El ciclo regenerativo del calcio (RCC, por sus siglas en inglés) o ciclo de calcio regenerativo (CaL, por sus siglas en inglés) es una tecnología de captura de carbono de segunda generación . [1] Es la forma más desarrollada de ciclo de carbonato, donde un metal (M) reacciona de manera reversible entre su forma de carbonato (MCO3 ) y su forma de óxido (MO) para separar el dióxido de carbono de otros gases provenientes de la generación de energía o de una planta industrial. En el proceso de ciclo de calcio, las dos especies son el carbonato de calcio ( CaCO3 ) y el óxido de calcio (CaO). El dióxido de carbono capturado puede luego transportarse a un sitio de almacenamiento , usarse en la recuperación mejorada de petróleo o usarse como materia prima química . El óxido de calcio a menudo se conoce como el sorbente .
Se está desarrollando el ciclo de calcio, ya que es una alternativa más eficiente y menos tóxica que los procesos actuales de captura posterior a la combustión, como la depuración con aminas . [2] También tiene un potencial interesante para la integración con la industria del cemento . [3] [4]
Hay dos pasos principales en CaL: [5]
Tenga en cuenta que la carbonatación es calcinación al revés.
Si bien el proceso se puede realizar teóricamente un número infinito de veces, el sorbente de óxido de calcio se degrada a medida que pasa por el ciclo. [5] Por este motivo, es necesario eliminar ( purgar ) parte del sorbente del sistema y reemplazarlo con sorbente nuevo (a menudo en forma de carbonato). El tamaño de la corriente de purga en comparación con la cantidad de sorbente que pasa por el ciclo afecta considerablemente al proceso. [6]
En el proceso Ca-looping, un sorbente a base de CaO, típicamente derivado de piedra caliza, reacciona a través de la reacción reversible descrita en la ecuación ( 1 ) y se cicla repetidamente entre dos recipientes.
El paso endotérmico hacia adelante se llama calcinación , mientras que el paso exotérmico hacia atrás es carbonatación .
En la Figura 1 se muestra un proceso típico de Ca-looping para la captura de CO2 posterior a la combustión , seguido de una descripción más detallada.
El gas de combustión que contiene CO2 se alimenta al primer recipiente (el carbonatador), donde se produce la carbonatación . El CaCO3 formado pasa a otro recipiente (el calcinador). La calcinación se produce en esta etapa, y el CaO regenerado se devuelve rápidamente al carbonatador, dejando atrás una corriente de CO2 puro. A medida que este ciclo continúa, el sorbente de CaO se reemplaza constantemente por sorbente nuevo (reactivo). [ 7] El CO2 altamente concentrado del calcinador es adecuado para el secuestro , y el CaO gastado tiene usos potenciales en otros lugares, sobre todo en la industria del cemento. El calor necesario para la calcinación se puede proporcionar mediante la oxicombustión del carbón a continuación.
Combustión oxigenada del carbón: para la combustión se utiliza oxígeno puro en lugar de aire, lo que elimina la gran cantidad de nitrógeno presente en la corriente de gases de combustión. Una vez eliminadas las partículas, los gases de combustión se componen únicamente de vapor de agua y CO2 , además de cantidades más pequeñas de otros contaminantes. Tras la compresión de los gases de combustión para eliminar el vapor de agua y la eliminación adicional de contaminantes del aire, se produce una corriente de CO2 casi pura adecuada para el almacenamiento.
La temperatura de funcionamiento del carbonatador de 650-700 °C se elige como un compromiso entre una captura de equilibrio (máxima) más alta a temperaturas más bajas debido a la naturaleza exotérmica del paso de carbonatación y una menor velocidad de reacción. De manera similar, la temperatura de >850 °C en el calcinador logra un equilibrio entre una mayor velocidad de calcinación a temperaturas más altas y una menor velocidad de degradación del sorbente de CaO a temperaturas más bajas.
El CaL se diseña generalmente utilizando un sistema de lecho fluidizado doble para garantizar un contacto suficiente entre las corrientes de gas y el sorbente. [5] [8] [9] [10] [11] [12] [13] El calcinador y el carbonatador son lechos fluidizados con equipos de proceso asociados para separar los gases y sólidos adheridos (como ciclones ). La calcinación es un proceso endotérmico y, como tal, requiere la aplicación de calor al calcinador. La reacción opuesta, la carbonatación, es exotérmica y se debe eliminar el calor. Dado que la reacción exotérmica ocurre a aproximadamente 650 °C y la reacción endotérmica a 850-950 °C, el calor del carbonatador no se puede utilizar directamente para calentar el calcinador.
