Poniendo CO₂ a usar: 10 finalistas nombrados para Carbon XPrize

El lunes, la organización XPrize anunció que había seleccionado 10 finalistas para su competencia de carbono NRG COSIA. A estos finalistas se les dará espacio cerca de una planta de energía y tuberías que entregarán algunos de los gases de escape ricos en dióxido de carbono de la planta. Depende de los competidores convertir ese dióxido de carbono en productos comercializables.

Para los finalistas, esos productos van desde el concreto hasta los nanotubos de carbono. Para obtener una mejor visión general de las tecnologías y la competencia en sí, hablamos con Marcius Extavour, el director senior de energía y recursos de XPrize.

Captura, sin almacenamiento

El mundo sigue comprometido con los combustibles fósiles, a pesar de nuestro conocimiento cada vez mayor de los riesgos que plantean. Estos riesgos han despertado interés en la idea de la captura y almacenamiento de carbono. En lugar de apagar nuestro hardware de quema de combustibles fósiles y toda la infraestructura que lo alimenta, simplemente eliminamos el dióxido de carbono del escape de la planta, colocándolo en un almacenamiento a largo plazo o reaccionando con rocas para bloquearlo indefinidamente.

Pero hacerlo cuesta energía, quitando la producción de las plantas de combustibles fósiles y costando dinero. "La contaminación por carbono es gratis hoy en día, y esta es una tecnología costosa", dijo Extavour. "Eso es un reto fundamental".

Como resultado, solo se han realizado algunas pruebas a pequeña escala de captura y almacenamiento de carbono, y los pocos planes para expandirse a instalaciones a gran escala han terminado cancelados. Visto desde ese punto de vista, podría ser difícil entender lo que XPrize espera lograr aquí.

La respuesta es bastante simple: no están haciendo captura y almacenamiento de carbono. Están realizando la captura y conversión de carbono en productos para los que hay un mercado. Todos los participantes tienen procesos que pueden usar dióxido de carbono como materia prima. La competencia de carbono es su oportunidad de ver cuál de estos puede escalar.

Despliegue

Para los 10 finalistas, el anuncio marcó el inicio de un par de años de arduo trabajo. "Tenemos cerca de otros dos años de pista para que los finalistas aumenten 10 veces con respecto a lo que ya han hecho", dijo Extavour a Ars. "Un año para construir, probar y desarrollar, y otros nueve meses a un año para ejecutar realmente en el sitio y recopilar datos".

En este caso, "en el sitio" significa una de dos ubicaciones: una planta de gas natural en Alberta, Canadá o una central eléctrica de carbón en Wyoming.

Exponer a los operadores de las plantas fue uno de los desafíos a los que se enfrenta XPrize en sí mismo, dijo Extavour: "Al principio hubo un poco de vacilación: no vemos ese tipo de innovación en la industria de la energía".

Las corrientes de escape difieren en términos de los gases adicionales presentes, que podrían afectar cualquier proceso que involucre catalizadores. También hay una gran diferencia en CO2 concentraciones, con el gas de escape de la planta de gas natural que lleva aproximadamente el cinco por ciento de CO2, y la planta de carbón 12 por ciento. Para aquellos equipos donde esto importaba, el XPrize trató de ubicarlos en el sitio apropiado. Pero para muchos de ellos, la ubicación no importaba mucho. "Tienen que purificarlo hasta 90 [por ciento] de todos modos", dijo Extavour.

Los proyectos serán juzgados en base a tres conjuntos de criterios. Uno está relacionado con la tarea principal del objetivo: qué porcentaje del dióxido de carbono que se envía a través del sistema termina en algún tipo de producto. En relación con eso, los procesos deberían usar más carbono del que se libera al alimentarlos, lo que resulta en una reducción neta de las emisiones. Otro conjunto de criterios se centran en la eficiencia energética y material. "¿Qué tan caros son sus catalizadores? ¿Cuánta electricidad cuesta? ¿Cuánto calor necesita?" Extavour preguntó. "Los equipos están compitiendo para minimizar el costo y el uso de materiales y energía".

