El dióxido de carbono (CO2) es uno de los gases de efecto invernadero, es decir, aquellos que contribuyen al calentamiento del planeta. Su emisión antropogénica tiene varias fuentes, de las cuales las emisiones de los medios de transporte impulsados por combustibles fósiles representa una parte importante. Por este motivo, estrategias como buscar autos eléctricos eficientes o combustibles alternativos están cada vez más en boga. Pero no son la única solución posible.
“Para reducir las emisiones de CO2 en el sector del transporte uno puede electrificar el vehículo, cambiar a biocombustible o capturar y almacenar el CO2 a bordo”, sostienen con ingenieril mirada los investigadores Shivom Sharma y François Maréchal, del departamento de Ingeniería de Procesos Industriales y Sistemas Energéticos de la Escuela Politécnica Federal de Lausanne, Suiza, en el artículo publicado en Frontiers in Energy Research. Conscientes de los desafíos de la transición energética hacia modelos más sustentables, los autores señalan que “reducir las emisiones de CO2 del sector del transporte es uno de los más difíciles” y explican que, si bien la electrificación de los vehículos es “una buena solución para reemplazar el combustible fósil por movilidad”, ese camino “se ve penalizado por la densidad del almacenamiento de electricidad en las baterías”. También reconocen que los combustibles fósiles, que no son renovables, pueden ser reemplazados por biocombustibles renovables, pero esta alternativa “requiere mucha tierra, lo que pueda competir con la producción de alimentos”. Por lo tanto, ponen sus fichas en la tercera alternativa: la captura de CO2, es decir, buscar una forma de que las emisiones de ese gas de los escapes no llegue a la atmósfera y, en consecuencia, no contribuya al calentamiento global. Pero además dan un paso más: proponen que ese dióxido de carbono, capturado en los propios camiones como líquido, sea luego usado en estaciones especiales para ser transformado en combustible “utilizando electricidad renovable”.
En el trabajo sostienen que esta captura de CO2 es más lógica en los camiones –los autos presentan algunas desventajas, como su gran número, poca capacidad de almacenamiento, etcétera–, al tiempo que aportan datos: de acuerdo con la Agencia Ambiental Europea, en 2015 “el sector del transporte por carretera contribuyó con unas 0,746 gigatoneladas de emisiones de CO2”, por lo que capturar el CO2 del transporte “podría ser una forma atractiva de reducir significativamente las emisiones” de ese gas de efecto invernadero.
¿Cómo capturar el CO2 de los camiones?
En el artículo los autores se inclinan por la técnica conocida como “adsorción por oscilación de temperatura”, TSA por su sigla en inglés. “Es una tecnología atractiva que requiere calor residual de bajo grado que puede estar disponible cerca de la fuente de emisión de CO2”, señalan, por lo que se dedicaron a estudiar la viabilidad de ese procedimiento junto con un proceso para recuperar calor llamado “ciclo Rankine orgánico”. De forma sencilla, podría decirse que los gases de los escapes son enfriados y se procede a separar el agua de los gases. Con el sistema de adsorción por oscilación se separa el carbono del oxígeno y del nitrógeno, usando un material adsorbente organometálico. Cuando ese material adsorbente se satura de CO2, es calentado para permitir que el dióxido de carbono sea extraído al tiempo que, mediante la aplicación de calor generado por turbocompresores, el CO2 gaseoso pasa a estado líquido. El peso del tanque para almacenar ese líquido implica sólo 7% de la capacidad de carga del camión que usaron para el trabajo. En la investigación calcularon que un camión que use un kilo de combustible convencional puede producir “3 kg de CO2 líquido y que esa conversión no implica ninguna penalidad energética”.
En la investigación obtuvieron una captura de 90% del CO2 emitido por el camión. Por otro lado, comunican que “el diseño del sistema propuesto tiene autosuficiencia energética, ya que convierte el calor residual disponible en los escapes en energía mecánica (mediante el ciclo Rankine) para accionar el compresor de la bomba de calor y los compresores del producto”. También anuncian que el CO2 capturado de esta forma puede generar “energía renovable al ser convertido “en combustibles verdes mediante la coelectrólisis”. Otra de las ventajas de esta línea de trabajo es que el sistema de captura y conversión a CO2 líquido puede montarse en los camiones y vehículos que ya circulan.
Como dice la frase hecha, el futuro es ahora. Lejos de interpretarse como un canto a favor de la tecnología, debiéramos entenderla mejor como que el futuro que tengamos dependerá de la ciencia y la investigación que llevamos adelante en el presente. A ese respecto, los autores advierten que su estudio “es un esfuerzo inicial para capturar CO2 de los vehículos, y puede llevar varios años llevar dicho sistema a la práctica”. Construyendo ese futuro desde el presente, los investigadores aportan información sobre en qué aspectos concentrar la atención: “En este estudio se asumió una composición y un caudal del gas de escape fijos para calcular los requisitos de calefacción/refrigeración de la TSA”, dicen, haciendo notar que “esta opción es adecuada para los transportes de trenes y barcos, pero para automóviles, camiones y autobuses se esperan variaciones de escapes”. Plantean además el problema de que “la operación en estado estable del ciclo de Rankine es muy crítica, por lo que se requerirá un fluido térmico intermedio para almacenar el calor de escape y mantener su operación”. Pero nada de esto los desanima: “Este análisis y diseño del sistema tiene varios supuestos e incertidumbres, que deberían mejorarse con datos experimentales. Por lo tanto, estamos planeando desarrollar un prototipo del sistema de captura de CO2”. Preguntarse si sus trabajos darán resultado es no entender que ya los dieron.
Artículo: “Carbon Dioxide Capture from Internal Combustion Engine Exhaust Using Temperature Swing Adsorption”.
Publicación: Frontiers in Energy Research (diciembre de 2019).
Autores: Shivom Sharma y François Maréchal.