La fluidización del lecho sólido en el carbonatador se logra haciendo pasar el gas de combustión a través del lecho. En el calcinador, parte del CO2 recuperado se recicla a través del sistema. [5] También puede pasar algo de oxígeno a través del reactor si se quema combustible en el calcinador para proporcionar energía.
Se puede proporcionar calor para el paso de calcinación endotérmica de forma directa o indirecta.
El suministro directo de calor implica la combustión del combustible en el propio calcinador ( combustión en lecho fluidizado ). Generalmente se supone que esto se realiza en condiciones de oxicombustible ; es decir, se utiliza oxígeno en lugar de aire para quemar el combustible y así evitar la dilución del CO2 con nitrógeno. El suministro de oxígeno para la combustión consume mucha electricidad y está asociado con altos costos de inversión. [14] Se están desarrollando otros procesos de separación del aire . [15]
Las penalidades de la formación de bucles de calcio se pueden reducir si se proporciona calor para la calcinación de forma indirecta. Esto se puede hacer de una de las siguientes maneras:
Los métodos indirectos son generalmente menos eficientes, pero no requieren el suministro de oxígeno para la combustión dentro del calcinador para evitar la dilución. El gas de combustión de la combustión del combustible en el método indirecto podría mezclarse con el gas de combustión del proceso al que está conectada la planta CaL y pasar a través del carbonatador para capturar el CO2 .
Una forma eficiente de transferir calor al calcinador es por medio de tubos de calor. [17] El circuito de calcio calentado indirectamente (IHCaL) mediante tubos de calor tiene un alto potencial para descarbonizar la industria de la cal y el cemento. [14] [18] El despliegue de esta tecnología con combustibles derivados de residuos permitiría lograr emisiones netas negativas de CO 2 . [19]
Aunque el calor del carbonatador no está a una temperatura lo suficientemente alta como para ser utilizado en el calcinador, las altas temperaturas involucradas (>600 °C) significan que se puede operar un ciclo Rankine relativamente eficiente para generar electricidad. [20]
Téngase en cuenta que el calor residual del proceso de captura de CO2 mediante depuración de aminas líder en el mercado se emite a un máximo de 150 °C. [15] La baja temperatura de este calor significa que contiene mucha menos exergía y puede generar mucha menos electricidad a través de un ciclo Rankine o Rankine orgánico .
Esta generación de electricidad es uno de los principales beneficios del CaL frente a los procesos de captura posterior a la combustión a menor temperatura, ya que la electricidad es una fuente de ingresos adicional (o reduce los costos).
Se ha demostrado que la actividad del sorbente se reduce de forma bastante marcada en pruebas de laboratorio, a escala de laboratorio y en plantas piloto. Esta degradación se ha atribuido a tres mecanismos principales, como se muestra a continuación. [5]
El óxido de calcio es friable, es decir, bastante frágil. En lechos fluidizados, las partículas de óxido de calcio pueden romperse al colisionar con otras partículas en el lecho fluidizado o en el recipiente que lo contiene. [9] [10] El problema parece ser mayor en las pruebas en plantas piloto [21] que a escala de laboratorio.
La sulfatación es una reacción relativamente lenta (varias horas) en comparación con la carbonatación (<10 minutos); por lo tanto, es más probable que el SO2 entre en contacto con el CaCO3 que con el CaO. Sin embargo, ambas reacciones son posibles y se muestran a continuación.
Debido a que el sulfato de calcio tiene un volumen molar mayor que el CaO o el CaCO3, se formará una capa sulfatada en el exterior de la partícula, lo que puede impedir la absorción de CO2 por el CaO más adentro de la partícula. [5] Además, la temperatura a la que el sulfato de calcio se disocia en CaO y SO2 es relativamente alta, lo que impide la reversibilidad de la sulfatación en las condiciones presentes en CaL.
