Upload
truongmien
View
213
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
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
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 2
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
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 3
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.
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 4
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)
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 5
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
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 6
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)
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 7
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
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 8
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
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 9
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
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 10
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
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 11
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.
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 12
- 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.
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 13
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).
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 14
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.
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 15
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
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 16
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
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 17
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.
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 18
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)
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 19
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.
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 20
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
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 21
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.
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 22
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
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 23
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
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 24
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
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 25
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.