Pistoletazo de salida a la captura de carbono

24 Oct 2023

Las industrias intensivas en carbono se enfrentan a una presión cada vez mayor para reducir drásticamente sus emisiones de CO2. Para ayudarles a empezar, GEA presenta una gama de captura de carbono centrada en la eficiencia y escalabilidad.

El hormigón ha demostrado ser el material de construcción casi perfecto durante los últimos miles de años y es casi omnipresente en nuestro entorno construido por el hombre: desde el Panteón de Roma hasta los rascacielos más altos del mundo. Utilizado más que cualquier otra sustancia en la Tierra, excepto el agua, la huella física del hormigón es enorme. Desgraciadamente, lo mismo puede decirse de su huella climática. El culpable es el cemento, el ingrediente clave del hormigón que se utiliza para aglutinar la arena y la grava. Debido al elevado calor necesario y a las reacciones químicas implicadas, la producción de cemento genera unos 4.000 millones de toneladas métricas de CO2 al año, aproximadamente el 8% de las emisiones mundiales de CO2. Si la producción de cemento fuera un país, ocuparía el tercer lugar en la lista de pesos pesados de las emisiones, solo por detrás de China y EE.UU. [1]

Captura de carbono

Desde 1980, la producción de cemento se ha multiplicado casi por cinco, y la tendencia es al alza. Fuentes: U.S. Geological Survey (USGS), VDZ Verein Deutscher Zementwerke e.V.

Consciente del impacto del cemento, la Asociación Mundial del Cemento y el Hormigón (GCCA) lanzó su programa Ambición Climática 2050 para conseguir un hormigón neutro en carbono en 2050. Para conseguirlo, la GCCA cuenta con una larga lista de medidas de actuación: eficiencia energética, combustibles alternativos, descarbonización de materias primas y combustibles, materiales innovadores y plantas de cemento diseñadas de forma más eficiente, por nombrar algunas. Pero la pieza más importante del rompecabezas de la neutralidad del carbono para la GCCA es la captura, uso y almacenamiento de carbono (CCUS): separar el CO2 de las chimeneas de emisión para reutilizarlo en procesos industriales o inyectarlo en las profundidades del subsuelo, donde ya no puede impactar en nuestra atmósfera.

La buena noticia para el cemento y otras industrias difíciles de transformar, es que la tecnología de captura de carbono no es nada nuevo. La separación de CO2 basada en aminas, el más maduro y extendido de los métodos actuales de captura de carbono, se utiliza desde hace décadas en la industria del petróleo y el gas. Pero reequipar una fábrica de cemento con una instalación de captura de carbono sigue siendo una propuesta costosa. No hay plantas de captura de carbono "listas para usar" disponibles (todavía) para los productores de cemento, en gran parte debido a las innumerables variables que intervienen: ¿Cuál es la composición exacta de los gases de escape de la planta? ¿Necesitará la planta un aporte energético adicional y, en caso afirmativo, en qué cantidad? ¿Cómo de estable es el disolvente amina en estas condiciones particulares? ¿Qué impacto tendrán los altos niveles de emisiones de polvo en la longevidad de la planta? ¿Qué opciones existen para reutilizar el CO2 capturado?

En la actualidad, los grandes emisores se enfrentan a una mayor presión por parte de los reguladores y otras partes interesadas para que tomen medidas en la eliminación del CO2. Pero como el mercado del carbono capturado aún está en pañales, se enfrentan a una importante inversión inicial con muchas piezas móviles.

Introducción a la captura de carbono

Con más de un siglo de experiencia en el diseño e instalación de sistemas de limpieza de gases y reducción de emisiones, GEA está desarrollando su propia gama de captura de carbono, que incluye la recuperación de calor residual, el pretratamiento de gases, la captura de carbono de última generación, así como soporte para el uso y almacenamiento de CO2. El Dr. Felix Ortloff, Director Senior de Captura de Carbono en GEA, ve una oportunidad para ayudar al cemento y a otras industrias difíciles de reducir a hacer la transición a la captura de carbono de forma rápida y económica. “GEA ha desarrollado una línea altamente estandarizada de soluciones de captura de carbono diseñadas para ayudar a los operadores de plantas a empezar ya con la eliminación de CO2”, afirma Ortloff. “Nuestra experiencia en limpieza de gases y recuperación de calor –combinada con nuestra capacidad básica de ingeniería– nos ha permitido crear una solución de eliminación de CO2 de principio a fin que es a la vez adecuada y rentable”.