La tecnología de bucle de calcio ofrece varias ventajas técnicas sobre el lavado con aminas para la captura de carbono. En primer lugar, tanto el carbonatador como el calcinador pueden utilizar tecnología de lecho fluidizado , debido al buen contacto gas-sólido y a la temperatura uniforme del lecho. La tecnología de lecho fluidizado ya se ha demostrado a gran escala: existen grandes sistemas atmosféricos y presurizados (460 MWe) y no hay necesidad de una ampliación intensiva como la que se requiere para las torres de lavado con disolventes utilizadas en el lavado con aminas . [22]
Además, el proceso de bucle de calcio es energéticamente eficiente. El calor requerido para la calcinación endotérmica de CaCO3 y el calor requerido para elevar la temperatura de la piedra caliza fresca desde la temperatura ambiente, se pueden proporcionar mediante la combustión in situ de combustible con oxígeno en el calcinador. Aunque se requiere energía adicional para separar el O2 del N2 , la mayor parte de la entrada de energía se puede recuperar porque la reacción del carbonatador es exotérmica y el CO2 del calcinador se puede utilizar para alimentar un ciclo de vapor. También se puede utilizar un intercambiador de calor de purga sólida para recuperar energía del CaO desactivado y las cenizas de carbón del calcinador. [23] Como resultado, se impone una penalización de eficiencia relativamente pequeña en el proceso de energía, donde la penalización de eficiencia se refiere a las pérdidas de energía para la compresión de CO2 , la separación de aire y la generación de vapor. [24] Se estima en 6-8 puntos porcentuales, en comparación con el 9,5-12,5 % de la captura de amina posterior a la combustión. [25]
La principal deficiencia de la tecnología Ca-looping es la disminución de la reactividad del CaO a través de múltiples ciclos de calcinación-carbonatación. Esto puede atribuirse a la sinterización y al cierre permanente de los poros pequeños durante la carbonatación .
La etapa de carbonatación se caracteriza por una velocidad de reacción inicial rápida seguida abruptamente por una velocidad de reacción lenta (Figura 2). La capacidad de transporte del sorbente se define como el número de moles de CO2 que reaccionan en el período de velocidad de reacción rápida con respecto a la estequiometría de la reacción para la conversión completa de CaO en CaCO3 . Como se ve en la Figura 2, mientras que la masa después de la calcinación permanece constante, el cambio de masa tras la carbonatación -la capacidad de transporte- se reduce con un gran número de ciclos. En la calcinación, el CaO poroso (volumen molar =16,9 cm 3 /g ) se forma en lugar de CaCO 3 (36,9 cm 3 /g .). Por otra parte, en la carbonatación, el CaCO 3 formado en la superficie de una partícula de CaO ocupa un volumen molar mayor. Como resultado, una vez que se ha formado una capa de carbonato en la superficie (incluso en la gran superficie interna del CaO poroso), impide una mayor captura de CO 2 . Esta capa de producto crece sobre los poros y los sella, obligando a la carbonatación a seguir un mecanismo más lento, dependiente de la difusión .
El CaO también es propenso a la sinterización , o cambio en la forma de los poros, contracción y crecimiento de grano durante el calentamiento. [26] Los compuestos iónicos como el CaO se sinterizan principalmente debido a la difusión de volumen o la mecánica de difusión reticular . Como se describe en la teoría de la sinterización, [27] las vacantes generadas por defectos sensibles a la temperatura dirigen los sitios vacíos de los más pequeños a los más grandes, lo que explica el crecimiento observado de poros grandes y la contracción de poros pequeños en piedra caliza ciclada. [28] Se encontró que la sinterización de CaO aumenta a temperaturas más altas y duraciones de calcinación más largas, mientras que el tiempo de carbonatación tiene un efecto mínimo en la sinterización de partículas. Se observa un aumento brusco en la sinterización de partículas a temperaturas superiores a 1173 K, [29] provocando una reducción en el área de superficie reactiva y una disminución correspondiente en la reactividad.
