ES2364421A1 - Captura y secuestro de co2 mediante la carbonatacion de residuos ceramicos. - Google Patents
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Abstract
La invención que se plantea tiene como objetivo la captura y secuestro de CO2 en materiales cerámicos procedentes de residuos de la construcción. Estos materiales reaccionan directamente con el CO2 en presencia de agua produciendo carbonatos, de forma que el CO2 se estabiliza de forma permanente.La presente invención tiene una doble aplicación medioambiental: por un lado, se produce una reducción del CO2 atmosférico ya que se inyectaría en residuos cerámicos de la construcción y por el otro, se reduciría el impacto paisajístico negativo provocado por los residuos cerámicos de la construcción.
Description
Captura y secuestro de CO_{2} mediante la
carbonatación de residuos cerámicos.
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La invención que se plantea tiene como objetivo
la captura y secuestro de CO_{2} en materiales cerámicos
procedentes de residuos de la construcción. Estos materiales
reaccionan directamente con el CO_{2} en presencia de agua
produciendo carbonatos, de forma que el CO_{2} se estabiliza de
forma permanente.
La presente invención tiene una doble aplicación
medioambiental: por un lado, se produce una reducción del CO_{2}
atmosférico ya que se inyectaría en residuos cerámicos de la
construcción y por el otro, se reduciría el impacto paisajístico
negativo provocado por los residuos cerámicos de la
construcción.
El uso de combustibles fósiles generalizado
desde el comienzo de la Revolución Industrial (referida al
Hemisferio Norte sobre todo), causa la liberación a la atmósfera
cada año de aproximadamente 7000 millones de toneladas de carbón, en
forma de dióxido de carbono. También se ha generado este gas como un
efecto secundario de la deforestación y la destrucción concomitante
de los suelos, lo que libera el carbono retenido en ellos
temporalmente en forma de materia orgánica. Por otro lado,
actividades naturales del Planeta, como la emisión de grandes
cantidades de gases por el volcanismo, contribuyen
significativamente a este aumento de gases en la atmósfera. Se
calcula que si se duplicase la proporción del CO_{2} en la
atmósfera supondría un incremento de 2,5ºC de la temperatura media
de la Tierra.
Las Naciones Unidas a través del Grupo
Intergubernamental de Expertos sobre Cambio Climático, IPCC,
considera en el Informe del Grupo de Trabajo 1, en el "Fourth
Assessment Report Climate Change 2007", que el cambio climático
es una realidad con consecuencias devastadoras para la Humanidad, y
se argumenta como causa principal antropogénica la influencia que
tienen los gases de "efecto invernadero" (CO_{2}, CH_{4},
NO_{x}, vapor de agua) en la atmósfera. El efecto invernadero del
CO_{2} es tan importante, que se calcula que si se duplicase la
proporción de CO_{2} en la atmósfera supondría un incremento de
2,5ºC de la temperatura media de la Tierra.
Dado que la generación de estos gases va ligada
al desarrollo de los países, la producción y acumulación es
creciente y su disminución poco probable a nivel global. La Agencia
Internacional de la Energía (IPA) predice un incremento de la
demanda de la energía primaria hasta el 2030. En energía eléctrica
se espera que se duplique la demanda, requiriéndose la instalación
de 5000 GWe de nueva potencia. El CO_{2} es el gas industrial
mayormente emitido en los países desarrollados, por el empleo de los
combustibles fósiles, que son los principales generadores de
energía. Como se indica en el Tercer Informe de Evaluación (TIE) del
Grupo Intergubernamental de Expertos sobre Cambio Climático (IPCC)
(Metz et al. 2005) "la mayoría de los resultados de los modelos
indican que las opciones tecnológicas conocidas podrían permitir
alcanzar muy diversos niveles de estabilización del CO_{2}
atmosférico", pero que "ninguna opción tecnológica podrá lograr
por sí sola las reducciones de emisiones necesarias". Más bien,
se necesitará una combinación de medidas de mitigación para lograr
la estabilización.
