Por: Ricardo Delgado

Tecnología de captura, almacenamiento y uso de carbono

Las tecnologías de captura, almacenamiento y uso de carbono (CCUS por sus siglas en inglés) son una opción para lograr las metas de estabilización del clima.

La idea general es relativamente sencilla: se trata de separar el carbono producido durante los procesos de combustión (o durante las reacciones químicas), transportarlo hasta su destino final y almacenarlo con el fin de disminuir la acumulación de gases de efecto invernadero en la atmósfera. Esto último, y aunque suene obvio, debe ser resaltado: el CCUS se propone como una solución para el cumplimiento de metas climáticas.

Sin metas ambiciosas de mitigación de gases de efecto invernadero no hay ningún motivo, descartando tal vez la filantropía, para considerar grandes instalaciones de CCUS. Esta característica hace diferente al CCUS de las otras opciones para mitigar gases de efecto invernadero en el sector energético. Hoy en día, en varios casos, la forma más barata de producir electricidad es usando energías renovables. Del mismo modo, las tecnologías de movilidad eléctrica han probado ser competitivas en usos como el transporte público. El uso del modo férreo y fluvial, además de ser menos carbono intensivos que los modos carreteros, son también más eficientes desde el punto de vista económico.

Algunos proyectos de generación eléctrica con energías renovables, de electrificación de una flota de buses urbana o de construcción de un tren de cercanías pueden ser la mejor opción desde el punto de vista económico, sin tener en cuenta ninguna externalidad positiva frente al cambio climático. El CCUS es diferente, siempre que se use CCUS se incurre en mayores costos con el mismo, o incluso menor, producto a la salida.

El primer paso en un proceso de CCUS es la captura del carbono. Este proceso consiste en la separación del dióxido de carbono de los otros gases producidos durante la quema de combustibles o como resultado de reacciones químicas en algunos procesos productivos. Esto se hace porque la mayor parte de los gases de combustión es nitrógeno y es deseable transportar y almacenar solamente el dióxido de carbono tanto para disminuir costos de transporte como para alargar la vida útil del reservorio. Hay tres opciones principales para realizar la captura de carbono.

En primer lugar, está la pre-combustión. En este proceso se trata el combustible para convertirlo en dos flujos separados de dióxido de carbono y de hidrógeno. Así, al quemar el hidrógeno no se producen emisiones de dióxido de carbono. La producción de hidrógeno a partir de gas natural es un ejemplo de este tipo de procesos. La segunda alternativa es la separación del CO₂ después de la combustión y consiste básicamente en el uso de solventes y membranas para absorber este gas. Finalmente, la quema de combustible en presencia de oxígeno puro (en lugar de aire) garantiza que los gases de escape sean un flujo altamente concentrado de vapor de agua y dióxido de carbono fácilmente separables.

En cualquiera de los procesos de separación, se hace uso de energía y de otros materiales. Este consumo de energía se traduce en menores eficiencias de proceso en la generación eléctrica. Además, nunca se logra la captura del 100% del carbono producido. Típicamente se captura hasta el 90% del CO₂ liberado. Esto hace que sea preferible utilizar combustibles con menor contenido de carbono para lograr la menor emisión posible.

En la siguiente gráfica, tomada de la IEA, se observa el costo nivelado de captura de CO₂ en algunos procesos.

Una vez separado el flujo de dióxido de carbono concentrado hace falta transportarlo hasta el lugar donde se hará su disposición final. El dióxido de carbono puede comprimirse hasta que pasa a estado líquido y de esta manera puede ser transportado por tuberías o en camiones. Estos procesos de compresión y transporte también consumen energía reduciendo aún más la eficiencia energética. Si se opta por transportar el carbono por tuberías, se demanda una producción centralizada de este contaminante para disminuir los requerimientos de instalación de infraestructura de transporte. En ocasiones, las mismas tuberías que transportan los combustibles pueden ser utilizadas para transportar el carbono. Esta posibilidad es lo que hace que los primeros candidatos para usar el CCUS sean las plantas de generación eléctrica, las refinerías y las instalaciones industriales de gran porte. La cercanía geográfica entre la fuente de emisiones y el sitio de disposición final es deseable para disminuir los costos asociados al transporte.

Finalmente, el carbono se secuestra de manera permanente en una formación geológica o se utiliza como materia prima. Si se opta por la primera opción, se hace necesario inyectar el carbono en formaciones subterráneas, típicamente yacimientos agotados de gas, carbón o petróleo. Se puede utilizar el CO₂ en procesos de recobro mejorado de hidrocarburos y, de esta manera, percibir un beneficio económico por llevar a cabo el proceso. También se puede valorizar el carbono al utilizarlo como materia prima para la producción, por ejemplo, de materiales de construcción, combustibles sintéticos y productos químicos. De acuerdo con la Agencia Internacional de Energía, el planeta tiene un potencial teórico de espacio de almacenamiento geológico estimado entre 8.000 gigatoneladas y 55.000 gigatoneladas de carbono. Para dar un contexto, las emisiones de gases de efecto invernadero del planeta en 2016 ascendieron a 50 gigatoneladas. En la siguiente gráfica, tomada de la IEA, se presenta a modo de referencia la curva de costos indicativos de almacenamiento de CO₂ en Estados Unidos.

El CCS tendría el potencial para ser una de las soluciones al problema de emisión de gases de efecto invernadero, pero su papel está limitado por su competitividad frente a otras opciones de mitigación. De las gráficas presentadas anteriormente, y sin incluir los costos de transporte, capturar y secuestrar una tonelada de CO₂ en una planta de generación eléctrica podría llegar a costar entre 10 y 140 dólares. El límite inferior considera el caso en el que el carbono se valoriza como materia prima (el valor negativo en la gráfica inmediatamente anterior).

A pesar de que estas tecnologías ya se han usado ampliamente en el mundo (particularmente la separación del CO₂ en el proceso de producción de hidrógeno gris y el secuestro en procesos de recuperación mejorada de hidrocarburos), los proyectos integrados de CCUS no alcanzan aún la centena. De hecho, el flujo de inversiones y el número de proyectos de este tipo decreció entre 2012 y 2017 aunque a partir de 2018 ha habido una recuperación en la cantidad de proyectos existentes (operativos, en construcción o planeados) como se puede observar en la siguiente gráfica tomada de la IEA.

En 2020 hubo solamente 21 proyectos de CCUS operando en el planeta y 3 más estaban en construcción. Si se construyeran y entraran en operación los demás proyectos planeados, la capacidad global de secuestro sería de 130 millones de toneladas de carbono al año, un poco menos de la mitad de las emisiones Colombianas en 2014.

Colombia debe estar atento al desarrollo de esta tecnología ya que, en el largo plazo, podría ser un medio para proveer el respaldo térmico a la generación renovable intermitente aprovechando las reservas de fósiles del país. El CCUS podría hacer parte de la mezcla tecnológica que permita al país satisfacer sus necesidades energéticas y honrar los compromisos climáticos que ha venido adquiriendo. El país no debería descartar ninguna opción tecnológica de manera directa o indirecta. Sabemos que la adopción de estas nuevas tecnologías es lenta y, así como se está haciendo con el hidrógeno, es necesario comenzar con suficiente anticipación el estudio y análisis de la viabilidad del CCUS en el contexto colombiano. La falta de estudios y análisis podría resultar en el descarte temprano de una alternativa que de otra manera podría llegar  a ser una opción perfectamente viable.