Soluciones: Actualmente se están investigando varias opciones para reducir la desactivación de los sorbentes. Un sorbente ideal sería mecánicamente fuerte, mantendría su superficie reactiva a través de ciclos repetidos y sería razonablemente económico. El uso de partículas preactivadas térmicamente o la reactivación de los sorbentes gastados a través de la hidratación son dos opciones prometedoras. Se ha descubierto que las partículas preactivadas térmicamente retienen la actividad hasta por mil ciclos. De manera similar, las partículas reactivadas por hidratación muestran conversiones mejoradas a largo plazo (después de aproximadamente 20 ciclos). [30]
Después de varios ciclos y de ser retirado del circuito de calcio, el sorbente residual se habrá desgastado, sulfatado y mezclado con las cenizas de cualquier combustible utilizado. La cantidad de cenizas en el sorbente residual dependerá de la fracción del sorbente que se elimine y del contenido de cenizas y calorífico del combustible. La fracción de tamaño del sorbente depende de la fracción de tamaño original, pero también del número de ciclos utilizados y del tipo de piedra caliza utilizada. [31]
Las rutas de eliminación propuestas para el sorbente de desechos incluyen:
Se han calculado las emisiones de CO2 del ciclo de vida para la generación de energía con CaL y las tres primeras técnicas de eliminación. [32] Antes de la eliminación del carbón CaO, la energía con CaL tiene un nivel similar de emisiones de ciclo de vida que la depuración con aminas, pero con las propiedades de absorción de CO2 del CaO, el CaL se vuelve significativamente menos contaminante. Se encontró que la eliminación en el océano era la mejor, pero las leyes actuales relacionadas con el vertido de desechos en el mar lo impiden . El siguiente mejor fue el uso en la fabricación de cemento, lo que redujo las emisiones en un 93% con respecto a una planta de carbón sin control.
La fabricación de cal y cemento es responsable de aproximadamente el 8% de las emisiones de CO2 del mundo . [14] Alrededor del 65% de este CO2 proviene de la calcinación de carbonato de calcio, como se ha mostrado anteriormente en este artículo, y el resto de la combustión de combustibles. Al reemplazar parte o la totalidad del carbonato de calcio que ingresa a la planta con óxido de calcio residual, se puede evitar el CO2 causado por la calcinación, así como parte del CO2 de la combustión de combustibles fósiles.
Este óxido de calcio podría obtenerse de otras fuentes puntuales de CO2 , como las centrales eléctricas, pero la mayor parte de los esfuerzos se han centrado en integrar el reciclaje de calcio con la fabricación de cemento Portland. Al sustituir el calcinador de la planta de cemento por una planta de reciclaje de calcio, debería ser posible capturar el 90% o más del CO2 de forma relativamente económica. Existen configuraciones alternativas, como colocar la planta de reciclaje de calcio en la sección de precalentamiento para que la planta sea lo más eficiente posible o calentar indirectamente el calcinador para aumentar la eficiencia energética. [19]
Se han realizado algunos estudios para determinar si el ciclo de calcio afecta la calidad del cemento Portland producido, pero los resultados hasta el momento parecen sugerir que la producción de fases que aportan resistencia, como la alita, es similar para el cemento con ciclo de calcio y el cemento sin ciclo de calcio. [33]
Calix Ltd ha desarrollado un nuevo tipo de horno que permite que el CO2 del proceso de calcinación se elimine como una corriente pura. Calix logra esto calcinando CaCO3 finamente molido de manera continua a través de tubos de reactores verticales. Los tubos de reactores se calientan desde el exterior utilizando electricidad o combustible, lo que garantiza que la corriente de CO2 sea pura y no esté contaminada con aire o productos de combustión. [34]
Esta tecnología ha sido probada con éxito en Europa por un grupo industrial cooperativo con el apoyo de la Unión Europea como proyecto de reactor de cal y cemento de baja intensidad de emisiones (LEILAC1). El informe del estudio concluyó que la tecnología podría capturar CO2 de hornos de cal y cemento a gran escala a un precio de entre 14 y 24 €/t. [35] Los costos de transporte y almacenamiento no están incluidos en esta estimación y dependerán de la infraestructura disponible cerca de la planta de cemento o cal.
