de continuar usant-lo com a principal font d’energia sense fer augmentar de forma considerable la seva concentració a l’atmosfera és procedir a la seva captura i emmagatzematge.

Com es pot apreciar a la imatge les principals emissions del diòxid de carboni provenen de la generació d’electricitat, el ciment, l’acer, les refineries, i les centrals petroquímiques.

PROCESSOS DE CAPTACIÓ

Usant la tècnica de la captació del diòxid de carboni es calcula que en una central elèctrica les emissions de CO2 es podrien arribar a reduir fins a un 80-90%. Tot i que el consum d’energia augmentaria entre un 10 i un 40%, usant-se la major part d’ella per a la captació i compressió del CO2.

Segons el procés o l’aplicació de la central elèctrica de què es tracti, hi ha tres maneres principals per a captar el CO2 generat per un combustible fòssil primari (carbó, gas natural o petroli), per la biomassa o per una barreja d’aquests combustibles:

Els sistemes de captació posterior a la combustió separen el CO2 dels gasos de combustió produïts per la combustió del combustible primari en l’aire. Per a centrals elèctriques de carbó polvoritzat (CP) o de cicle combinat de gas natural (CCGN).

Els sistemes de captació prèvia a la combustió processen el combustible primari en un reactor amb vapor i aire o oxigen per produir una barreja que consisteix, principalment, en monòxid de carboni i hidrogen ( “gas de síntesi”). Mitjançant la reacció del monòxid de carboni amb el vapor en un segon reactor (un reactor de conversió) es produeix hidrogen addicional i CO2. Llavors, la barreja resultant d’hidrogen i CO2 es pot separar en un flux de gas de CO2 i un flux d’hidrogen. Si el CO2 és emmagatzemat, l’hidrogen serà un producte energètic sense carboni que podrà ser consumit per a generar energia elèctrica i / o calor. Si bé les fases inicials de conversió del combustible són més complexes i oneroses que en els sistemes de captació posterior a la combustió, les altes concentracions de CO2 produïdes pel reactor de conversió (generalment, del 15 al 60 per cent en volum en sec) i les altes pressions que solen caracteritzar a aquestes aplicacions són més favorables per a la separació de CO2. El sistema de captació prèvia a la combustió s’utilitzaria en centrals elèctriques que utilitzen tecnologia de cicle combinat de gasificació integrada (CCGI). També s’aplica de forma generalitzada a la fabricació de fertilitzants i la producció d’hidrogen. Si bé les fases inicials de la conversió del combustible en el sistema previ a la combustió són més complexes i costoses, les concentracions més altes de CO2 en el flux de gas i la pressió més elevada en faciliten la separació.

I els sistemes de combustió d’oxigen-gas que utilitzen oxigen en lloc d’aire per la combustió del combustible primari per tal de produir un gas de combustió compost principalment per vapor d’aigua i CO2. Això dóna origen a un gas de combustió amb altes concentracions de CO2 (de més del 80 per cent en volum). Llavors, el vapor d’aigua és sostret mitjançant el refredament i la compressió del flux de gas. La combustió d’oxigen-gas requereix separar inicialment l’oxigen de l’aire, adquirint, així, l’oxigen un grau de puresa del 95 al 99 per cent en la major part dels models. Podria requerir un tractament posterior del gas de combustió per extreure els contaminants atmosfèrics i els gasos no condensats (com el nitrogen) del gas de combustió abans de transportar el CO2 al seu lloc d’emmagatzematge. Com a mètode de captació de CO2 en calderes, els sistemes de combustió d’oxigen-gas estan en la fase de demostració. Tot  i que també estan sent estudiats en sistemes de turbines de gas, però els dissenys conceptuals per aquestes aplicacions encara estan en fase d’investigació.

TRANSPORT I PROCESSOS D’EMMAGATZEMATGE

Els sistemes de captació, tot i no ser gaire coneguts, són una part prèvia i bàsica per al procés d’emmagatzemament del carboni. I entre ambdós tenim també el transport, un factor a tenir en compte sobretot a l’hora de compatibilitzar la viabilitat econòmica i ambiental del procés. Hi ha tres opcions possibles per al transport del diòxid de carboni: gasoductes terrestres, gasoductes marins, o vaixells.

Com podem veure al gràfic, i segons ens comenta l’informe del IPCC, el cost d’un gasoducte marí és entre un 40 i un 70% més car que el d’un gasoducte terrestre. També podem observar dos fets lògics: que a més tones transportades, més barat sortirà el transport;  i que  com més a prop el vulguem dur (línia contínua) més baixarà el cost.

L’opció del gasoducte terrestre, doncs, és més factible que no pas el marí (que té un límit de construcció als 2500 m de profunditat), sobretot si tenim en compte els possibles costs de manteniment. Ara, si la orografia del terreny és muntanyosa i si hi ha a prop nuclis urbans, el criteri a l’hora d’analitzar la millor opció pot variar. D’altra banda, veiem que a partir de trajectes més llargs als 1.700 km aproximadament, fer el transport en vaixell sembla ser més econòmic que no pas traçar un gasoducte. I tot i que el seu ús en aquesta faceta està en etapa embrionària, es basarien en els vaixells ja existents de transport de gas liquat del petroli o de gas natural liquat.

