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Las consecuencias de este calentamiento se están manifestando en todo el planeta

ANA Industria, una tecnología para mitigar las causas de la crisis climática y facilitar el desarrollo sostenible

Jimmy Morales-Márquez, Dr. en Ecología y gerente de Medio Ambiente de Ecological World for Life

17/05/2021

Según el Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC), en las últimas décadas las emisiones de gases efecto invernadero antropogénicos (GEI) han incrementado el calentamiento global y, consecuentemente, acelerado el cambio climático. El dióxido de carbono (CO2), principal causante de este efecto invernadero, ha aumentado en la atmósfera casi exponencialmente en los últimos 100 años, lo que ha significado un incremento proporcional de la temperatura promedio de la superficie global.

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Las consecuencias de este calentamiento se están manifestando en todo el planeta. El Banco Mundial, estima que los fenómenos meteorológicos extremos están produciendo más de 520.000 millones de dólares en pérdidas y llevando a la pobreza a más de 26 millones de personas cada año, sin considerar los daños medioambientales y sociales cualitativos y acumulativos.

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Variación histórica (1920-2021) de la concentración de CO2 (ppm) y la temperatura (°C). 2 Degrees Institute.

En un informe de la Agencia Internacional de la Energía (IEA), se indica que la fuente más importante de CO2 antropogénico es la producción energética y, aunque hay una tendencia al aumento de energías alternativas, se prevé que la energía fósil seguirá dominando por un tiempo aún no definido.

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Registro histórico y estimado de demanda energética (toe: ton. equivalente de petróleo), según la IEA.

Debido a esta problemática, las naciones del mundo, a través de diferentes iniciativas multilaterales, como el Protocolo de Kyoto de 1992, y, más recientemente, la Convención Marco Sobre Cambio Climático, en la 21°Conferencia de las Partes de París (COP21), proponen mantener o incrementar los sumideros de carbono y reducir las emisiones de GEI. Esta reducción requiere el despliegue de tecnologías nuevas y eficientes, iniciativas legislativas y normativas, así como inversiones en investigación e innovación y un marco financiero para escalar estas tecnologías.

Producción de carbonatos y su impacto ambiental

Por otro lado, nuestra sociedad requiere grandes cantidades de productos químicos inorgánicos. Son esenciales para el suministro de alimentos y agua potable y son la columna vertebral de muchos procesos de fabricación industrial. Unos de estos son los carbonatos. Por ejemplo, el carbonato de sodio, uno de los cinco productos químicos más producidos en el mundo, es materia prima para las industrias del vidrio, los detergentes y otros productos químicos, con una producción creciente.

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Histórico (2010 hasta el 2019) de producción de carbonato de sodio en el mundo.

Sin embargo, la producción de estos carbonatos tiene un gran impacto medioambiental, y se magnifica si se hace a través de medios químicos (carbonatos sintéticos). Siguiendo con el ejemplo del carbonato de sodio, más del 60% de su producción mundial es sintética, con un alto consumo eléctrico, generación de una gran cantidad de residuos líquidos y sólidos que, por lo general, son descargados a ríos, lagos o mares y, además de CO2, emite contaminantes atmosféricos como monóxido de carbono, amoniaco y material particulado.

Propuesta tecnológica de Ecological World of Life para capturar el CO2 de las industrias y generar carbonatos ‘verdes’: ANA Industria

Ecological World for Life (EWL) está desarrollando una tecnología patentada, que no solamente captura CO2 eficientemente, sino que además lo transforma de manera inmediata en carbonatos «verdes» de valor agregado y genera una importante cantidad de energía térmica aprovechable. Por otro lado, elimina los NOx de la columna de gases de combustión de procesos industriales. Esta solución tecnológica, que integra la transformación del CO2, remoción de NOx y generación de energía, daría ‘Un Nuevo Aire’ al sector industrial, un concepto que se ha registrado en base a sus iniciales en inglés como ANA.

El funcionamiento de este sistema se hace a través de un reactor fisicoquímico de lecho dinámico, donde ocurren las reacciones de transformación del CO2 y NOx, la producción de carbonatos y generación de energía limpia. Este novedoso sistema podría implementarse en postcombustión en sistemas industriales existentes, con la capacidad de capturar 100% del CO2 de los gases y parte del atmosférico que pasa a través del lecho del reactor. Esto se ha demostrado en diferentes pruebas realizadas en industrias cementeras, caleras y energéticas, entre otras.