Se está llevando a cabo un estudio FEED para un horno de demostración comercial más grande propuesto para la planta de cemento de Heidelberg en Hannover (LEILAC2). Este horno de demostración comercial está diseñado para capturar 100 ktpa de CO2 . [ 36] Leilac-2 aprobó su Decisión de inversión financiera (FID) en marzo de 2022, y su Resumen del estudio de diseño de ingeniería inicial (FEED) se completó y publicó el 13 de octubre de 2023, lo que dio lugar a un diseño nuevo y mejorado y a un cronograma revisado. El próximo hito es la adquisición de artículos de entrega prolongada, actualmente en curso (2023). [37]
Este tipo de horno también se está estudiando como un método potencial para descarbonizar el transporte marítimo mediante procesos de ciclo continuo y de un solo uso. El proceso de un solo uso implicaría el uso de CaCO3 para sembrarlo sobre el océano, capturando así de forma permanente el carbono adicional del océano a medida que el CaCO3 reacciona para formar Ca(HCO3 ) 2 y revirtiendo la acidificación del océano. [38]
El uso de circuitos integrados de calcio tiene varias ventajas económicas.
En primer lugar, el Ca-looping ofrece una mayor ventaja de costo en comparación con las tecnologías convencionales de depuración con aminas. El costo/tonelada métrica de CO2 capturado a través del Ca-looping es de aproximadamente $23,70, mientras que el del CO2 capturado a través de la depuración con aminas es de aproximadamente $35–$96. [39] Esto se puede atribuir a la alta disponibilidad y el bajo costo del sorbente CaO (derivado de la piedra caliza) en comparación con MEA. Además, el Ca-looping impone una penalización energética menor que la depuración con aminas, lo que resulta en menores costos de energía. El proceso de depuración con aminas es intensivo en energía, y aproximadamente el 67% de los costos operativos se destinan a los requisitos de vapor para la regeneración del solvente. A continuación se muestra una comparación más detallada del Ca-looping y la depuración con aminas.
Además, el costo de las emisiones de CO2 evitadas a través del Ca-looping es menor que el costo de las emisiones evitadas a través de un proceso de combustión de oxicombustible (~US$23,8/t). Esto se puede explicar por el hecho de que, a pesar de los costos de capital incurridos en la construcción del carbonatador para el Ca-looping, el CO2 no solo se capturará de la combustión oxigenada, sino también del combustor principal (antes del carbonatador). El oxígeno requerido en los calcinadores es solo 1/3 del requerido para un proceso de oxicombustible, lo que reduce los costos de capital y los costos operativos de la unidad de separación de aire. [22] Análisis de sensibilidad: La Figura 3 muestra cómo la variación de 8 parámetros separados afecta el costo/tonelada métrica de CO2 capturado a través del Ca-looping. Es evidente que las variables dominantes que afectan el costo están relacionadas con el uso de sorbente, la relación Ca/C y la relación de desactivación de CaO. Esto se debe a que las grandes cantidades de sorbente requeridas dominan la economía del proceso de captura. Se han reportado bajos costos de CO2 evitados para el proceso de Ca-looping calentado indirectamente mediante conceptos integrados en la producción de cal. [14]
Por lo tanto, estas variables deben tenerse en cuenta para lograr mayores reducciones de costos en el proceso de Ca-looping. El costo de la piedra caliza depende en gran medida de las fuerzas del mercado y está fuera del control de la planta. Actualmente, los carbonatadores requieren una relación Ca/C de 4 para una captura eficaz de CO2 . Sin embargo, si se reduce la relación Ca/C o la desactivación de CaO (es decir, se puede hacer que el sorbente funcione de manera más eficiente), la reducción en el consumo de material y los desechos pueden reducir la demanda de materia prima y los costos operativos.
Finalmente, se puede lograr una economía favorable utilizando el material purgado del ciclo de reciclaje de calcio en la producción de cemento. La materia prima para la producción de cemento incluye ~ 85% en peso de piedra caliza y el material restante consiste en arcilla y aditivos (por ejemplo, SiO2 , Al2O3 , etc. ) . [41] El primer paso del proceso implica calcinar piedra caliza para producir CaO, que luego se mezcla con otros materiales en un horno para producir clínker.
