Nuevas técnicas de captura de CO2 convierten las emisiones en materiales de construcción

Nadie esperaría encontrar soluciones realistas al cambio climático en una central eléctrica de carbón de Wyoming, Estados Unidos, pero es precisamente ahí donde se han reunido algunas de las mentes más brillantes de un sector en auge: el aprovechamiento del carbono. Investigan nuevas técnicas de captura de emisiones industriales de CO2 para transformarlas en combustibles alternativos, hormigones mejorados, fibras de carbono y otros materiales muy apreciados, lo que reduciría su acumulación en la atmósfera.

Tras varias fases de competición, 10 finalistas aspiran a uno de los dos premios de 7,5 millones de dólares del NRG COSIA Carbon XPRIZE. Estos equipos tienen que materializar sus ideas para transformar la mayor cantidad posible de CO2 y apuestan a que sus sistemas pueden reducir notablemente la huella de carbono de las centrales eléctricas emisoras de este gas utilizándolo junto con otros subproductos químicos para obtener productos comerciales.

El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático ha informado que, para mantener la temperatura del planeta en un rango compatible con la vida, la reducción de las emisiones de carbono del sector industrial es un factor clave en la estrategia global de reducción de las emisiones de CO2. La simple adopción de fuentes de energía renovables no significa necesariamente “cero emisiones” y, por otra parte, mientras se perfeccionan las renovables seguimos teniendo el mismo problema.

Mohammed Imbabi es profesor de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Aberdeen y forma parte del equipo británico CCM, finalista en la competición: “La gente está muy confundida. Todo el mundo está obsesionado con las energías renovables y confía en que la naturaleza se encargará de reconducir la situación, pero estas necesitan dispositivos artificiales cuya huella de carbono es enorme. Vamos todos de cabeza hacia algo que sigue contaminando el medio ambiente”.

Algo similar opina el fundador y director general de CO2Concrete , Gaurav N. Sant, quien además lidera el equipo Carbon Upcycling UCLA , compuesto por investigadores de la universidad y profesionales del sector energético: “En estas industrias, las instalaciones (carbón, gas natural, petroquímicos e incluso centrales hormigoneras), tienen alta dependencia del carbono. Por otra parte, gracias a estas centrales obtenemos productos básicos para nuestra calidad de vida. No podemos prescindir de ellas. Lo que sí podemos es reducir sus emisiones a la atmósfera mediante nuevos procesos que aprovechen ese CO2 residual”.

Uno de esos nuevos procesos tiene que ver con el cemento, un ingrediente fundamental para la resistencia del hormigón que se ha convertido en el principal objeto de estudio del equipo de Sant. Según las estimaciones de la Agencia Internacional de la Energía, la producción de cemento representa aproximadamente 7 % de los 37 100 millones de toneladas de emisiones de carbono en todo el mundo durante 2018. En el sector industrial, solo la fabricación de hierro y acero supera este porcentaje.

Los procesos de captura, aprovechamiento y almacenamiento de carbono no son nada nuevo, pero resultaban económicamente inviables antes de los últimos avances en ciencia de materiales e ingeniería química sobre el aprovechamiento del CO2. “Cuando hablamos de la captura del carbono, el planteamiento tradicional consistía en fijar CO2 puro en formaciones geológicas o acuíferos salinos mediante conductos que lo inyectan en depósitos bajo tierra ―afirma Sant―. Puede costar hasta 135 euros por tonelada. Los números no salen”.

Intuitivamente, no parece que la producción de cemento ofrezca muchas posibilidades al almacenamiento de carbono. Como apunta Sant, ha sido siempre un proceso industrial a gran escala: la fabricación intensiva de hormigón a partir de cemento de Pórtland emite una gran cantidad de CO2 gaseoso y los altos hornos de producción requieren un elevadísimo aporte energético para alcanzar una temperatura de reacción de hasta 1400 grados centígrados.

Pero las investigaciones sobre la mineralización del CO2 (la transformación del CO2 gaseoso en carbonatos de material sólido) han traído buenas noticias en cuanto a costes y emisiones. El sistema de CO2Concrete canaliza el flujo de gases de combustión desde las chimeneas de las fábricas hacia una cámara similar a un horno de convección que funciona a presión y temperatura ambientes. El CO2 diluido se aprovecha para formar un agente cementante que contiene hasta 60 % de carbono en peso sin necesidad de pasar por la prohibitiva fase de captura del carbono.

