En su esfuerzo continuo por hacer que la captura de carbono sea más asequible, los investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía han desarrollado un método para convertir el dióxido de carbono CO capturado 2 en metano, el componente principal del gas natural.
optimizando un proceso de larga data en el que el CO 2 se convierte en metano, el nuevo método de los investigadores reduce los materiales necesarios para ejecutar la reacción, la energía necesaria para alimentarla y, en última instancia, el precio de venta del gas.
Un actor químico clave conocido como EEMPA hace posible el proceso. EEMPA es un solvente desarrollado por PNNL que captura CO 2 de los gases de combustión de las centrales eléctricas, que unen los gases de efecto invernadero para que puedan convertirse en productos químicos útiles.
A principios de este año, los investigadores de PNNL revelaron que el uso de EEMPA en plantas de energía podría reducir el precio de la captura de carbono a un 19 por ciento más bajo que los costos estándar de la industria, el precio más bajo documentado de captura de carbono. Ahora, en un estudio publicado el viernes 21 de agostoen la revista ChemSusChem, el equipo revela un nuevo incentivo, en gas natural más barato, para reducir aún más los costos.
En comparación con el método convencional de conversión de metano, el nuevo proceso requiere una inversión inicial que cuesta un 32 por ciento menos. Los costos de operación y mantenimiento son un 35 por ciento más baratos, lo que reduce el precio de venta del gas natural sintético en un 12 por ciento.
Papel del metano en la captura de carbono
Diferentes métodos para convertir CO 2 en metano se conoce desde hace mucho tiempo. Sin embargo, la mayoría de los procesos se basan en altas temperaturas y, a menudo, son demasiado costosos para un uso comercial generalizado.
Además de la producción geológica, el metano se puede producir a partir de CO renovable o reciclado 2 fuentes, y se puede utilizar como combustible en sí mismo o como H 2 portador de energía. Aunque es un gas de efecto invernadero y requiere una gestión cuidadosa de la cadena de suministro, el metano tiene muchas aplicaciones, que van desde el uso doméstico hasta los procesos industriales, dijo el autor principal y químico de PNNL, Jotheeswari Kothandaraman.
"En este momento, una gran fracción del gas natural que se usa en los EE. UU. Tiene que extraerse del suelo", dijo Kothandaraman, "y se espera que la demanda aumente con el tiempo, incluso bajo las vías de mitigación del cambio climático. El metano producido poreste proceso - hecho usando residuos de CO 2 e hidrógeno de origen renovable: podría ofrecer una alternativa para las empresas de servicios públicos y los consumidores que buscan gas natural con un componente renovable y una menor huella de carbono ".
Cálculo de costos y captura de carbono
Para explorar el uso de EEMPA en la conversión de CO 2 para el metano, Kothandaraman y sus colegas autores estudiaron los fundamentos moleculares de la reacción y luego evaluaron el costo de ejecutar el proceso a escala en una planta de energía de 550 megavatios.
Convencionalmente, los operadores de la planta pueden capturar CO 2 mediante el uso de solventes especiales que sofocan los gases de combustión antes de que sean emitidos por las chimeneas de las plantas. Pero estos solventes tradicionales tienen un contenido de agua relativamente alto, lo que dificulta la conversión de metano.
El uso de EEMPA en su lugar reduce la energía necesaria para impulsar tal reacción. Los ahorros se derivan en parte de la capacidad de EEMPA para producir CO 2 se disuelve más fácilmente, lo que significa que se necesita menos presión para ejecutar la conversión.
La evaluación de los autores identificó mayores ahorros de costos, en ese CO 2 capturado por EEMPA se puede convertir a metano en el sitio. Tradicionalmente, CO 2 se extrae de los solventes ricos en agua y se envía fuera del sitio para ser convertido o almacenado bajo tierra. Bajo el nuevo método, captura de CO 2 se puede mezclar con hidrógeno renovable y un catalizador en una cámara simple, luego se calienta a la mitad de la presión utilizada en los métodos convencionales para producir metano.
La reacción es eficiente, dijeron los autores, convirtiendo más del 90 por ciento del CO capturado 2 al metano, aunque la huella máxima de gases de efecto invernadero depende de para qué se utilice el metano. Y EEMPA captura más del 95 por ciento de CO 2 emitido en los gases de combustión. El nuevo proceso también emite un exceso de calor, lo que proporciona vapor para la generación de energía.
Sacando más provecho del CO 2
El proceso químico resaltado en el documento representa un camino entre muchos, dijo Kothandaraman, donde se capturó el CO 2 se puede utilizar como materia prima para producir otros productos químicos valiosos.
"Me alegraré cuando pueda hacer que este proceso funcione para el metanol tan eficientemente como lo hace para el metano ahora", dijo. "Ese es mi objetivo a largo plazo". El metanol tiene muchas más aplicaciones que el metano, dijo Kothandaraman,que ha tratado de descubrir las reacciones catalíticas que podrían producir metanol a partir de CO 2 durante aproximadamente una década. Creando plásticos a partir de CO capturado 2 es otra ruta que el equipo planea explorar.
"Es importante que no solo capturemos CO 2 , pero encuentre formas valiosas de usarlo ", dijo Ron Kent, Gerente de Desarrollo de Tecnologías Avanzadas en SoCalGas," y este estudio ofrece una vía rentable para hacer algo valioso a partir del CO residual 2 . "
Este estudio, "Captura y conversión integradas de CO 2 usando un CO de poscombustión pobre en agua 2 Capture Solvent, "fue apoyado por SoCalGas y el Fondo de Comercialización de Tecnología del Departamento de Energía y la Oficina de Ciencia.
Además de Kothandaraman, los autores incluyen a los científicos de PNNL Johnny Saavedra Lopez, Yuan Jiang, Eric D. Walter, Sarah D. Burton, Robert A. Dagle y David J. Heldebrant, quien tiene un cargo conjunto en la Universidad Estatal de Washington.
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