En la tecnología CLC, el dióxido de carbono sale por una corriente diferente a la del nitrógeno (elemento que constituye cerca del 78 % del aire atmosférico), lo cual facilita la captura del CO2.

Oxido de cobre. Fuente Renata Lima

Desde hace menos de tres décadas, investigadores a nivel mundial estudian la que podría ser la alternativa más eficaz para reducir la contaminación que produce el sector industrial, una de las mayores causas del cambio climático.

Se trata de la tecnología denominada “combustión con transportadores sólidos de oxígeno” (CLC, por sus siglas en inglés), la cual viene siendo analizada por expertos de la Universidad Nacional Sede Medellín, entre ellos, el estudiante de doctorado de la Facultad de Minas, Juan Carlos Maya.

Él, con el apoyo del Grupo de Investigación en Termodinámica Aplicada y Energías Alternativas (Tayea), ha logrado sintetizar óxido de cobre (CuO), material con el que se puede llevar a cabo la CLC. Dicho aporte se convierte en uno de los adelantos más recientes en esta tecnología.

La CLC se basa en un sistema que, en términos simples, permite separar el dióxido de carbono (CO2) de los gases que se generan en las fábricas tras los procesos de combustión (generación de energía) y capturarlo para evitar que se propague en el ambiente.

Según explica Juan Carlos Maya, convencionalmente, industrias como las textileras o cementeras emiten gases en los procesos de combustión. En el caso del dañino CO2, este sale al ambiente mezclado con nitrógeno y agua, por lo cual es muy difícil de separar.

La tecnología propuesta por el investigador hace posible que, sin necesidad de una etapa adicional que separe estos gases, se pueda retener el CO2 durante el mismo proceso. El mecanismo constituye un importante ahorro económico, aunque aún no está cuantificado con precisión.

Uno de los aspectos vitales de esta alternativa es la utilización de un óxido metálico (puede ser de hierro, cobalto, níquel o manganeso) que transporta oxígeno y lo lleva al combustible con ayuda de dos reactores de lecho fluidizado, llamados así debido a que en su interior las reacciones químicas entre sólidos en polvo muy finos y gases se comportan como un fluido. El transportador de oxígeno hace que el dióxido de carbono se separe de otros elementos que resultan de la combustión y así pueda ser almacenado.

Transportador de oxígeno

Hasta el momento, el transportador más usado en esta tecnología ha sido el óxido de níquel. No obstante, en los últimos años se ha estudiado la posibilidad de emplear óxido de cobre, debido a que ofrece grandes ventajas en costos y eficiencia.

En este punto está el aporte realizado por el investigador de la UN, quien logró sintetizar el óxido de cobre, impregnado sobre un soporte en polvo de alumina (facilitado por una empresa alemana). Su funcionamiento fue probado mediante varios experimentos, con los cuales se evidenció que actúa de manera eficiente a altas temperaturas.

Adicionalmente, desarrolló un modelo que permitió entender mejor los fenómenos físico-químicos involucrados en esa tecnología, lo cual, en su opinión, es un gran paso para implementarla en reemplazo de la combustión convencional.

El adelanto es significativo si se tiene en cuenta que las dificultades para obtener estos transportadores representan una de las principales limitantes para que la clc se implemente a gran escala.

Tecnología en desarrollo

Las emisiones de CO2 por uso de combustibles fósiles equivalen a una tercera parte del total emitido por actividades humanas, según los cálculos realizados. Con la tecnología CLC, esa proporción se reduciría por completo.

Al respecto, el profesor de la Facultad de Minas, Farid Chejne Janna, doctor en Sistemas Energéticos y director de este trabajo, explica que una vez dicha tecnología se desarrolle en su máxima expresión, se dispondrá de sistemas de combustión de mayor eficiencia en todas las empresas, con menos consumo de energía y un mínimo impacto ambiental.

Según Carlos Gómez, ingeniero químico de la Universidad Nacional, a pesar de que esta alternativa tuvo sus inicios hace un par de décadas, en los últimos años ha tomado amplia relevancia, dada la necesidad mundial de reducir la emisión de gases de efecto invernadero.

“La ventaja fundamental radica en que el CO2 generado no se diluye en el nitrógeno, por lo cual no es necesario un proceso posterior de separación. Esto implica que la clc eliminaría dicho costo”, resalta el ingeniero Gómez.

Conocimiento de punta

El profesor Chejne manifiesta que el trabajo de Juan Carlos Maya logra dar cuenta de la velocidad a la que se da la reacción, que en este caso es la más alta, para generar energía en el menor tiempo posible.

Aunque en la corta historia de esta tecnología se han creado varios modelos, la doctora en Ingeniería Química y del Medio Ambiente, Carmen Rosa Forero, docente de la Universidad del Valle y una de las primeras en estudiar los transportadores sólidos de oxígeno en el país, agrega otra variable al aporte del investigador Maya: la porosidad de las partículas para tratar de predecir el comportamiento de los materiales.

Precisamente, en el 2005, el reporte especial sobre captura y almacenamiento de CO2 del IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) concluyó que la clc constituye la alternativa más económica para separación de CO2. Desde entonces, la investigación en ese campo ha aumentado y se refleja en grandes proyectos como CO2 Capture Project, patrocinado por organizaciones como BP, Suncor energy, Petrobras, Chevron, eny y Shell.

Sin embargo, todavía hay un gran desconocimiento en cuanto al tema, pues las investigaciones a nivel mundial están en fase experimental. Entre ellas se destacan las del Instituto de Carboquímica de Zaragoza, en la Universidad Tecnológica de Vienna, y las que se adelantan en The University of Western Ontario, que tratan de darle solución a los altos costos -que aún no se pueden precisar por tratarse de una fase preliminar- y a los problemas por resolver con catalizadores, transportadores de oxígeno y tiempos de las reacciones.

La profesora Forero destaca que en el país apenas se está trabajando a escala de laboratorio y que su implementación es lejana, pues la tecnología de combustión usada en las empresas nacionales es obsoleta y los industriales muestran mucha resistencia al cambio.

Refiriéndose a la separación del CO2, advierte que si bien posteriormente ese gas podría utilizarse en otros procesos, la cantidad generada es tan grande que solo podría llegar a utilizarse alrededor del 1 %.

Para Juan Adánez Elorza, profesor e investigador del Instituto de Carboquímica de España y autoridad reconocida en la materia, el desarrollo de la clc en el mundo se encuentra a nivel de demostración y con una inversión muy escasa.

No obstante, concluye que esta tecnología reduciría los costos de captura de CO2, que se estiman entre 15 y 20 euros por tonelada evitada, muy inferior al de otras tecnologías, con lo cual se espera que sea altamente utilizada.