I dic sembla ser, perquè hi ha altres factors a tenir en compte, com les terminals de càrrega, els encreuaments de canonades en terra, la profunditat de l’aigua, l’estabilitat dels fons marins, els costos del combustible, els costos de construcció, les diferents despeses de funcionament en diferents llocs, la seguretat, i la interacció entre la terra i les rutes de transport marítim. A més a més  si es tracta de reduir l’impacte ambiental emmagatzemant CO2 és una mica contradictori l’ús de vaixells per a trajectes excessivament llargs. Ja que el transport marítim amb vaixells comporta un increment de les emissions de CO2 d’un 2,5% cada 200 km, i d’un 18% cada 12.000 km. Mentre els gasoductes es mouen pels volts de l’1 al 2% cada 1.000 km.

Els processos d’emmagatzematge són segurament la part del procés global que a la majoria de vosaltres us sonarà. Tot i que el geològic veureu que sembla ser el més viable, existeixen fins a quatre possibilitats diferents per a pensar què fer amb el CO2 un cop el tenim captat i transportat al lloc desitjat.

Emmagatzemament geològic: En jaciments de petroli i gas, formacions salines profundes i capes de carbó inexplotables. En cada cas, l’emmagatzematge geològic de CO2 s’aconsegueix mitjançant la seva injecció en forma condensada en una formació rocosa subterrània. Les formacions rocoses poroses que retenen o que (com en el cas dels jaciments esgotats de petroli o de gas) han retingut fluids anteriorment- com gas natural, petroli o salmorra -són candidats potencials per a l’emmagatzematge de CO2. Les formacions aptes per a l’emmagatzematge poden aparèixer en conques sedimentàries terrestres i marítimes (depressions naturals a gran escala situades a l’escorça terrestre que s’omplen de sediments). Les capes de carbó també es poden utilitzar per emmagatzemar CO2 quan sigui poc probable que el carbó sigui explotat posteriorment i que la permeabilitat sigui suficient recent. L’opció d’emmagatzemar CO2 en capes de carbó i millorar la producció de metà encara està en la fase de demostració.

Emmagatzemament oceànic: Una altra possible opció d’emmagatzematge de CO2 consisteix en injectar el CO2 captat directament en els fons oceànics (a més de mil metres de profunditat), en què la major part quedaria aïllada de l’atmosfera durant segles. Això es pot aconseguir mitjançant el transport de CO2 pels gasoductes o vaixells a un lloc d’emmagatzematge oceànic, on s’injecta a la columna d’aigua de l’oceà o en els fons marins. Posteriorment, el CO2 dissolt i dispers es convertiria en part del cicle global del carboni.

L’emmagatzemament oceànic encara no s’ha desplegat ni demostrat a escala experimental i segueix en la fase d’investigació. No obstant això, s’han realitzat experiments sobre el terreny a petita escala, així com 25 anys d’estudis teòrics, de laboratori i models d’emmagatzematge oceànic intencional de CO2.

Carbonatació mineral: És la conversió de CO2 en carbonats inorgànics sòlids mitjançant reaccions químiques.

Usos industrials: Consisteix en l’ús industrial del CO2 de manera directa o com a matèria primera per a la producció de diverses substàncies químiques que contenen carboni.

De les quatre opcions, sembla que la més factible seria usar els jaciments geològics que han quedat buits de petroli i gas per emmagatzemar el CO2. Que a la vegada els podria servir a les petrolieres per poder extreure millor el petroli i gas restant gràcies a la pròpia força del CO2 injectat. Segons els càlculs duts a terme, la profunditat a la qual ha de situar-se és entre els 800 i els 2.500 metres sota terra. Els jaciments de petroli i gas, ja estiguin actius o esgotats, així com els aqüífers profunds i els llits carbonífers que no estiguin sent utilitzats són els candidats idonis per a emmagatzemar-hi el CO2. Per les seves característiques geològiques garanteixen un aïllament a llarg termini i, a més, a aquestes profunditats el CO2 adquireix tal densitat, a causa de la temperatura i la pressió, que arriba a disminuir el volum que ocupa en centenars de vegades, la qual cosa permet introduir fàcilment enormes quantitats. L’Agència Internacional de l’Energia (IEA) ha estimat que, només en jaciments esgotats, es podrien emmagatzemar 920.000 Mt de CO2, la qual cosa suposa al voltant del 45% de les emissions en tot el món fins al 2050.

Davant del temor que es poguessin produir fuites graduals a l’atmosfera, l’Informe de l’IPCC sobre Captura i Emmagatzemament de CO2 afirma que quan s’injecta en una formació geològica, el CO2 resta emmagatzemat durant un termini comprés entre 10.000 i 10.000.000 d’anys. Un termini de temps tan ampli que permet considerar aquest sistema com una de les opcions més segures per al futur.  A més a més, per tal de motivar els empresaris, assegura que aquest mercat podria assolir els 500.000 milions d’euros al 2050. Una xifra sucosa i temptadora per a qualsevol país.

Tot i això, aquesta possibilitat no ha de tancar la indústria en banda a l’hora de buscar noves alternatives a la reducció d’aquest gas d’efecte hivernacle. Ja que a no ser que s’usi en plantes capaces de produir moltes tones de CO2, el seu cost serà massa elevat per a què surti econòmicament viable.

Com hem pogut veure, la captura i emmagatzemament del carboni pot ser una solució al problema a curt termini, però l’objectiu que la humanitat s’hauria de proposar és una reducció gradual de l’ús del petroli, tan aviat com sigui possible, començant pel sector del transport.

Fonts:

Informe del IPCC sobre el canvi climàtic

Informe del IPCC sobre la captura i emmagatzematge del diòxid de carboni