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Pruebas de capacidad de captura de CO2 y remoción de NOx con ANA en una cementera, España. Foto: EWL.

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Preparación para pruebas de captura de CO2 y remoción de NOx con ANA en una fábrica de cerámica expandida, Portugal. Foto: EWL.

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Variación de concentración de CO2 por efecto de la tecnología ANA en tres momentos diferentes (captura I, captura II y captura III) en gases de combustión de una chimenea de una fábrica de cerámica expandida. Línea azul: concentración de CO2 en la columna de gases de la chimenea. Línea roja: concentración de CO2 atmosférico.

ANA es una tecnología de captura y utilización de CO2 (CCU), ya que aprovecha las emisiones de CO2 para transformarlas en carbonatos de alta pureza de manera directa de la fuente de emisión de CO2 y en un solo paso. Va más allá de las propuestas tecnológicas convencionales de CCU, porque, además, libera energía limpia. Todo esto con unas huellas de carbono y energética favorables, contribuyendo al logro de los objetivos climáticos y a un modelo económico sostenible.

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Esquema comparativo entre las CCUS convencional y la planteada con ANA. Las convencionales precisan de varias etapas y de un consumo energético considerable; con ANA, se libera energía aprovechable y el proceso es mucho más simplificado, lo que implica un ahorro económico.

Estas ventajas tecnológicas fueron analizadas a través de un estudio tecno-económico y ambiental realizado por el Instituto Madrileño de Estudios Avanzados-Energía (IMDEA-Energía), concluyendo que, frente a tecnologías convencionales de captura de CO2 (aminas y 'chemical looping'), ANA posee grandes ventajas competitivas: la captura de CO2 no solo tiene costos más bajos, sino que puede ser rentable, tomando en cuenta la venta de los carbonatos producidos.

Por otro lado, el ciclo de vida de la huella de carbono de todo este proceso para la producción de carbonato de sodio y potasio es negativo, si se consideran convertidores químicos generados con energías renovables. Esta huella de carbono se hace más favorable si estos carbonatos producidos reemplazan a los carbonatos convencionales (producidos con métodos intensivos en energía y con huella medioambiental). Por otro lado, sin tomar en cuenta la energía que se libera en el proceso de transformación de CO2 con ANA, la huella energética resultó significativamente más baja que las de tecnologías convencionales. Todas estas ventajas podrían convertir a ANA en la única tecnología sostenible económica y ambientalmente factible, con la ventaja adicional de que remueve los NOx de los gases de combustión.

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Comparación de ‘Solid-based NaOH technology’ (ANA Industria) con otras tecnologías de captura de CO2 (aminas (MDEA) y ‘Carbonate looping’) en dos fuentes de este gas (chimenea y directamente del aire), respecto a su costo por tonelada capturada (izquierda) y a su ciclo de vida de la huella de carbono (derecha). El balance económico en ANA Industria es más favorable y no considera la ganancia que puede representar la generación de energía ni el ahorro por derechos de emisión (EU-ETS).

Además, es importante resaltar que ANA Industria puede integrarse con otras tecnologías 'verdes', por ejemplo, incorporar la producción de algunos convertidores químicos verdes, a través de ecotecnologías que aprovechan la salmuera de la desalinización de agua de mar; también podría integrar un proceso de regeneración de convertidores químicos a partir del excedente de carbonatos producidos, aprovechando el CO2 puro liberado para otros fines y compensando el consumo energético requerido con la generación de energía de la transformación del CO2 en carbonatos. Así mismo, ANA puede darle valor agregado al CO2 capturado previamente por otras tecnologías, transformándolo en carbonato y generando energía limpia en ese proceso; convertir H2 gris en azul (al capturar el CO2 que se produce en la generación de H2 a partir de hidrocarburos), y purificar el biogás, separando el CO2 del metano. Los carbonatos también pueden servir como medio de transporte de CO2 hacia destinos de uso o inyección geológica.

