[música] Bienvenido a esta nueva sesión del curso de energías sustentables mi nombre es Julio Vergara, profesor de la escuela de ingeniería UC, en esta ocasión se conocerán las opciones para reducir las emisiones de carbono, se revisarán algunas de las tecnologías, sitios de captura y secuestro de carbono, también se revisarán las opciones y los desafíos de reducción dada la enorme relevancia que tienen los combustibles fósiles en el presente La combustión, es una realidad comercial tecnológica con más de un siglo, que ha permitido el desarrollo económico inicialmente con carbón, al que se suma el petróleo y más recientemente el gas, los fósiles dominan por lejos en la generación eléctrica global, en la propulsión de casi todo tipo de vehículos terrestres, aéreos y marítimos, en múltiples usos, en distintos sectores industriales. Además de amplios usos en residencia, tanto en calefacción como en preparación de alimentos y cuando estos servicios son eléctricos en alguna parte hay una planta fósil generando o respaldando gran parte de la electricidad. Los recursos fósiles son cuantiosos a más de dos siglos de iniciado el consumo, exhiben autonomías de más de 45 años para el petróleo, más de 70 años para el gas y más de 200 años para el carbón, sin considerar recursos residuales o de esquisto. Con una logística de suministros arraigada a sistemas Ad-hoc y precio bajo, le depara una salida muy lenta y difícil, a pesar del cambio climático en curso y los incipientes acuerdos de mitigación firmados, cuya efectividad está por verse, recordemos que el protocolo de Kioto solo vio aumentar las emisiones en 50% desde su firma, en vez de producir una reducción. Recordemos que la combustión con aire forma CO2 y vapor de agua, el nitrógeno al aire no participa en la combustión salvo si la combustión no es completa, en que se producen menos vapor de agua y CO2 para formar monóxido de carbono, hidrogeno, oxígeno, óxidos nitrosos y material particulado, algunos de estos tienen impacto en el ambiente local y otros son gases de efecto invernadero con impacto en el cambio climático global. Algunas reacciones químicas importantes son las del carbón, usado en generación eléctrica principalmente derivados del petróleo, usado en casi todos los medios de transporte y gas natural usado en generación eléctrica, industrias y residencias. El consumo de carbón supera en casi un tercio el uso del petróleo y este supera en casi 70% al uso del gas, el carbón más que duplica el uso del gas, siendo además el que tiene mayores emisiones por kilo de combustible por ente el que más CO2 emite. Recordemos la evolución de los combustibles fósiles en la matriz de energía primaria, prácticamente el 80% fósil, seguido de la leña que también emite gases de efecto invernadero, solo el remanente, hidro, nuclear y renovables no hídricas, no emiten gases de efecto invernadero, muchas personas naturales y del mundo político han pedido eliminarlos del sistema energético, para reemplazarlos por renovables. Si eso ocurriera, sin tocar la leña, cuya combustión en general es precaria además de afectar el uso de suelo, la matriz energética se vería cómo esta acá en la figura, su salida afectaría gravemente al desarrollo global y sumiría al mundo en un crisis internacional de grandes proporciones, en especial en los países pobres. Hacerlo con las energías renovables tampoco sería una solución a pesar de no haber inversiones en capacidad, su generación apenas aumenta, en parte por el enorme tamaño del sistema energético y en parte por su intermitencia. Las emisiones de los combustibles fósiles se empinan en los 35 gigatoneladas de CO2 cada año, dominado claramente por el carbón, seguido por el petróleo y el gas natural, el desafío es remover las emisiones de esas opciones y no eliminar su beneficio energético, la idea es que la matriz de emisiones se vea como la que está en la figura, el problema no es el carbón, casi todo en el planeta incluyendo los seres humanos, está hecho de carbón, así como los combustibles que nos han permitido el desarrollo económico actual. Tampoco es malo el CO2, de hecho es indispensable para regular la temperatura superficial del planeta, siempre que la concentración sea razonable. Los desafíos de la eventual remoción o reemplazo de las tecnologías a carbón son enormes, la generación de potencia incluye 2,700 gigawatts eléctricos fósiles en 5,300 plantas múltiples, recordemos que la generación eléctrica es el 20% del problema global, donde se enfoca la aplicación reciente de las tecnologías renovables. El uso fósil en transportes es