Método eficaz para convertir dióxido de carbono en metano, el componente principal del gas natural

El metano elaborado a partir de CO₂ e hidrógeno renovable ofrece un nuevo camino hacia una captura de carbono más barata.

En su esfuerzo continuo por hacer que la captura de carbono sea más asequible, los investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía han desarrollado un método para convertir el dióxido de carbono (CO₂) capturado en metano, el componente principal del gas natural.

Al racionalizar un proceso de larga data en el que el CO₂ se convierte en metano, el nuevo método de los investigadores reduce los materiales necesarios para ejecutar la reacción, la energía necesaria para alimentarla y, en última instancia, el precio de venta del gas.

Un actor químico clave conocido como EEMPA hace posible el proceso.

EEMPA es un solvente desarrollado por PNNL que arrebata CO₂ de los gases de combustión de las centrales eléctricas, uniendo el gas de efecto invernadero para que pueda convertirse en productos químicos útiles.

A principios de este año, los investigadores de PNNL revelaron que el uso de EEMPA en plantas de energía podría reducir el precio de la captura de carbono a un 19 por ciento más bajo que los costos estándar de la industria, el precio más bajo documentado de captura de carbono.

Ahora el equipo revela un nuevo incentivo, en gas natural más barato, para reducir aún más los costos.

En comparación con el método convencional de conversión de metano, el nuevo proceso requiere una inversión inicial que cuesta un 32 por ciento menos.

Los costos de operación y mantenimiento son un 35 por ciento más baratos, lo que reduce el precio de venta del gas natural sintético en un 12 por ciento.

Se conocen desde hace mucho tiempo diferentes métodos para convertir CO₂ en metano.

Sin embargo, la mayoría de los procesos se basan en altas temperaturas y, a menudo, son demasiado costosos para un uso comercial generalizado.

Además de la producción geológica, el metano se puede producir a partir de fuentes de CO₂ renovables o recicladas, y se puede utilizar como combustible en sí mismo o como portador de energía H₂.

Aunque es un gas de efecto invernadero y requiere una gestión cuidadosa de la cadena de suministro, el metano tiene muchas aplicaciones, que van desde el uso doméstico hasta los procesos industriales, dijo el autor principal y químico de PNNL, Jotheeswari Kothandaraman.

“En este momento, una gran fracción del gas natural que se usa en los EE. UU. tiene que extraerse del suelo”, dijo Kothandaraman, “y se espera que la demanda aumente con el tiempo, incluso bajo las vías de mitigación del cambio climático.

El metano producido por este proceso, elaborado con residuos de CO₂ e hidrógeno de origen renovable, podría ofrecer una alternativa para las empresas de servicios públicos y los consumidores que buscan gas natural con un componente renovable y una menor huella de carbono”.

Para explorar el uso de EEMPA en la conversión de CO₂ en metano, Kothandaraman y sus colegas autores estudiaron los fundamentos moleculares de la reacción y luego evaluaron el costo de ejecutar el proceso a escala en una planta de energía de 550 megavatios.

Convencionalmente, los operadores de la planta pueden capturar CO₂ mediante el uso de solventes especiales que sofocan los gases de combustión antes de que sean emitidos por las chimeneas de la planta.

Pero estos disolventes tradicionales tienen un contenido de agua relativamente alto, lo que dificulta la conversión de metano.

El uso de EEMPA, en cambio, reduce la energía necesaria para impulsar tal reacción.

Los ahorros provienen en parte de la capacidad de EEMPA para hacer que el CO₂ se disuelva más fácilmente, lo que significa que se necesita menos presión para ejecutar la conversión.

La evaluación de los autores identificó ahorros de costos adicionales, ya que el CO₂ capturado por EEMPA se puede convertir en metano en el sitio.

Tradicionalmente, el CO₂ se extrae de los disolventes ricos en agua y se envía fuera del sitio para convertirlo o almacenarlo bajo tierra.

Con el nuevo método, el CO₂ capturado se puede mezclar con hidrógeno renovable y un catalizador en una cámara simple, luego se calienta a la mitad de la presión utilizada en los métodos convencionales para producir metano.

La reacción es eficiente, dijeron los autores, convirtiendo más del 90 por ciento del CO₂ capturado en metano, aunque la huella de gas de efecto invernadero final depende de para qué se utilice el metano.

Y EEMPA captura más del 95 por ciento del CO₂ emitido en los gases de combustión.

El nuevo proceso también emite un exceso de calor, lo que proporciona vapor para la generación de energía.

El proceso químico resaltado en el documento representa un camino entre muchos, dijo Kothandaraman, donde el CO₂ capturado puede usarse como materia prima para producir otros químicos valiosos.

“Me alegraré cuando pueda hacer que este proceso funcione para el metanol tan eficientemente como lo hace para el metano ahora“, dijo.

“Ese es mi objetivo a largo plazo“.

El metanol tiene muchas más aplicaciones que el metano, dijo Kothandaraman, quien ha tratado de descubrir las reacciones catalíticas que podrían producir metanol a partir de CO₂ durante aproximadamente una década.

La creación de plásticos a partir de CO₂ capturado es otra ruta que el equipo planea explorar.

“Es importante que no solo capturemos CO₂, sino que encontremos formas valiosas de usarlo“, dijo Ron Kent, Gerente de Desarrollo de Tecnologías Avanzadas en SoCalGas, “y este estudio ofrece una vía rentable para hacer algo valioso a partir del CO₂ residual“.

Fuente: Chemistry Europe