La actividad industrial es un importante emisor de CO₂. Crédito:Shutterstock
Reconocido por la comunidad científica como la principal causa del calentamiento global, CO 2 los niveles en la atmósfera continúan aumentando, como lo confirma el informe de noviembre de 2019 de la Organización Meteorológica Mundial.
La principal causa de este aumento es la actividad industrial y económica inducida por el hombre, emitiendo aproximadamente 35 mil millones de toneladas (35 Gt) de CO 2 por año en todo el mundo, a lo que hay que sumar los efectos de la deforestación y urbanización del suelo (6 Gt por año).
La vegetación y los océanos desempeñan su papel como sumideros naturales al absorber más de la mitad de estas cantidades, pero el excedente sigue acumulándose en la atmósfera año tras año y está provocando un incremento incesante de CO 2 niveles.
Almacenamiento geológico de CO₂
La solución obvia y obligatoria es bajar nuestro CO 2 emisiones. Esto significa una reducción drástica en nuestro uso de combustibles fósiles (petróleo, gas, carbón), en paralelo con el desarrollo de fuentes de energía alternativas y vectores (solar, viento, geotermia biomasa, hidroelectricidad, hidrógeno, etc.).
Sin embargo, este cambio no ocurrirá de la noche a la mañana y requiere medidas complementarias, uno de los cuales es capturar el CO atmosférico 2 y guárdelo bajo tierra, de donde vino originalmente el carbono. Esta tecnología se conoce como CO 2 captura y almacenamiento (CCS).
CCS consiste en capturar el CO 2 contenido en los gases de combustión de plantas industriales, luego inyectarlo profundamente bajo tierra (1, 000 metros o más) a través de un pozo dedicado. El CO gaseoso 2 se comprime antes de la inyección en un estado más denso (pero aún más ligero que el agua), permitiendo así su inyección en grandes cantidades. El lugar de almacenamiento se selecciona cuidadosamente para que el CO 2 permanece permanentemente atrapado y típicamente consiste en un reservorio de roca porosa con espacios entre los granos (poros) que contienen agua salada (no potable). Está cubierto por una capa de roca impermeable que evita cualquier ascenso hacia la superficie de la porción de CO 2 no atrapado en los poros de la roca ni disuelto en el agua salada.
La tecnología CCS está probada y lista para implementarse a gran escala. Hasta la fecha, 19 instalaciones CCS a gran escala están operativas en todo el mundo, Previniendo la emisión de aproximadamente 40 millones de toneladas (40 Mt) de CO 2 por año. Sin embargo, CCS está demostrando ser demasiado lento para despegar al nivel necesario para cumplir con los objetivos globales de reducción de emisiones, y esto a pesar de más de 40 años de experiencia operativa y del hecho alarmante de que los expertos en modelos climáticos cuentan con CCS para contribuir con un 14 por ciento al paquete general de soluciones climáticas (OECD / IEA ETP 2017, pag. 31). El costo de las operaciones y la infraestructura relativamente pesada para instalar explican en parte esta situación. así como la falta de respaldo político, pero tenemos que encontrar formas de liberar este punto muerto.
BRGM ha estado involucrado en varios proyectos de investigación sobre CAC durante los últimos 25 años. Sin embargo, desde 2013, BRGM y sus socios han estado trabajando en una nueva opción de CCS que es más sencilla de implementar, menos costoso y adecuado para la reducción de escala, por lo que se puede aplicar localmente para reducir el CO 2 emisiones de "pequeñas" instalaciones industriales.
Aportando una solución a los "pequeños" contaminadores industriales
Para cumplir con los objetivos del Acuerdo de París, necesitamos toda la gama de acciones de reducción de emisiones, y esto independientemente de la escala. En Francia, CO 2 las emisiones actuales representan un poco menos del 1 por ciento de las emisiones globales (es decir, 2 -emisiones "> 338 Mt de CO₂ por año), desglosado en 31 por ciento para la industria, transformación de energía y residuos (las fuentes que pueden ser abordadas por CCS), 31 por ciento para transporte, 19 por ciento para agricultura y 19 por ciento para vivienda.
Sin embargo, casi el 84 por ciento de los emisores industriales franceses son "pequeños, "es decir, emitiendo menos de 150, 000 toneladas (150 kt) de CO 2 por año, el promedio es de 38 kt de CO 2 por año. Sin embargo, cuando todo suma, Estos emisores pequeños o muy pequeños pesan colectivamente casi 32 Mt de CO 2 por año, que no es nada para encogerse de hombros.
Sin embargo, estos sitios están dispersos por todo el país, hacer que la solución CCS convencional sea inaccesible para ellos; es imposible agrupar varias unidades de captura pequeñas y costosas para transportar cantidades significativas de CO 2 a un sitio de almacenamiento único y necesariamente remoto. CCS, como se despliega en el mundo de hoy, almacena cantidades del orden de un millón de toneladas de CO 2 por año y por sitio, que es al menos 25 veces más que la media de emisiones de pequeñas instalaciones como las de Francia.
Representación 3D de un sitio con CO₂-Disuelto. Crédito:BRGM
Almacenamiento de CO₂ combinado con calefacción:un eslabón perdido
La solución de CO₂-disuelto, desarrollado por BRGM, propone un nuevo enfoque de CAC que se adapta perfectamente a estos pequeños emisores industriales. Una diferencia principal es que el CO 2 se almacena completamente disuelto en el agua salada de un acuífero profundo, a diferencia del enfoque convencional donde el CO 2 se comprime en un estado denso.
