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Un depurador de dióxido de carbono es un equipo que absorbe dióxido de carbono (CO2 ) . Se utiliza para tratar los gases de escape de las plantas industriales o del aire exhalado en sistemas de soporte vital, como los rebreathers o en naves espaciales , sumergibles o cámaras herméticas . Los depuradores de dióxido de carbono también se utilizan en procesos de almacenamiento en atmósfera controlada (AC) y de captura y almacenamiento de carbono .
La principal aplicación de la depuración de CO2 es la eliminación del CO2 de los gases de escape de las centrales eléctricas de carbón y gas . Prácticamente la única tecnología que se está evaluando seriamente implica el uso de diversas aminas , por ejemplo, la monoetanolamina . Las soluciones frías de estos compuestos orgánicos unen el CO2 , pero la unión se invierte a temperaturas más altas:
A partir de 2009 [actualizar], esta tecnología sólo se ha implementado ligeramente debido a los costos de capital que implica instalar la instalación y los costos operativos de utilizarla. [1]
Varios minerales y materiales similares a minerales se unen reversiblemente al CO 2 . [2] La mayoría de las veces, estos minerales son óxidos o hidróxidos, y a menudo el CO 2 está unido como carbonato. El dióxido de carbono reacciona con cal viva (óxido de calcio) para formar piedra caliza ( carbonato de calcio ), [3] en un proceso llamado bucle de carbonato . Otros minerales incluyen serpentinita , un hidróxido de silicato de magnesio y olivino . [4] [5] Los tamices moleculares también funcionan en esta capacidad.
Se han propuesto varios procesos de depuración (cíclicos) para eliminar el CO2 del aire o de los gases de combustión y liberarlos en un entorno controlado, revirtiendo el agente depurador. Estos suelen implicar el uso de una variante del proceso Kraft que puede basarse en hidróxido de sodio . [6] [7] El CO2 se absorbe en dicha solución, se transfiere a cal (a través de un proceso llamado caustificación) y se libera nuevamente mediante el uso de un horno . Con algunas modificaciones a los procesos existentes (principalmente cambiando a un horno alimentado con oxígeno [ cita requerida ] ) el escape resultante se convierte en una corriente concentrada de CO2 , lista para almacenamiento o uso en combustibles. Una alternativa a este proceso termoquímico es uno eléctrico que libera el CO2 a través de la electrolisis de la solución de carbonato. [8] Si bien es más simple, este proceso eléctrico consume más energía como electrólisis, también divide el agua . Las primeras encarnaciones de la captura de CO2 motivada por el medio ambiente usaban electricidad como fuente de energía y, por lo tanto, dependían de la energía verde. Algunos sistemas de captura térmica de CO2 utilizan calor generado en el sitio, lo que reduce las ineficiencias resultantes de la producción de electricidad fuera del sitio, pero aún así necesitan una fuente de calor (verde) , que la energía nuclear o la energía solar concentrada podrían proporcionar. [9]
Zeman y Lackner describieron un método específico de captura de aire. [10]
En primer lugar, el CO2 es absorbido por una solución alcalina de NaOH para producir carbonato de sodio disuelto . La reacción de absorción es una reacción gas-líquido, fuertemente exotérmica, aquí:
La caustificación se realiza de forma generalizada en la industria de la pulpa y el papel y transfiere fácilmente el 94% de los iones de carbonato del catión sodio al catión calcio. [10] Posteriormente, el precipitado de carbonato de calcio se filtra de la solución y se descompone térmicamente para producir CO 2 gaseoso . La reacción de calcinación es la única reacción endotérmica del proceso y se muestra aquí:
La descomposición térmica de la calcita se lleva a cabo en un horno de cal alimentado con oxígeno para evitar un paso adicional de separación de gases. La hidratación de la cal (CaO) completa el ciclo. La hidratación de la cal es una reacción exotérmica que se puede realizar con agua o vapor. Con agua, es una reacción líquido/sólido como se muestra aquí:
Otras bases fuertes como la cal sódica , el hidróxido de sodio , el hidróxido de potasio y el hidróxido de litio pueden eliminar el dióxido de carbono al reaccionar químicamente con él. En particular, el hidróxido de litio se utilizó a bordo de naves espaciales , como en el programa Apolo , para eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera. Reacciona con el dióxido de carbono para formar carbonato de litio . [11] Recientemente, la tecnología de absorción de hidróxido de litio se ha adaptado para su uso en máquinas de anestesia . Las máquinas de anestesia que brindan soporte vital y agentes inhalados durante la cirugía generalmente emplean un circuito cerrado que requiere la eliminación del dióxido de carbono exhalado por el paciente. El hidróxido de litio puede ofrecer algunos beneficios de seguridad y conveniencia sobre los productos más antiguos a base de calcio.