El uso de material purgado de un sistema de bucle de Ca reduciría los costos de materia prima para la producción de cemento. El CaO de desecho y las cenizas se pueden utilizar en lugar de CaCO3 ( el principal componente de la alimentación del cemento). Las cenizas también podrían satisfacer los requisitos de aluminosilicato que de otro modo se suministrarían mediante aditivos. Dado que más del 60% de la energía utilizada en la producción de cemento se destina al aporte de calor para el precalcinador, esta integración con el bucle de Ca y la consiguiente reducción de la necesidad de un paso de calcinación podrían conducir a ahorros sustanciales de energía (UE, 2001). Sin embargo, existen problemas con el uso del CaO de desecho en la fabricación de cemento. Si la tecnología se aplica a gran escala, la tasa de purga de CaO debe optimizarse para minimizar el desperdicio. [42]
Para evaluar plenamente la viabilidad del uso de calcio en bucle como proceso de captura, es necesario considerar también los efectos políticos, ambientales y de salud del proceso.
Aunque muchos informes científicos recientes (por ejemplo, el plan de estabilización de siete cuñas de Pacala y Socolow) transmiten una necesidad urgente de implementar CCS, esta urgencia no se ha extendido al establishment político, [43] principalmente debido a los altos costos y la penalización energética de la CCS [44] La economía del bucle de calcio es parte integral de su viabilidad política. Una ventaja económica y política es la capacidad de Ca-looping para ser adaptado a las plantas de energía existentes, en lugar de requerir que se construyan nuevas plantas. La IEA ve a las plantas de energía como un objetivo importante para la captura de carbono, y ha establecido el objetivo de que todas las plantas de energía basadas en combustibles fósiles implementen sistemas CCS para 2040. [45] Sin embargo, las plantas de energía son caras de construir y de larga duración. La modernización de los sistemas de captura posterior a la combustión, como el Ca-looping, parece ser la única forma política y económicamente viable de lograr el objetivo de la IEA.
Otra ventaja política es la sinergia potencial entre el aprovechamiento del calcio y la producción de cemento. Un informe de la AIE concluye que para cumplir con los objetivos de reducción de emisiones, debería haber 450 proyectos de CCS en India y China para 2050. [45] Sin embargo, esto podría ser políticamente difícil, especialmente teniendo en cuenta los numerosos otros objetivos de desarrollo de estas naciones. Después de todo, para un político comprometer dinero para el CCS podría ser menos ventajoso que comprometerlo para planes de empleo o subsidios agrícolas . En este caso, la integración del aprovechamiento del calcio con la próspera y vital industria del cemento (en particular con la expansión de la infraestructura en el mundo en desarrollo) podría resultar convincente para el establishment político.
Esta sinergia potencial con la industria del cemento también ofrece beneficios ambientales al reducir simultáneamente la producción de desechos del proceso de reciclado y descarbonizar la producción de cemento. La fabricación de cemento requiere un uso intensivo de energía y recursos, y consume 1,5 toneladas de material por tonelada de cemento producida. [46] En el mundo en desarrollo, el crecimiento económico impulsará el crecimiento de la infraestructura, lo que aumentará la demanda de cemento. Por lo tanto, la utilización de un producto de desecho para la producción de cemento podría tener un gran impacto ambiental positivo.
El material de partida para el proceso de carbonización de calcio es la piedra caliza, que es benigna para el medio ambiente y está ampliamente disponible, y representa más del 10% (en volumen) de toda la roca sedimentaria. La piedra caliza ya se extrae y se puede obtener a bajo precio. El proceso de extracción no tiene efectos ambientales adversos importantes conocidos, más allá de la inevitable intrusión de cualquier operación minera. Sin embargo, como muestra el siguiente cálculo, a pesar de la integración con la industria del cemento, los desechos del proceso de carbonización de calcio aún pueden ser un problema.
Desde el punto de vista ambiental y de salud, el Ca-looping se compara favorablemente con el lavado con aminas. Se sabe que el lavado con aminas genera contaminantes del aire, incluidas aminas y amoníaco, que pueden reaccionar para formar nitrosaminas cancerígenas. [47] El Ca-looping, por otro lado, no produce contaminantes dañinos. Además, no solo captura CO 2 , sino que también elimina el contaminante SO 2 de los gases de combustión. [48] Esto es tanto una ventaja como una desventaja, ya que la calidad del aire mejora, pero el SO 2 capturado tiene un efecto perjudicial sobre el cemento que se genera a partir de los desechos del Ca-looping.