Los clientes de GEA pueden elegir entre cuatro plantas de captura de carbono de diferentes tamaños, una elección determinada principalmente por la cantidad de calor residual que genera su propia planta. “Por ahora nos centramos en la eficiencia en relación con toda la planta, por lo que queremos aprovechar al máximo la recuperación de calor”, afirma Ortloff. “El beneficio para el cliente es que puede empezar a capturar su CO2 con poco o ningún aporte energético adicional. Para una gran fábrica de cemento con grandes emisiones de dióxido de carbono, el calor residual disponible es un buen punto de partida, ya que permite una reducción neutra en calor del 20% de las emisiones de CO2 por término medio. En otras industrias, como la del vidrio, es posible una reducción aún mayor. Una vez que la solución está instalada y funciona como se desea, siempre se puede instalar capacidad adicional para eliminar más CO2”.

“GEA ha desarrollado una línea altamente estandarizada de soluciones de captura de carbono diseñadas para ayudar a los operadores de plantas a empezar ya con la eliminación de CO2”.- Dr. Felix Ortloff, Director Senior de Soluciones de Captura de Carbono, GEA

- Dr. Felix Ortloff, Director Senior de Soluciones de Captura de Carbono, GEA

Planta piloto en PHOENIX Zementwerke

Ortloff y su equipo están probando actualmente la planta de captura de carbono de GEA como parte de un amplio proyecto piloto en el fabricante de cemento PHOENIX Zementwerke en Beckum, Alemania. “La práctica empresarial sostenible y la protección del clima forman parte integral de nuestra estrategia corporativa”, afirma Marcel Gustav Krogbeumker, Director General de PHOENIX Zementwerke. “Con una capacidad de producción de unas 500.000 toneladas métricas de cemento al año y unas emisiones diarias de 1.000 toneladas de CO2, tenemos la responsabilidad de minimizar nuestra huella. Estamos orgullosos de nuestro proyecto de CCS con GEA y estamos aprovechando la planta piloto de nuestras instalaciones de Beckum para iniciarnos en la captura de carbono. El proyecto ha despertado un gran interés tanto en el sector privado como en el público”, afirma Krogbeumker. “Consideramos que la captura de carbono es una tecnología muy apasionante. Y gracias a la experiencia de décadas de GEA en sistemas de control de emisiones, soy muy optimista de que podamos desarrollar una solución que reduzca significativamente nuestras emisiones”.

“Estamos orgullosos de nuestro proyecto de CCS con GEA y estamos aprovechando la planta piloto de nuestras instalaciones de Beckum para iniciarnos en la captura de carbono. El proyecto ha despertado un gran interés tanto en el sector privado como en el público”. - Marcel Gustav Krogbeumker, Director General de PHOENIX Zementwerke

- Marcel Gustav Krogbeumker, Director General de PHOENIX Zementwerke

La planta piloto está ayudando a GEA y PHOENIX Zementwerke a afinar su análisis de las emisiones de las plantas cementeras –en particular de los componentes de traza nocivos que deben eliminarse durante el pretratamiento de los gases de escape– y a recopilar datos importantes sobre la estabilidad del sistema de disolventes amínicos durante la fase de captura de carbono. Según Ortloff, la planta piloto ha alcanzado hasta ahora el objetivo de GEA de una eficacia del 90% en la eliminación de CO2. “Una tasa aún mayor de captura de carbono -aproximadamente del 95%- es técnicamente posible, pero ello requeriría un mayor aporte de energía y repercutiría negativamente en la rentabilidad global”, explica Ortloff. “El 90% es el objetivo deseable que también tiene más sentido desde el punto de vista financiero”.