La captación y el almacenamiento de CO_{2}
(CAC o CCS "carbón capture sequestration") se considera una de
las opciones para reducir las emisiones de CO_{2} generado por
actividades humanas. Otras opciones tecnológicas son las siguientes:
1) la reducción de la demanda de energía mediante el aumento de la
eficiencia de los dispositivos de conversión y/o utilización de la
energía; 2) la descarbonatación del suministro de energía (optando
por combustibles con menos carbono, por ejemplo, reemplazando el
carbón por el gas natural), y/o aumentando el uso de fuentes de
energía renovables y/o de energía nuclear (las cuales, en
definitiva, emiten cantidades escasas, de haberlas, de CO_{2}); 3)
el secuestro de CO_{2} mediante el perfeccionamiento de los
sumideros naturales por medio de la fijación biológica; y 4) la
reducción de los gases de efecto invernadero distintos del
CO_{2}.
La CAC, o CCS (Carbón Capture and Storage) es
probablemente el mayor desafío geotecnológico del Siglo XXI. La CAC
entraña primero el uso de tecnologías para recoger y concentrar el
CO_{2} producido en las fuentes industriales, transportarlo
posteriormente a un lugar de almacenamiento apropiado y, entonces,
almacenarlo aislándolo de la atmósfera durante un largo período de
tiempo.
Los posibles métodos de almacenamiento que se
plantean son los siguientes:
- a)
- Inyección del CO_{2} en las capas profundas de los océanos. Tiene el inconveniente de que la tecnología está inmadura y hay estudios que indican que puede afectar a los ecosistemas marinos.
- b)
- Carbonatación mineral (en serpentinas). Tiene el inconveniente de que es un proceso de altos costes energéticos, además de ser demasiado local a escala regional.
- c)
- Almacenamiento geológico. Tiene el inconveniente de que existe falta de conocimiento del potencial de almacenamiento de los distintos tipos de roca. Por otra parte presenta las ventajas de que el tiempo de retención calculado es de cientos a millones de años y la tecnología es aplicable directamente por la experiencia en exploración y producción de petróleo, gas, carbón, inyección de residuos y protección de aguas subterráneas.
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Los tipos de formaciones y estructuras
geológicas más propicios para el almacenamiento profundo de
CO_{2} han sido ampliamente documentados en la literatura
científica y técnica generada en los últimos años: 1) capas de
carbón ricas en metano, 2) yacimientos agotados o en proceso de
agotamiento de hidrocarburos (petróleo y gas), 3) acuíferos salinos
profundos, y 4) cavidades en formaciones salinas. Los tres primeros
tipos se postulan como objetivos más destacados, aunque su presencia
y capacidad de almacenamiento, es decir, sus dimensiones, están
condicionados por los rasgos geológicos específicos de cada
territorio. Otras formaciones o estructuras geológicas posibles
(como basaltos, pizarras bituminosas y minas abandonadas)
representan opciones de almacenamiento que aún no han sido lo
suficientemente estudiadas como para poder evaluar su potencial
actualmente.
Por lo general se espera que el almacenamiento
de CO_{2} en depósitos de hidrocarburos o en acuíferos salinos
profundos tenga lugar a profundidades por debajo de 800 m, donde la
presión y la temperatura darán lugar a que el CO_{2} se encuentre
en estado líquido o supercrítico. En estas condiciones la densidad
del CO_{2} oscilará entre el 50 y el 80% de la densidad del agua,
porcentaje que se aproxima a la densidad de ciertos petróleos
crudos, por lo que se originan fuerzas ascensionales que tienden a
impulsar al CO_{2} hacia arriba. Es por ello por lo que se hace
necesario que exista una roca de sellado sobre la roca almacén para
que el CO_{2} permanezca retenido bajo tierra.