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Esquema sobre la versatilidad de ANA Industrial y su integración a otros procesos industriales

Con las ventajas descritas anteriormente, ANA Industria tiene un gran potencial de aplicación global dada la necesidad urgente de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera, y, además, esta tecnología presenta grandes ventajas competitivas, resumidas en:

  1. Los convertidores químicos son altamente selectivos al CO2 y NOx, y están en estado sólido.
  2. La captura/transformación se da en un solo paso (el CO2 se captura y mineraliza, simultáneamente), a través de una reacción exotérmica. No requiere energía. Por tanto, tiene huella de carbono y energía favorable.
  3. Tiene la capacidad demostrada de capturar el 100% del CO2 presente en la columna de gases de combustión (altas concentraciones) o del aire, transformándolo en carbonatos sólidos de alta pureza.
  4. ANA permite utilizar diferentes convertidores químicos en un mismo reactor, y con cada uno de estos, producir un carbonato específico, por ejemplo, Na2CO3, K2CO3, CaCO3, MgCO3, entre otros.
  5. Remueve los NOx eficientemente a temperatura ambiente sin necesidad de catalizadores, lo que disminuye la huella de CO2eq y mejora la calidad del aire.
  6. Además, ANA tiene la capacidad de eliminar los patógenos (virus, bacterias, hongos) presentes en el aire por acción de los CQ, sin ionización, ni luz UV, ni ozono, purificando el aire sin efectos secundarios.

De estas ventajas, es importante resaltar la alta selectividad/reactividad de los convertidores químicos al CO2 y NOx, lo que le permite a ANA operar en diferentes concentraciones de estos gases, desde las que se pueden encontrar en la atmósfera hasta el 100% de su concentración. Los resultados de las diferentes pruebas realizadas con gases de postcombustión de motores a diésel, gasolina, calderas de cementeras, caleras y otras industrias permiten corroborar la alta selectividad, pues la capacidad de captura de CO2 no fue afectada por presencia de otros gases contaminantes presentes en el humo expedido por esos sistemas de combustión.

Esta cualidad nos ha permitido explorar tres áreas de aplicación más.

  1. ANA Outdoor, dirigida a mejorar la calidad del aire exterior (remoción de NO2 y material particulado) y captar CO2 atmosférico. ANA Outdoor puede aplicarse en torres urbanas de purificación, y podría adecuarse a otros equipos o sistemas existentes de ventilación/extracción de aire de subterráneos (estacionamientos y/o túneles). Esta propuesta daría lugar a una solución económicamente rentable sin precedentes en el estado de la técnica en sistemas de captura de CO2 atmosférico y de mejora de la calidad del aire exterior.
  2. ANA Indoor, dirigida a mejorar la calidad del aire de espacios interiores, la cual cuenta con un filtro para capturar material particulado y un innovador reactor de lecho estático, donde ocurren las reacciones químicas que permiten la transformación del CO2 y NO2 en sustancias inocuas para la salud y el medioambiente. Además, este sistema puede eliminar los patógenos aerotransportados sin el uso de luz UV, ionización de partículas ni uso de ozono. ANA Indoor se puede integrar en sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado para espacios interiores de áreas residenciales, salones de clase u oficinas, así como grandes espacios en centros comerciales, salas de cines, teatros, terminales de pasajeros (aeropuertos, puertos marítimos, estaciones de trenes, otros), hoteles y espacios que requieren condiciones especiales, como hospitales y centros de salud, entre otros, proporcionando una buena calidad de aire mientras ahorra energía, ya que esta mejora permitiría reducir la frecuencia de regeneración de aire y con ello el consumo energético para aclimatar el aire exterior que se inyecta en ese proceso.
  3. ANA Transporte, dirigida al sector de transporte terrestre, pudiendo funcionar también en plantas de generación eléctrica a diésel o gas y calderas residenciales. Las pruebas realizadas con nuestro prototipo de lecho fijo indican que se puede capturar todo el CO2 que se emite, independientemente de la potencia del motor de combustión interna. Lo mismo con el NO2 sin necesidad de catalizador. ANA Transporte puede facilitar la transición de los vehículos de combustión interna al eléctrico, disminuyendo la contaminación del aire y las emisiones de CO2 a la atmósfera de este sector.

Así, ANA es una solución tecnológica que facilitaría la transición energética, mitigando las causas de la crisis climática y mejorando la calidad del aire, mientras favorece el modelo de desarrollo sostenible a través de la producción de carbonatos verdes, materia prima de varios productos de uso masivo y procesos industriales.

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