Prueba de campo para la captura de carbono

Prueba de campo para la captura de carbono en la cementera Phoenix de Beckum, Westfalia, Alemania. En conversación: Marcel Gustav Krogbeumker, Director General de Phoenix-Zementwerke (izquierda), Dr. Felix Ortloff, Director Senior de Soluciones de Captura de Carbono en GEA (derecha). Imagen: GEA/Tim Luhmann

Como siguiente paso, Krogbeumker planea trabajar con GEA en un concepto integral de CCUS para la planta de PHOENIX Zementwerke en Beckum. “Evaluaremos todos los datos y luego discutiremos la posibilidad de ampliar la captura de carbono de la planta”, afirma. “La cuestión es: ¿Optamos por el almacenamiento de carbono, en viejos yacimientos petrolíferos y pozos bajo el Mar del Norte, por ejemplo? ¿O queremos procesar el CO2 para reutilizarlo? Y si optamos por lo segundo: ¿cómo ampliar la planta piloto para que pueda limpiar el CO2 lo suficiente como para cumplir los elevados estándares que exigen las industrias química y alimentaria? ¿Dónde y en qué industrias podemos encontrar clientes para el CO2? ¿Qué tipo de infraestructura necesitamos para el transporte? ¿Estamos hablando de oleoductos, de reactivar la instalación ferroviaria o necesitamos transporte por camión? Son tiempos interesantes y emocionantes para nosotros, y confío en que podamos lograr mucho junto con GEA”.

Qué hacer con el CO2

El uso y el almacenamiento del CO2 es el último paso crítico del proceso de captura de carbono. La experiencia actual de GEA en el uso del CO2 se centra en dos áreas. En el sector cervecero, GEA recupera el CO2 del proceso de fermentación, lo licua y a continuación extrae el oxígeno para que el CO2 pueda reutilizarse en la producción de bebidas. GEA también produce carbonatos a partir del CO2 capturado, como el bicarbonato sódico, para su uso en la industria alimentaria y farmacéutica. “Cada cliente va a disponer de diferentes opciones para utilizar su CO2 capturado”, explica Ortloff. “Estudiaríamos caso por caso si hay un consumidor potencial de CO2 en sus proximidades, y qué requisitos tiene esa empresa para el CO2 en términos de pureza, estado físico, presión y temperatura. Así podremos preparar el CO2 para satisfacer estas necesidades”.

Ortloff ve la producción de metanol como otra opción para el uso del CO2 a medio plazo: para utilizarlo directamente como combustible, para mejorarlo en otros componentes de combustible o en la industria química como bloque de construcción seminal. Otros usos del CO2 capturado incluyen la producción de plásticos o incluso del propio hormigón. Una de estas soluciones consiste en inyectar CO2 en el hormigón, donde sufre una mineralización y se incrusta como sólido en el material de construcción. Pero como deja claro Ortloff: incluso si el mercado de uso del carbono madura, es probable que la cantidad de CO2 capturado supere con creces las cantidades que pueden suministrarse a la CCU. Esto significa que las soluciones para almacenar la captura de carbono (CCS) serán esenciales para hacer realidad la promesa de la captura de CO2 a corto y medio plazo para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y satisfacer las necesidades de un planeta que se calienta.