Para hacer esto, el agua se bombea desde el depósito profundo a través de un pozo de producción antes de volver a inyectarse bajo tierra a través de un segundo pozo de inyección, después de la disolución del CO 2 capturado en la planta industrial. Juntos, estos dos pozos constituyen lo que se llama un "doblete, "Idénticos a los dobletes utilizados en la explotación geotérmica profunda. Esta similitud de infraestructura permite extraer simultáneamente el calor contenido en el agua bombeada del embalse.
Esta sinergia subterránea:almacenar CO 2 y extracción de calor:mejora la economía del CO 2 -Operación disuelta en comparación con CCS convencional, siempre que la energía recuperada pueda explotarse localmente. Suministro de una red de calefacción a edificios, ya sea vivienda colectiva o individual, edificios de servicios o corporativos, es un buen ejemplo del uso del calor producido. De este modo, podríamos almacenar CO industrial 2 mientras calentamos nuestras casas, y todo gracias a una fuente de energía casi libre de carbono que reemplaza las formas de calefacción más convencionales y menos respetuosas con el medio ambiente (la calefacción representa casi el 20 por ciento del CO 2 emisiones en Francia).
Cómo funciona el CO₂-disuelto
El co 2 -El concepto disuelto surgió inicialmente por las ventajas que ofrece para la gestión de un sitio de almacenamiento. En efecto, con el enfoque CCS convencional, el aumento de la presión del yacimiento inducido por la inyección masiva de CO 2 requiere un monitoreo continuo del sitio para asegurarse de que no exceda ciertos límites. El co 2 -El enfoque disuelto evita cualquier aumento de presión al extraer y reinyectar la misma cantidad de agua desde / hacia el depósito.
Similar, con inyección en el reservorio del CO 2 en un estado disuelto en lugar de gaseoso, evitamos cualquier tendencia del CO 2 levantarse naturalmente, y por lo tanto cualquier riesgo potencial de fuga de CO 2 hacia la superficie y la contaminación de los acuíferos poco profundos utilizados para el suministro de agua potable. El agua que contiene el CO disuelto 2 de hecho, es un poco más densa que el agua del depósito y tiende a hundirse hasta el fondo del depósito. Esto, a su vez, reduce la necesidad de un control riguroso de las posibles rutas de escape preferenciales. a saber, los pozos y la capa de roca impermeable.
Una ventaja más, en comparación con CCS convencional, radica en la infraestructura simplificada y su idoneidad para la aplicación local, evitando así la necesidad de construir redes de oleoductos para transportar el CO 2 desde los sitios industriales emisores hasta el sitio de almacenamiento.
Ubicación de los sitios industriales con bajas emisiones de CO₂ superpuestos con las áreas geotérmicas más favorables (en azul) en Francia. Crédito:BRGM
Estudio de caso:verdadero potencial en Francia
Para que el CO 2 -Tecnología disuelta para ser aplicada a una planta, Deben cumplirse dos condiciones básicas.
Primeramente, el subsuelo debajo de la planta industrial debe tener las características hidrogeológicas y térmicas necesarias para permitir la explotación geotérmica; típicamente, caudales de bombeo / inyección del orden de 200 a 350 m 3 / hy temperatura del agua entre 40 y 90 ° C.
En segundo lugar, el límite de solubilidad del CO disuelto 2 concentración (del orden de 50 kg CO 2 /metro 3 de agua) no debe superarse, para asegurar que el CO 2 permanece almacenado en forma completamente disuelta (es decir, sin burbujas de gas). Estas limitaciones técnicas significan que la cantidad de CO 2 inyectado debe mantenerse por debajo de 10 a 17 toneladas por hora, con valores de caudal de agua como los mencionados anteriormente, que corresponde a una capacidad máxima de almacenamiento de aproximadamente 150 kt CO 2 por año. Esto explica por qué esta tecnología está adaptada a pequeños emisores, como se ha mencionado más arriba, y por lo tanto ofrece una perspectiva baja en carbono para un sector industrial que actualmente tiene pocas o ninguna otra alternativa.
Para comprender mejor el potencial de implementar el CO 2 -Tecnología disuelta en Francia, sitios industriales con bajo CO 2 Se mapearon las emisiones (menos de 150 kt por año) y se superpusieron con zonas de reservorios profundos que tienen potencial geotérmico (en azul, ver mapa). Entre estos sitios, ampliamente distribuida en Francia, 437 se encuentran en las zonas azules y, por lo tanto, son potencialmente compatibles con el CO 2 -Enfoque disuelto. Juntos, estos sitios emiten alrededor de 17 Mt de CO 2 anualmente, que es más del 12 por ciento de las emisiones industriales francesas. Las pequeñas acciones cuando se combinan pueden dar resultados significativos.
El almacenamiento de estas emisiones no solo mejoraría sustancialmente la huella de carbono de estas industrias, pero la ventaja adicional de utilizar la energía geotérmica como medio de calefacción y, por lo tanto, reemplazar las energías de combustibles fósiles reduciría aún más la factura ambiental.
El trabajo en curso tiene como objetivo la preparación de la primera CO 2 pruebas de inyección en un doblete geotérmico existente. Esto validará la esencia del CO 2 -Concepto disuelto, probando en particular el dispositivo de inyección y los métodos de control continuo del CO 2 disolución en el agua del pozo de inyección. El siguiente paso será implementar, en un sitio industrial, un primer demostrador de la tecnología completa.
Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original. 