El bucle de calcio se considera una solución prometedora potencial para reducir la penalización de energía de captura de CO2 . [ 49] Hay muchas ventajas de los métodos de bucle de calcio. En primer lugar, se ha demostrado que el método produce bajas penalizaciones de eficiencia (5-8 puntos porcentuales) mientras que otros sistemas de captura de CO2 maduros producen mayores penalizaciones de eficiencia (8-12,5%). [50] Además, el método es adecuado para una amplia gama de gases de combustión. El bucle de calcio es aplicable para nuevas construcciones y modernizaciones de centrales eléctricas existentes u otras fuentes industriales estacionarias de CO2 porque el método se puede implementar utilizando lechos fluidizados circulantes a gran escala, mientras que otros métodos como el lavado con aminas requieren torres de lavado de solventes de gran escala. [51] Además, la piedra caliza triturada utilizada en el bucle de calcio como sorbente es un producto natural, que está bien distribuido en todo el mundo, no es peligroso y es económico. Muchos fabricantes de cemento o plantas de energía ubicadas cerca de fuentes de piedra caliza podrían emplear el bucle de calcio para la captura de CO2 . El absorbente de residuos se puede utilizar en la fabricación de cemento.
Aparte de estas ventajas, existen varias desventajas que deben tenerse en cuenta. La planta que integra Ca-Looping puede requerir una gran inversión en construcción debido a la alta potencia térmica del circuito de calcio posterior a la combustión. La capacidad de sorbente disminuye significativamente con el número de ciclos para cada ciclo de carbonatación - calcinación , por lo que la unidad de circuito de calcio requerirá un flujo constante de piedra caliza. Para aumentar la reactividad a largo plazo del sorbente o reactivarlo, se están investigando algunos métodos, como el pretratamiento térmico, el dopaje químico y la producción de sorbentes artificiales. [51] El método aplica el concepto de reactor de lecho fluidizado, pero existen algunos problemas que provocan incertidumbre en el proceso. La atrición de la piedra caliza puede ser un problema durante los ciclos repetidos. [25]
El ciclo de calcio se compara favorablemente con varias tecnologías de captura posterior a la combustión . El lavado con aminas es la tecnología de captura más cercana a estar lista para el mercado, y el ciclo de calcio tiene varias ventajas marcadas sobre ella. Cuando se modeló en una planta de energía a carbón de 580 MW, el ciclo de calcio experimentó no solo una menor penalización de eficiencia (6,7-7,9 puntos porcentuales en comparación con el 9,5% para la monoetanolamina y el 9% para el amoníaco enfriado), sino también un proceso de modernización menos complejo. Ambas tecnologías requerirían que la planta se modernizara para su adopción, pero el proceso de modernización del ciclo de calcio daría como resultado el doble de potencia neta de salida de la tecnología de depuración. [52] Además, esta ventaja se puede combinar con la introducción de tecnología como los sistemas criogénicos de separación de O2 . Esto aumenta la eficiencia de la tecnología de ciclo de calcio al aumentar la densidad de energía en un 57,4%, lo que hace que las penalizaciones de energía, ya de por sí bajas, sean un problema aún menor. [53]
El bucle de calcio ya tiene una ventaja energética sobre el lavado con aminas , pero el problema principal es que el lavado con aminas es la tecnología más lista para el mercado . Sin embargo, la infraestructura que acompaña al lavado con aminas incluye grandes torres de lavado con solventes, como nunca se han utilizado a escala industrial. [25] La infraestructura que acompaña a las tecnologías de captura de bucle de calcio son lechos fluidizados circulantes, que ya se han implementado a escala industrial. Aunque las tecnologías individuales difieren en términos de viabilidad tecnológica actual, el hecho de que la infraestructura necesaria para implementar adecuadamente un sistema de lavado con aminas aún no se haya desarrollado mantiene al bucle de calcio competitivo desde el punto de vista de la viabilidad.
Para un único ciclo de Ca-looping instalado en una planta de energía de 500 MW:
Por lo tanto, la cantidad de producción de cemento a partir de los desechos del proceso de reciclaje de calcio de todas las plantas de energía eléctrica basadas en combustibles fósiles en los EE. UU. será mucho mayor que el consumo neto. Para que el proceso de reciclaje de calcio sea más viable, se deben minimizar los desechos (es decir, reducir la degradación del sorbente) hasta aproximadamente una décima parte de los niveles actuales.