También en esta categoría están los problemas de uso de la tierra y los recursos, como el agua. Ambos, sugirió Extavour, puede ser la razón por la cual solo hay un equipo que se enfoca en suministrar el dióxido de carbono a un organismo que lo incorporaría en moléculas útiles. Si bien este tipo de cosas se pueden hacer con algas fotosintéticas, requiere mucho espacio para los estanques de crecimiento, así como cantidades significativas de agua.

El conjunto final de criterios son económicos. "Se trata de transformar la molécula de carbono en algo útil", dijo Extavour a Ars. "Otra forma de describir útil es valiosa o generadora de ingresos".

Pero no hay un camino al éxito en términos económicos. Uno de los equipos espera producir nanotubos de carbono; A pesar de que su mercado es pequeño, tienen un alto precio. En el otro extremo, un par de equipos se centran en el concreto, donde los precios bajos se negocian frente a un mercado enorme.

Termodinámica

En este momento, el único uso para el dióxido de carbono capturado que hemos encontrado es en la extracción de petróleo, donde se puede bombear bajo tierra para forzar el crudo a la superficie. Los proyectos que se desarrollan aquí transforman químicamente el dióxido de carbono. Y eso significa que casi todos ellos se enfrentan a un gran desafío termodinámico, porque el dióxido de carbono es una molécula extremadamente estable.

La única excepción son los carbonatos, sustancias químicas que típicamente involucran un metal complejado con el CO cargado negativamente.3 ion. Estos son energéticamente favorables en comparación con el dióxido de carbono y pueden encontrar algunos usos en los materiales de construcción. Pero la mayoría de los proyectos involucran algún tipo de entrada de energía para romper los enlaces carbono-oxígeno. "No importa de dónde obtengas la energía", dijo Extavour, "siempre y cuando sea bajo en carbono si estás tratando de reducir las emisiones de carbono".

Pero dijo que la caída en el precio de la energía renovable ha cambiado la economía, y que más desarrollos allí podrían abrir posibilidades adicionales.

En algunos casos, los equipos mencionan explícitamente el uso de la energía solar para proporcionar la energía necesaria para descomponer el dióxido de carbono o para suministrar hidrógeno para que reaccione. En otros casos, es parte de un proceso en el que ya estamos inyectando energía en forma de nanotubos de carbono, componentes de baterías o plásticos.

En última instancia, el precio y la eficiencia serán determinantes críticos aquí. De lo contrario, seguirá siendo más económico hacer nuestros plásticos a partir de combustibles fósiles y gastar menos energía utilizando procesos alternativos. Pero cosas como los impuestos al carbono o el comercio de emisiones también podrían inclinar las cosas en favor del uso del dióxido de carbono; Extavour habló de situaciones en las que "Energéticamente, estás perdiendo, pero si te estás enfocando en minimizar las emisiones de carbono, podrías estar ganando".

¿Por qué una competición?

Si el desafío es una mezcla de termodinámica y economía, ¿por qué sería necesaria una competencia? Para eso, Extavour tuvo una serie de respuestas. Una es que podría ayudar a superar el conservadurismo (bastante razonable) de los servicios públicos. "Estoy familiarizado con el mandato de 'no cambiar nada, no experimentar con nada, no dejar que las luces parpadeen'", dijo a Ars.

Con proyectos de demostración a gran escala, XPrize podría ayudar a demostrar que la tecnología no interfiere con el propósito principal de estas centrales eléctricas.

También hay un catch-22 en funcionamiento aquí. Estas tecnologías deben poder escalarse para hacer mella en nuestras emisiones de carbono. Pero, como señala Extavour, "el mercado libre nunca construiría un centro de pruebas con el fin de probar una nueva tecnología a escala industrial antes de que el mercado estuviera maduro".

El XPrize podría proporcionar una salida a este catch-22.

Más allá de esas preocupaciones prácticas, Extavour sonaba un poco como el equipo de Solar Impulse al hablar sobre su viaje alrededor del mundo en un avión con energía solar, términos como "Moonshot" e "inspirational" salpicaron la conversación. En lugar de que la gente escuche las noticias sobre los planes de captura de carbono que nunca despegan, "estamos tratando de orientar las mentes de las personas para que piensen 'hey, esto es posible'", dijo a Ars. Dentro de dos años, cuando se recopilen y analicen los datos, tendremos una mejor idea de lo que es posible.

Ver el vídeo: Como poner tanque de co2 a una pistola de gas (Abril 2020).