La reacción neta es:
También se puede utilizar peróxido de litio, ya que absorbe más CO2 por unidad de peso con la ventaja añadida de liberar oxígeno. [12]
En los últimos años, el ortosilicato de litio ha atraído mucha atención hacia la captura de CO2 , así como el almacenamiento de energía. [8] Este material ofrece considerables ventajas de rendimiento aunque requiere altas temperaturas para que se produzca la formación de carbonato.
El sistema regenerativo de eliminación de dióxido de carbono (RCRS) del transbordador espacial utilizaba un sistema de dos lechos que proporcionaba una eliminación continua de dióxido de carbono sin productos descartables. Los sistemas regenerativos permitían que una misión del transbordador permaneciera más tiempo en el espacio sin tener que reponer sus recipientes absorbentes . Los sistemas más antiguos basados en hidróxido de litio (LiOH), que no son regenerables, fueron reemplazados por sistemas regenerables basados en óxido metálico . Un sistema basado en óxido metálico consistía principalmente en un recipiente absorbente de óxido metálico y un conjunto regenerador. Funcionaba eliminando dióxido de carbono utilizando un material absorbente y luego regenerando el material absorbente. El recipiente absorbente de óxido metálico se regeneraba bombeando aire a aproximadamente 200 °C (392 °F) a través de él a un caudal estándar de 3,5 L/s (7,4 pies cúbicos/min) durante 10 horas. [13]
El carbón activado se puede utilizar como depurador de dióxido de carbono. El aire con un alto contenido de dióxido de carbono, como el aire de los lugares de almacenamiento de frutas, se puede hacer pasar a través de lechos de carbón activado y el dióxido de carbono se adherirá a él [adsorción]. Una vez que el lecho está saturado , se debe "regenerar" haciendo pasar a través del lecho aire con bajo contenido de dióxido de carbono, como el aire ambiente. Esto liberará el dióxido de carbono del lecho y se podrá utilizar para depurar de nuevo, dejando la cantidad neta de dióxido de carbono en el aire igual que cuando se inició el proceso. [ cita requerida ]
Los marcos organometálicos se han estudiado en profundidad para la captura y el secuestro de dióxido de carbono mediante adsorción . [14] No existe ninguna tecnología comercial a gran escala. [15] En un conjunto de pruebas, los MOF pudieron separar el 90 % del CO2 de la corriente de gases de combustión mediante un proceso de oscilación de presión al vacío. Se estima que el costo de la energía aumenta en un 65 % si se utilizan MOF, frente a un aumento del 81 % si se utilizan aminas como agente de captura. [16]
Un cartucho de aire extendido (EAC) es una marca o tipo de recipiente absorbente de un solo uso precargado que se puede colocar en una cavidad receptora en un rebreather adecuadamente diseñado. [17]
Se han discutido muchos otros métodos y materiales para depurar el dióxido de carbono.
{{cite journal}}: CS1 maint: URL no apta ( enlace )nuevo sistema basado en óxido de metal reemplaza al sistema existente de eliminación de dióxido de carbono (CO2) mediante hidróxido de litio (LiOH) no regenerable ubicado en el Sistema de soporte vital primario de la unidad de energía electromagnética.