extenso en 1.3 millones de vehículos de todo tipo y escalas, esto es como 1.3 millones de autos, 100,000 buques, 40,000 aviones, sin considerar pequeños buques pesqueros y avionetas, el posible reemplazo de combustibles en este segmento presionaría fuertemente otros, como el de la biomasa y el sector eléctrico. La atomización de plantas y de vehículos dificulta la captura y gestión de carbono, por es eso parece más efectiva hacer la captura en carboneras, por ende nos concentraremos en esto último. La termoelectricidad en base a carbón domina la generación eléctrica global con un 41 % de la electricidad o casi 10 PWh y con un 30% de la energía primaria, es más de 1,800 gigawatts eléctricos de capacidad instalada, a parte de su logística arraigada. Posee múltiples ventajas, gran capacidad instalada y experiencia de operación, simpleza de operación y manutención, con gran autonomía de los carbones y una distribución ubicua del recurso que no promueve conflicto y con precios moderados si establecen el tiempo. La producción de carbón es alta y sostenida, con creciente participación de países en vías de desarrollo, aunque se ha estabilizado en el último tiempo, solo en los últimos 45 años se han emitido 550 gigatoneladas de CO2 a la atmósfera, esto casi es un cuarto del inventario total a pesar que la mitad es decadente, a pesar de su alta participación en la matriz de energía exige desafíos para su operación\ futura en el contexto actual. En particular contribuye al cambio climático, exige desafíos para su operación\ futura en el contexto actual. En particular contribuye al cambio climático, emite material contaminante en la vecindad de la planta, que afecta la salud de las personas, incluso emite materiales naturales radiactivos presentes en el carbón superando a las centrales nucleares que casi no los emiten, en aquellos sin fuertes regulaciones el impacto puede ser grande, aunque exista una fuerte regulación, mejorarán los impactos locales, pero la emisiones de gases de efecto invernadero no se reducirán mucho. Hay varias medidas para mejorar el uso del carbón, la primera implica regular más y pulir procesos, seleccionando carbones por su poder calorífico, la segunda significa atrapar contaminantes locales como el material partícula, óxido nitroso, óxido de azufre y cenizas, la tercera es reemplazar unidades o partes de ella para elevar la eficiencia termodinámica, la idea es evolucionar en la tecnología de las plantas a carbón. En esta tabla se muestra que es posible aumentar la eficiencia por clase de centrales, lo que se traduce en menor consumo de combustible y en menores emisiones, las tres familias genéricas son las plantas de lecho fluidizado, de carbón pulverizado y las de carbón gasificado, al aumentar la temperatura en el circuito de refrigeración y por ende la presión del trabajo y el tamaño de los equipos se logra bajar las emisiones secuencialmente hasta un 25%. No es una medida administrativa, implica inversiones para cambiar las partes esenciales de la planta, la cuarta medida es mitigar las emisiones de carbono capturando el CO2 antes de que ingrese a la atmósfera, este es el esquema de una planta a carbón, posee una caldera, un pabellón de turbogeneradores y un área de gestión de productos de la combustión, al descubrir la planta encontramos una caldera que se alimenta de carbón pulverizado y aire y un sistema de tratamiento parcial y evocación de los gases de la combustión. El vapor de la caldera con algún sobrecalentamiento ingresa a la turbina de alta presión, el que se recalienta antes de regresar a las turbinas de baja presión, luego se condensa el refrigerante para volver a la caldera. Los sistemas anteriores se pueden representar por bloques, la caldera, el turbogenerador y la gestión de gases con un precipitador y un desulfurador. Se puede ver en este cuadro el consumo de carbón, el aire, los flujos de descargar para una potencia de salida de 500 megawatts, esta es una planta con sobrecalentador y recuperador de calor en régimen suscritico, con una eficiencia termodinámica de unos 35%, en condiciones normales produce más de 400 toneladas de CO2 por hora o casi tres millones de toneladas de CO2 cada año. Este es el caso general de alrededor de la mitad de la generación eléctrica global, con captura y secuestro de carbono para mantener la misma potencia se deben instalar equipos de captura y compresores de CO2 que exigen energía eléctrica. y la planta consume más carbón, lo que reduce su eficiencia a un 25% aproximadamente. Pero las emisiones de CO2 bajan a menos del 15% del valor