El hormigón producido por esta mineralización del CO2 es “muy similar desde el punto de vista funcional y económico al producido mediante técnicas tradicionales”, expone Sant. Y cuando en el análisis de los modelos de retorno de la inversión se incluyen las ayudas institucionales, el nuevo proceso es mucho más rentable que el anterior, incluso sin tener en cuenta las penalizaciones e impuestos al carbón.

Sant cree que, si se aplicaran estas técnicas a gran escala, podría darse un buen mordisco a los casi 2700 millones de toneladas de emisiones de CO2 que producen cada año las cementeras y reducirlos en unos 1000 millones de toneladas.

Sant no es el único defensor de las increíbles posibilidades de la captura, almacenamiento y aprovechamiento del carbono. El Departamento de Energía de Estados Unidos ha invertido miles de millones de dólares en esta tecnología y ha financiado varios proyectos de investigación y desarrollo. En 2018, el Congreso de ese país aprobó una desgravación fiscal que incrementa los importes que las empresas pueden deducirse por secuestrar o redirigir las emisiones de carbono; la Agencia Internacional de la Energía prevé que esta medida genere inversiones por valor de 1000 millones de dólares durante los próximos seis años.

Mientras tanto, las startups pugnan entre ellas por sobresalir y diferenciar sus modelos empresariales, atraer capital público y privado y crecer lo antes posible. Entre las más aventajadas está la finalista CarbonCure, una empresa canadiense que se ha asociado con fabricantes de hormigón de unas 150 centrales de todo el mundo, como Lafarge, Thomas Concrete y Ozinga, para que las instalaciones de producción existentes incorporen CO2 reciclado.

Jennifer Wagner, vicepresidenta ejecutiva de desarrollo corporativo, atribuye el rápido crecimiento de la empresa a su propuesta de valor: “Muchas de las soluciones del mercado ofrecen únicamente un beneficio medioambiental, pero nosotros aportamos también un beneficio económico. Incluso si a una empresa no le preocupa el cambio climático, estará interesada en reducir costes”.

Gracias a la inversión del fondo Breakthrough Energy Ventures (un fondo de mil millones de dólares liderado por Bill Gates) los fabricantes de hormigón adquieren CO2 en estado gaseoso en unos cilindros similares a los que utilizan los fabricantes de refrescos. El CO2 se canaliza a través de un sistema de inyección de dos unidades que puede incorporarse a las instalaciones existentes de mezclado y amasado del hormigón. El producto resultante es un hormigón ultrarresistente mejorado que contiene una media de casi 15 kg de CO2 por metro cúbico.

Algunos finalistas del XPRIZE, como CCM, aspiran a utilizar el carbono capturado en aplicaciones industriales más diversas. Imbabi incide en que “uno de los problemas a los que nos enfrentamos es que necesitamos dar respuesta a unas emisiones mundiales de 37 000 millones de toneladas de CO2 cada año. Solo con el cemento no basta”.

La máquina que CCM quiere presentar en la fase final de la competición está valorada en 2,25 millones de euros y convierte el CO2 en carbonato cálcico precipitado que puede utilizarse en plásticos, productos farmacéuticos y alimenticios, esmaltados para papel, pasta de dientes y otras aplicaciones. Mediante una reacción entre CO2 diluido y salmuera de magnesio proveniente de diversas fuentes, como plantas de procesamiento de crudo y gas natural, esta técnica permite obtener también carbonato de magnesio precipitado, un compuesto ligero e ignífugo que quieren aplicar en paneles para construcción y productos aislantes.

Habrá que ver si la versatilidad tecnológica de CCM les da el impulso que necesitan para superar a sus competidores del XPRIZE cuando se anuncie al ganador en junio de 2020, pero la variedad de propuestas y el ingenio mostrados por todos estos finalistas dejan claro que queda mucho por hacer en el campo de la captura de carbono. Ojalá sea posible un futuro en el que las emisiones de carbono sean verdaderamente nulas.