Por otra parte investigaciones preliminares de
los inventores han demostrado que los materiales de construcción que
contienen calcio y/o magnesio en su composición, pueden reaccionar
con el dióxido de carbono para dar lugar a carbonatos, constituyendo
por lo tanto una posible alternativa de carbonatación mineral a
partir de residuos, como una alternativa para la captura y
almacenamiento de CO_{2} (Carbón Capture Sequestration, CCS).
Hay que resaltar que en España se producen cada
año 35 millones de toneladas de residuos provenientes de
construcción y demolición (RDC), de los cuales apenas se reutilizan
un millón, mientras que otros 25 millones se depositan en vertederos
no controlados. El impacto ambiental que generan los RDC es bien
conocido debido a que la gran mayoría se conducen a vertederos sin
selección previa alguna. Si bien se consideran que los RDC son en
su mayoría inertes o asimilables a inertes y que no contaminan,
producen un gran impacto visual y paisajístico, debido al gran
volumen que ocupan y al escaso control ambiental ejercido sobre los
terrenos que se eligen para su depósito.
El efecto visual y paisajístico negativo que
producen los DRC, no sólo es consecuencia de una deficiente
gestión, sino que también hay que tener en cuenta que durante la
extracción a cielo abierto de las materias primas, que se utilizan
para la elaboración de los materiales de construcción, se produce un
gran impacto visual. Hay que destacar que el artículo 13 del Real
Decreto 105/2008 sobre la producción y gestión de RDC (BOE
13/02/08), hace una mención especial a la regulación de la
utilización de RDC en obras de restauración, acondicionamiento o
relleno, lo que podrá ser considerada como operación de
valorización.
La finalidad de esta invención es proponer la
inyección de CO_{2} en canteras y graveras recuperadas con RDC.
Para ello se parte de experimentos realizados en laboratorio sobre
materiales cerámicos y CO_{2} en distintas condiciones
ambientales. Se ha demostrado que en presencia de agua el proceso de
carbonatación es directo con un flujo de CO_{2} a baja presión
(<20 bar). Se han realizado experiencias con CO_{2} en estado
supercrítico y se ha comprobado que el proceso de carbonatación
tiene un rendimiento menor.
Figura 1. Diagramas de difracción de rayos X en
los que se ve la variación del contenido de calcita desde la muestra
inicial (diagrama en negro), hasta la muestra final (diagrama en
azul) tras 65 h de reacción con CO_{2} en presencia de un 10% de
agua.
La presente invención tiene por objeto la
captura y secuestro de CO_{2}en materiales cerámicos provenientes
de residuos de la construcción. En presencia de agua, a presiones
variables de CO_{2} y en función de su composición mineralógica
inicial, estos materiales reaccionan directamente con el CO_{2}
produciendo carbonatos, de forma que se fije el dióxido de carbono
de forma permanente.
La presencia de agua es esencial para que se
produzca dicha reacción de carbonatación en los materiales
cerámicos, debiendo variar la proporción de agua entre un 5 y un
30% en peso en función de la composición y temperatura de
fabricación de la cerámica estructural. Estos materiales cerámicos
se fabrican a partir de arcillas comunes en un rango de temperatura
de 800ºC-1100ºC.
Para la captura de CO_{2} se parte de residuos
cerámicos de la construcción que se están utilizando para la
recuperación de canteras y graveras y que se caracterizan por
contener calcio y magnesio al menos en proporción superior al 5%,
fundamentalmente en forma de óxidos y/o hodróxidos.
A estos materiales cerámicos se les inyecta
CO_{2} a baja presión (con una presión de inyección de CO_{2}
variable entre 0,5 y 80 bar, siendo los mayores rendimientos a
presiones de CO_{2} <20 bar) con los que reacciona de forma
química siempre en presencia de agua dando lugar a carbonatos, por
lo que queda fijado de forma permanente.
