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ALMACENAMIENTO EN MINERALIZACIONES
La carbonatación mineral es una tecnología prometedora para la reducción de las emisiones de CO2. Comprende la reacción de CO2 con minerales no carbonatados, principalmente silicatos de calcio o magnesio, para formar uno o más componentes carbonatados, normalmente sólidos. El proceso imita la alteración natural de minerales silicatados para formar carbonatos como calcita (CaCO3), dolomita (CaMg(CO3)2), magnesita (MgCO3), y siderita (FeCO3). Los productos así formados son termodinámicamente estables y por lo tanto el secuestro del CO2 es permanente y seguro. Además, la capacidad del secuestro es grande porque los depósitos de silicatos son muy abundantes en la naturaleza.
Los silicatos de Mg son considerados mejor opción que los de calcio por muchas razones: son minerales más reactivos que los de calcio, frecuentemente tienen un porcentaje en peso de óxido puro mayor (los silicatos de magnesio pueden tener un 35-40% en peso de MgO mientras que los silicatos de calcio, normalmente, solo tienen un 12-15% de CaO) y además los depósitos de silicatos de magnesio son más grandes y más numerosos.
Reacciones de carbonatación Fuente: CO2
Mineral Sequestration Studies. NETL.
2001
La serpentina (Mg3Si2O5(OH)4) y el olivino (Mg2SiO4), que primariamente aparece en forma de forsterita, son los dos principales minerales de magnesio utilizados para la reacción de carbonatación con el CO2, dando lugar a la magnesita (MgCO3) mediante una reacción exotérmica a baja temperatura. Estas reacciones de carbonatación son exotérmicas y ocurren espontáneamente en naturaleza, sin embargo, son demasiado lentas.
En la actualidad se están realizando muy diversos estudios que, en general, pretenden encontrar una forma rentable de acelerar las reacciones que son lentas en la naturaleza. Estos estudios todavía se encuentran en fase preliminar.
Existen grandes depósitos de silicatos de magnesio y calcio, repartidos por todo el mundo, más que suficientes para llevar a cabo la secuestración de todo el CO2 de origen antropogénico. La abundancia de este tipo de depósitos es tal que, un sólo depósito en Omán contiene unos 30 000 km3 de silicatos de magnesio, capaces de tratar todo el CO2 mundial. Los mayores depósitos de olivino se encuentran en Noruega, Japón, España, Estados Unidos e Italia.
Aspectos importantes en la secuestración de CO2 mediante carbonatación mineral son el transporte de los materiales implicados y el destino de los productos obtenidos. Los costes de transporte pueden ser reducidos al mínimo situando la planta de tratamiento en las cercanías de la mina de donde se obtiene la materia base (silicatos) y transportando hasta la misma el dióxido de carbono, previamente capturado de las grandes fuentes emisoras. Esta proximidad hace posible que los productos carbonatados obtenidos puedan utilizarse para la recuperación de la misma mina de donde proceden.
Esquema de la secuestración mineral del CO2.
Fuente: Lackner. 2002
Se estima que los costes para la eliminación de una tonelada de CO2 mediante el proceso químico de carbonatación mineral oscilarían entre 15 y 20 $, teniendo en cuenta la explotación minera y los procesos de trituración y molienda del mineral necesarios para la obtención del tamaño requerido en planta para dicho proceso químico. En una central eléctrica con un rendimiento del 70% esto supondría cerca de 1 cent U$/kWh de electricidad generada.
Las principales ventajas de este tipo de almacenamiento son:
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Con este proceso los silicatos naturales y antrópicos se convierten rápidamente en carbonatos por reacción con CO2 bajo condiciones ambientales controladas.
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La carbonatación es exotérmica por lo que no es necesaria una fuente de calor externa.
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Los componentes carbonatados formados son termodinámicamente estables, ambientalmente benignos y débilmente solubles en aguas meteóricas.
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Los recursos minerales que se requieren son abundantes en muchas zonas, siendo además fácil localizarlos en las cercanías de las grandes fuentes emisoras de CO2.
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Existe potencial de producir subproductos que supongan un valor añadido al proceso.
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Sin tener en cuenta el uso final de los productos sólidos generados, el CO2 permanecerá inmovilizado de forma prácticamente permanente.
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Se produce una reducción de volumen total de los reactantes iniciales (silicato + CO2), ya que los carbonatos son 1000 veces más densos que el CO2 gaseoso en condiciones standard (25°C, 1atm). Sin embargo, la fase sólida sufre un incremento de volumen (del 192 % en el caso de forsterita).
Los costes estimados son razonables.
ALMACENAMIENTO EN OCÉANOS
Los océanos poseen una enorme capacidad natural para absorber y almacenar CO2. Se calcula que el océano contiene unos 40000 GtC (GtC = un billón de toneladas de C) mientras que la atmósfera contiene aproximadamente 750 GtC y la biosfera terrestre alrededor de 2200 GtC. Esto significa que si fuéramos capaces de capturar todo el CO2 atmósferico y transladarlo a los océanos, la concentración de CO2 en el océano tan sólo aumentaría en un 2%. Sin embargo, es necesario poder asegurar la aceptabilidad ambiental y aun deben discutirse las posibles ventajas e impactos del proceso de secuestración en el océano.
Existen dos opciones para la de secuestración de CO2 en los océanos:
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Consiste en la inyección en los océanos profundos de una corriente altamente concentrada de CO2 procedente de grandes fuentes puntuales de emisión, tales como las centrales eléctricas. La inyección directa implica, por tanto, la captura, separación, transporte e inyección del dióxido de carbono en el mar profundo. El CO2 capturado se transporta para su inyección en el océano mediante el uso de tuberías fijas o remolcadas.
Inyección Directa del CO2 en el océano
Fuente: Ocean Carbon Sequestration. H. Herzog. MIT
Energy Laboratory. 2001
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Experimentos han demostrado que mediante la adicción de hierro se puede aumentar el contenido en fitoplancton y, por tanto, con el resultante aumento del proceso de la fotosíntesis (por el cual las plantas toman de la atmósfera el CO2 que necesitan para vivir) se aumenta el ratio de transferencia del CO2. De este modo, el dióxido de carbono se incorpora en el fitoplancton. Parte de éste se hundirá, quedando secuestrado el CO2 en aguas más profundas.
Fertilización
Fuente: Ocean Carbon Sequestration. H. Herzog. MIT Energy Laboratory. 2001
La industria ha desarrollado un gran interés por usar la tecnología de la fertilización con hierro debido a su bajo costo. Estudios recientes indican que mediante la fertilización de los océanos con hierro se podría conseguir la absorción de miles de millones de toneladas de carbono atmosférico cada año ya que se estima que, el fitoplancton absorbe entre 10 000 y 100 000 átomos de carbono por cada átomo de hierro añadido al agua, a una profundidad de 100 m
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