Comportamiento de CaO como sorbente regenerable para la captura de CO2

Abstract

En los últimos años cada vez son más evidentes las consecuencias que el cambio climático tiene sobre la actividad humana. Para frenar este problema, los expertos recomiendan cambiar progresivamente el actual modelo energético reduciendo la emisión de gases de efecto invernadero (GEI). De entre todos ellos, hay que destacar las emisiones de CO2, que suponen más de un 80% de la contribución antropogénica al efecto invernadero. Entre las distintas opciones planteadas para reducir de forma drástica las emisiones de CO2, su captura y almacenamiento está adquiriendo un especial protagonismo. En la actualidad se están desarrollando diversos sistemas de captura de CO2, tanto para aplicaciones industriales como para centrales térmicas, en los que la separación del CO2 se lleva a cabo con el fin de almacenarlo permanentemente alejado de la atmósfera (en formaciones geológicas profundas). El presente trabajo se centra en el estudio del sistema de captura de CO2 basado en ciclos de carbonatación/calcinación utilizando CaO obtenido de calizas naturales como sorbentes del CO2. Para que este proceso funcione, es necesario que las partículas de CaO mantengan un cierto grado de actividad en un gran número de ciclos. De ahí la importancia de estudiar en laboratorio el comportamiento del sorbente en ensayos multiciclo de carbonatación/calcinación. El trabajo tiene dos partes diferenciadas. En una primera parte, se ha estudiado el comportamiento de distintas calizas en ensayos multiciclo de carbonatación/calcinación en una termobalanza. De estas calizas, se escogió una de las que mejor comportamiento presentaba para estudiar la influencia de variables tales como el tamaño de partícula, la presión parcial de CO2, la temperatura de carbonatación, la temperatura de calcinación y el tiempo de calcinación. Posteriormente, se ha desarrollado un modelo que permite predecir el comportamiento del sorbente en condiciones de alta temperatura de calcinación y largos tiempos de calcinación. Finalmente, dado que aunque las calizas naturales y las dolomitas son los mejores sorbentes de CaO para las plantas de captura de CO2 a gran escala, la capacidad de captura de estos sorbentes decrece rápidamente con el número de ciclos de carbonatación/calcinación por lo que se ha estudiado el uso de sorbentes sintéticos basados en CaO con el fin de obtener una mayor capacidad de captura con el número de ciclos. En la segunda parte de este trabajo se ha estudiado el comportamiento del sorbente obtenido en los experimentos llevados a cabo en una planta piloto de 30kW instalada en el INCAR-CSIC. En primer lugar, se ha estudiado la actividad de estos sólidos, determinando para ello las velocidades de reacción que cierran el balance de CO2 en el lecho y cuyo cierre es del máximo interés para realizar una síntesis final de resultados y extraer consecuencias para el diseño de futuros reactores de carbonatación. Por último, se ha estudiado la atricción sufrida por la caliza en estos ensayos, factor fundamental a la hora de escoger el sorbente. En los últimos años cada vez son más evidentes las consecuencias que el cambio climático tiene sobre la actividad humana. Para frenar este problema, los expertos recomiendan cambiar progresivamente el actual modelo energético reduciendo la emisión de gases de efecto invernadero (GEI). De entre todos ellos, hay que destacar las emisiones de CO2, que suponen más de un 80% de la contribución antropogénica al efecto invernadero. Entre las distintas opciones planteadas para reducir de forma drástica las emisiones de CO2, su captura y almacenamiento está adquiriendo un especial protagonismo. En la actualidad se están desarrollando diversos sistemas de captura de CO2, tanto para aplicaciones industriales como para centrales térmicas, en los que la separación del CO2 se lleva a cabo con el fin de almacenarlo permanentemente alejado de la atmósfera (en formaciones geológicas profundas). El presente trabajo se centra en el estudio del sistema de captura de CO2 basado en ciclos de carbonatación/calcinación utilizando CaO obtenido de calizas naturales como sorbentes del CO2. Para que este proceso funcione, es necesario que las partículas de CaO mantengan un cierto grado de actividad en un gran número de ciclos. De ahí la importancia de estudiar en laboratorio el comportamiento del sorbente en ensayos multiciclo de carbonatación/calcinación. El trabajo tiene dos partes diferenciadas. En una primera parte, se ha estudiado el comportamiento de distintas calizas en ensayos multiciclo de carbonatación/calcinación en una termobalanza. De estas calizas, se escogió una de las que mejor comportamiento presentaba para estudiar la influencia de variables tales como el tamaño de partícula, la presión parcial de CO2, la temperatura de carbonatación, la temperatura de calcinación y el tiempo de calcinación. Posteriormente, se ha desarrollado un modelo que permite predecir el comportamiento del sorbente en condiciones de alta temperatura de calcinación y largos tiempos de calcinación. Finalmente, dado que aunque las calizas naturales y las dolomitas son los mejores sorbentes de CaO para las plantas de captura de CO2 a gran escala, la capacidad de captura de estos sorbentes decrece rápidamente con el número de ciclos de carbonatación/calcinación por lo que se ha estudiado el uso de sorbentes sintéticos basados en CaO con el fin de obtener una mayor capacidad de captura con el número de ciclos. En la segunda parte de este trabajo se ha estudiado el comportamiento del sorbente obtenido en los experimentos llevados a cabo en una planta piloto de 30kW instalada en el INCAR-CSIC. En primer lugar, se ha estudiado la actividad de estos sólidos, determinando para ello las velocidades de reacción que cierran el balance de CO2 en el lecho y cuyo cierre es del máximo interés para realizar una síntesis final de resultados y extraer consecuencias para el diseño de futuros reactores de carbonatación. Por último, se ha estudiado la atricción sufrida por la caliza en estos ensayos, factor fundamental a la hora de escoger el sorbente.