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El rendimiento de la reacción es mayor a
presiones bajas de CO_{2} por lo que no es necesario alcanzar
presiones grandes de CO_{2} y por lo tanto, realizar el
almacenamiento a 800 m de profundidad como requieren otras
alternativas de captura de CO_{2}.
Se trata de un proceso de carbonatación directa
de coste escaso, dado que no es necesario realizar una clasificación
y molienda del material y por lo tanto no es necesario consumir
energía para favorecer el proceso.
Se puede plantear la captura de CO_{2}
directamente desde las chimeneas de las industrias cerámicas, o de
cualquier otra que produzca emisiones de CO_{2} y conducirlo a las
canteras recuperadas. En el primer caso el coste se reduciría
considerablemente. Además se completaría el ciclo de vida de las
arcillas comunes. Así la arcilla se usa extraída para fabricar
cerámica estructural, etapa durante la que se producen emisiones de
CO_{2}, este gas se captura e introduce en las propias canteras
explotadas cuando se están recuperando con ladrillos de desecho y
otros materiales de construcción.
A continuación se describe una realización
preferente y no limitativa de la invención.
Como materia prima se parte de una mezcla de
arcillas comunes que contiene 30% carbonatos (calcita y dolomita),
30% cuarzo, 37% filosilicatos y 3% feldespatos. Esta materia prima
se cuece a 850ºC, siendo el resultado un producto de cerámica
estructural que contiene un 5% de calcita, junto a minerales de alta
temperatura y a óxidos de Ca y Mg.
Se prepara una mezcla de este producto cerámico
con agua (10% en peso) y se aplica una corriente de 1 bar de
CO_{2} a una temperatura de 30ºC durante 65 horas. Tras este
proceso el contenido de calcita aumenta del 5% a más del 15% en
peso, por la carbonatación producida tras reaccionar el calcio
presente (obviamente no en forma de calcita) con CO_{2} en
presencia de agua.
Para evaluar las variaciones del contenido de
calcita habría que reproducir esta reacción en un difractómetro de
rayos X dotado de cámara de reacción y aplicar un procedimiento de
cuantificación de fases basado en refinamiento Rietveld (por ejemplo
TOPAS). En la Figura 1 el primer diagrama corresponde al de la
muestra original (en negro). Los sucesivos diagramas corresponden a
los productos formados tras añadir agua e inyectar la corriente de
CO_{2}. En concreto el diagrama rosa corresponde a un tiempo de
reacción de 24 horas. Los siguientes fueron obtenidos cada 1,5
horas, y así hasta que el tiempo total de reacción fuera de 65 horas
(diagrama azul). Los resultados del análisis cuantitativo aparecen
en la Tabla 1.
\vskip1.000000\baselineskip
Claims (3)
1. Captura y secuestro de CO_{2} mediante la
carbonatación de residuos cerámicos caracterizado porque
consiste en la inyección de CO_{2} en residuos cerámicos
procedentes de la construcción a una presión variable entre 0,5 bar
y 80 bar (preferiblemente <20 bar), en presencia de agua entre 5%
y 30% en peso de acuerdo con la composición, que debe ser en Ca y Mg
superior a un 5% y durante el tiempo necesario para que todo el Ca y
Mg disponible se transforme en carbonatos.
2. Captura y secuestro de CO_{2} mediante la
carbonatación de residuos cerámicos según la reivindicación 1
caracterizado porque los residuos cerámicos tienen una
composición en Ca y Mg superior a un 5% en peso y el tiempo de
inyección de CO_{2} será el necesario para que todo el Ca y Mg
disponible se transforme en carbonatos.
3. Captura y secuestro de CO_{2} en canteras y
graveras rehabilitadas ó en recuperación con residuos cerámicos
según las reivindicaciones anteriores caracterizado porque
constituye una alternativa de bajo coste económico, al no ser
necesario trabajar con CO_{2} en estado supercrítico ni realizar
almacenamiento a 800 m de profundidad.
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-
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Patent Citations (2)
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Also Published As
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| FG2A | Definitive protection |
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