original. Los sistemas de captura esperables se ubican entre la zona de gestión de gases y la chimenea, como resultado el 85% del CO2 de la combustión es separado del flujo de descarga y enviado a secuestro. Hay otras opciones aparte de la captura de CO2 por combustión que es la que parece más simple, una manera más astuta de sacar el CO2 es hacerlo antes de la combustión lo que implica otro tipo de planta que parte de la gasificación del carbón para producir un gas sintético rico en hidrógeno con pocos productos de carbono desde la combustión. Una manera también de interés es la tecnología OxiFuel que implica sacar el nitrógeno del aire de combustión, que reduce el volumen a tratar, cualquier caso debe enviar el CO2 a un sitio adecuado, el que estará a mucha distancia de la planta. Existen varios proyectos de captura a nivel global de diversa escala con y sin secuestro, aparte de investigación en universidades y centro de energía, un ejemplo es In Salah en Argelia con una capacidad de 17 millones de toneladas de CO2 asociado a yacimientos de gas, otro ejemplo es Sleipner en Noruega con inyección aun acuífero salino y capacidad para 20 mega toneladas de CO2 asociado a yacimientos de gas, un tercer ejemplo es la planta Boundary Dam Canadiense que captura CO2 desde una unidad refaccionada. El siguiente ejemplo es una planta piloto contigua a la central Schwarze Pumpe alemana usando el método OxiFuel. Un ejemplo final no se refiere a proyectos de capturas sino a una posibilidad que está en esta ubicación en Dinamarca capturando CO2 de una central a carbón y de una refinería lo interesante es que esta localidad esta encima de acuífero salino que simplificaría completamente el transporte de CO2. Esta figura muestra el efecto de los sistemas de captura en el consumo de carbono para la misma generación se necesita una cantidad adicional de carbón y por lo tanto habrá más emisiones de CO2 pero que se reduce con la captura aun rango entre 80% y 90% del valor original. El siguiente desafío es el secuestro del CO2 para lo cual es posible encontrar dos grandes opciones, el secuestro geológico y el secuestro oceánico o submarino, cada uno con ventajas y desventajas, que evita el CO2 de actividades industriales y de generación termoeléctrica en la atmosfera, si proyectamos un lado de este cubo nos encontramos con más detalles. Esta proyección detalla las opciones geológicas que implica secuestro en zonas aptas como yacimientos agotados o acuíferos salinos sin otros usos y para la extracción asistida de nuevos recursos fósiles. La otra familia de opciones es la oceánica que implica disolver CO2 en el agua, esta produce acidificación, sin embargo se debe responder donde estará mejor el CO2 en el aire o en el mar, parte de ese gas disperso sedimentara, una mejor opción submarina es formar lagunas submarinas submarinas que ocupan un pequeño volumen relativo de CO2 líquido con alta estabilidad gracias al peso de la columna de agua, para lo cual se requiere depositar ese gas ese gas al menos a 3 mil metros de profundidad quedando en estado líquido. Un sistema sustentable de captura y secuestro de carbono requiere de una captura eficaz en la central termoeléctrica, que posea la más alta eficiencia termodinámica que ha batido previamente agentes contaminantes que dañarían la captura y sistemas de monitoreo para verificar la efectiva retención del gas. Recordemos que el carbón es uno de los átomos claves que sostiene la vida, el dióxido de carbono también es relevante para la vida en la tierra. La mayoría parte de la energía que usamos ahora proviene de los combustibles fósiles en especial el carbón, por el tamaño de las unidades es más simple intervenir las unidades de carbón primero, la tarea con otros fósiles se aprecia más difícil, es posible esperar una reducción del consumo del carbón en la generación eléctrica en mediano plazo, pero es posible ver una cantidad apreciable de energía desde otras plantas termoeléctricas con captura y secuestro del carbono, más adelantes es posible esperar lo mismo pero para las centrales a gas natural. Este panorama se refiere a electricidad que es una fracción pequeña de la energía que usa la sociedad, es posible resumir y concluir que el desarrollo sustentable requiere seguir utilizando el carbón y otros fósiles porque la superficie en la tierra no sería suficiente para un remplazo oportuno y viables exclusivamente con renovables, se requiere de la combinación de fósiles con secuestro, renovables y nucleares. Finalmente frente al cambio climático en curso se requieren mitigar sus emisiones.