El almacenamiento de carbono es otro ejemplo de una tecnología bien establecida en la industria del petróleo y el gas que necesita ser ampliada. Efectivamente, los gobiernos y la industria están aumentando la capacidad de CCS a un ritmo impresionante. Según el Global CSS Institute, a finales de 2022 había 30 instalaciones de CCS en funcionamiento en todo el mundo, con otras 11 en construcción y 153 en desarrollo, lo que elevaría la capacidad total de CCS a 244 millones de toneladas métricas anuales, un 44% más que el año anterior. Los importantes créditos fiscales a la inversión en Canadá y la financiación federal en Estados Unidos (Ley de reducción de la inflación de 2022) hacen que Norteamérica lidere el desarrollo y la implantación del CCS. Europa le sigue de cerca. [2] El Fondo de Innovación de la UE tiene previsto invertir unos 38.000 millones de euros en tecnologías limpias en toda Europa para 2030 y ya está apoyando proyectos de CCS a gran escala en múltiples industrias, con especial énfasis en el cemento. Aunque China, el mayor productor de cemento del mundo, ha tardado más en tomar medidas hasta ahora, ahora está incrementando sus esfuerzos para desarrollar la tecnología CCUS. En julio de 2023, China anunció el lanzamiento de su mayor proyecto CCUS hasta la fecha para la industria del cemento. [3]

“Cada cliente va a disponer de diferentes opciones para utilizar su CO2 capturado. Estudiaríamos caso por caso si hay un consumidor potencial de CO2 en sus proximidades, y qué requisitos tiene esa empresa para el CO2 en términos de pureza, estado físico, presión y temperatura”.- Dr. Felix Ortloff, Director Senior de Soluciones de Captura de Carbono, GEA

- Dr. Felix Ortloff, Director Senior de Soluciones de Captura de Carbono, GEA

Una nueva economía del carbono

Al igual que las tecnologías de movilidad alternativas requerirán nuevas infraestructuras de electricidad e hidrógeno, el uso y almacenamiento de la captura de carbono requerirán una nueva infraestructura de CO2 para transportar el CO2 capturado desde las fuentes de emisiones industriales hasta dondequiera que se utilice o almacene. Un ejemplo de ello es un proyecto conjunto de OGE, uno de los principales operadores de transporte de gas en Europa, y Tree Energy Solutions, una empresa de hidrógeno con sede en Bélgica, para construir un gasoducto de 1.000 km para transportar unos 18 millones de toneladas métricas de CO2 al año. En este caso, el CO2 servirá como portador de hidrógeno renovable procedente de instalaciones solares, eólicas e hidroeléctricas de toda Europa hasta el “hub de energía verde” del proyecto en Wilhelmshaven (Alemania).[4] “A la hora de transmitir y secuestrar el CO2, el oleoducto o la instalación de almacenamiento también tendrá sus especificaciones para el CO2”, afirma Ortloff. “El hecho de que podamos ofrecer la tecnología de captura, purificación y licuefacción de carbono ‘bajo un mismo techo’ facilita a nuestros clientes el cumplimiento de estos requisitos”.

Del problema al potencial

La descarbonización de la industria cementera requiere nuevos usos para el CO2 y el desarrollo de una infraestructura para el dióxido de carbono.

La tecnología de captura de carbono que se está desarrollando hoy en día en la lucha contra el calentamiento global se basará en gran medida en la tecnología y la infraestructura establecidas en la industria del petróleo y el gas. La tecnología CCUS ha madurado a lo largo de los años en busca de combustibles fósiles muy rentables, como medio para alcanzar un fin. Hoy en día, capturar y encerrar el CO2 inerte es en muchos casos el fin en sí mismo – Y los indicios apuntan a un futuro en que el CO2 capturado tendrá sentido tanto desde el punto de vista medioambiental como económico. “Es emocionante imaginar un mercado sólido para el carbono capturado, con plantas de cemento de todo el mundo que logren un 90% de eliminación de CO2”, afirma Ortloff. “Por ahora, la presión de los reguladores y otras partes interesadas está obligando a las empresas a invertir en estos primeros pasos hacia una nueva economía del carbono, y GEA está en una posición fuerte para ayudarles a acelerar esta transición”.

Captura de carbono para la industria cementera

Captura de carbono para la industria cementera

La producción de cemento es responsable de alrededor del 8% de las emisiones mundiales anuales de CO2. Y en el futuro, se espera que la demanda de cemento aumente. GEA puede contribuir significativamente a descarbonizar la industria cementera, con una tecnología que captura el 90% de estas emisiones de carbono.

If cement production were a country, it would place third on the list of emission heavyweights, behind only China and the U.S.

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