Sistemas de captura de CO 2

En primer lugar, se señala que el estudio se enfoca en la captura de las emisiones de CO2 provenientes de fuentes relacionadas a la generación eléctrica, que son

aproximadamente el 41% del total de emisiones de CO2 (International Energy

Agency, 2012).

Las tecnologías de captura de CO2 aplicadas a la generación eléctrica agregan al

sistema un nuevo componente que consume potencia eléctrica, por lo que disminuye la eficiencia total del sistema, lo que dependerá del tipo de captura elegida, adicionando carbón y nuevas emisiones de CO2 que deben ser

consideradas.

La selección de un sistema de captura tiene 3 tipos de opciones: post-combustión, pre-combustión y oxy-fuel (IPCC, IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, 2005). En el sistema post-combustión se captura el CO2

después de la combustión del combustible mediante sistemas de separación adecuados. En el sistema pre-combustión se basa en procesar el combustible primario (carbón) en un reactor para producir dos flujos: CO2 que se captura y un Captura • Post- combustión • Oxy-Fuel • Pre- Combustión Transporte • Ductos • Vehículos Terrestres • Barcos Almacenamiento • Geológico • Oceánico • Terrestre

gas sintético (syngas) rico en H2, que se ocupa como combustible para la

generación eléctrica El sistema oxy-fuel funciona cambiando el aire por oxigeno en la fase de combustión, separando el nitrógeno, lo que facilita la remoción del CO2

después de la combustión. Luego de capturar el CO2 se debe comprimir y

deshidratar para transportarlo a los sitios de almacenamiento. Es en esta unidad donde se consume esa energía adicional antes mencionada, aumentando los costos. La información sobre costos del CAC se encuentra en el Anexo 3.

5.1.1 Opción Post-combustión

Este es el método de captura aplicable a las plantas de generación actuales dado que la tecnología de combustión es la misma usada en el presente, y solo se debería instalar el sistema de captura como componente adicional en la zona del escape y chimenea, con cambios mínimos en la estructura general de la planta. Debido al gran volumen de los gases de escape de la combustión convencional, se debe considerar una tecnología que pueda absorber el CO2 contenido (15% del

volumen total en el caso de combustión de carbón). Además se deben eliminar otros contaminantes de efecto local que son producidos en la combustión, los cuales también deben ser tratados, aumentando los costos de este tipo de tecnología, más aun si se ocupa una variedad de carbón de baja calidad.

Para hacer posible la separación y obtención del CO2 se deben ocupar procesos de

tratamiento adecuados, algunos de los cuales son (IPCC, IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, 2005):

 Absorción acuosa  Absorción sólida

 Separación por membranas  Absorción en membranas

5.1.2 Opción Oxy-fuel

La tecnología oxy-fuel para la captura de CO2, tiene como característica principal

que la reacción de combustión se hace solo con oxígeno, en lugar de aire (oxigeno más nitrógeno básicamente), lo que facilita la extracción de CO2 desde los gases

de combustión, dado que su proporción dentro del volumen total será mayor. La combustión ocupando esta técnica produce gases cerca de los 3500ºC, lo que es más que las temperaturas permitidas por los materiales tradicionales de las plantas, controlándolas pasando una proporción de los gases o agua reciclada para refrigerar pasar de nuevo por la cámara de combustión.

En general, los productos de combustión poseen grandes cantidades de CO2 y

vapor de agua, además de exceso de oxígeno, para que el combustible se queme eficientemente. Luego de condensar el vapor de agua, se puede obtener entre 80% y 98% de CO2, que se comprimirá y secará, antes de ser transportado al

almacenamiento correspondiente. Pero antes deben ser removidos desde el gas elementos inertes y ácidos, como SOx, NOx, Hg y HCl.

Los elementos que se usan en la tecnología oxy-fuel, están siendo utilizados en la actualidad en ciertas áreas industriales como fundiciones de acero y hierro, aluminio y vidrio, pero para una eventual aplicación de captura de CO2, estos

procesos deben madurar para hacer efectiva la producción comercial.

Para hacer efectiva esta tecnología, se necesita una cantidad importante de oxígeno. Para esto es necesario separar el oxígeno de todo el resto de componentes del aire, como nitrógeno, vapor de agua, y GEI, entre otros. Para remover los otros componentes del aire, este se debe comprimir a 0,5-0,6 MPa. Para absorber estos elementos (menos el nitrógeno) se utiliza un flujo de nitrógeno a baja presión. El aire puede ser enfriado mediante una contracorriente de los productos separados (oxígeno y nitrógeno) en intercambiadores de calor de placas de aluminio delgadas, donde en estas condiciones se puede separar el oxígeno y el nitrógeno

mediante columnas de doble destilación. (IPCC, IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, 2005)

El oxígeno puede ser bombeado a como líquido o como gas a alta presión (10 MPa). Las plantas de oxígeno pueden producir cerca de 3500 tO2/día,

consumiendo una potencia de 240 kWh/tO2 (IPCC, IPCC Special Report on

Carbon Dioxide Capture and Storage, 2005). 5.1.3 Opción Precombustión

La técnica de Precombustión procesa el carbón, capturando el CO2 y generando un

gas sintético (syngas) rico en H2, el cual se utiliza como combustible para la

generación. La mezcla se puede generar mediante dos reacciones. Una es llamada (5.1) reformación con vapor, la cual se obtiene mediante una reacción endotérmica entre el combustible y vapor. La otra es mediante una (5.2) oxidación parcial exotérmica del combustible, como se muestra a continuación:

(5.1) (5.2)

Luego se necesita convertir el CO en CO2 agregando vapor mediante la siguiente

reacción exotérmica (5.3):

(5.3)

Después de lograr esta mezcla entre CO2 y H2, se debe realizar su separación. En

ésta, el CO2 se encuentra en el rango 15-60% de la mezcla, con una presión total

entre 2 y 7 MPa. Finalmente, el CO2 separado es transportado y almacenado. El

uso final de esta técnica permite la producción de hidrógeno, tanto para la producción eléctrica mediante su quemado en calderas y como en turbinas de gas reducida en emisiones de CO2, o también utilizado en celdas de combustible para

el transporte y otras aplicaciones, reduciendo el carbono que está presente en los

2 2O xCO (x y/2)H xH H CX Y     2 2 /2 2 / O xCO y H x H CX Y    2 2 2O CO H H CO  

combustibles dominantes. Esto se hace mediante el proceso Fisher-Tropsch, convirtiendo el carbón sólido en gas y luego en un combustible líquido con una alta razón H/C.