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Captura de carbono con enzimas
Una nueva forma de capturar dióxido de carbono de las chimeneas produce una materia prima que puede secuestrarse bajo tierra o convertirse en sustancias como bicarbonato de sodio, tiza o piedra caliza. CO2 Solution, de la ciudad de Quebec, Canadá, ya ha probado su proceso en un pequeño incinerador municipal y una fundición de aluminio Alcoa. Sus científicos ahora están trabajando con el gigante de equipos de centrales eléctricas Babcock y Wilcox en formas de adaptar la tecnología a una estación generadora de carbón.
Un biorreactor de solución de CO2, como el que se muestra en el diagrama anterior, contiene un material de empaque unido a enzimas que interactúa con una solución de agua bombeada desde la parte superior y las emisiones de las chimeneas que ingresan y burbujean por la parte inferior. El dióxido de carbono en la corriente de emisiones es capturado por las enzimas en la superficie del material de empaque y convertido en iones bicarbonato. El aire limpio se escapa por la parte superior mientras que la solución de bicarbonato sale por la parte inferior. El bicarbonato, en un proceso separado, puede extraerse de la solución y convertirse en compuestos, como piedra caliza, para uso industrial.
La empresa ha diseñado genéticamente E. coli bacterias para producir una enzima que convierte el dióxido de carbono en bicarbonato. La enzima se encuentra en el núcleo de una tecnología de biorreactor que podría ampliarse para capturar las emisiones de dióxido de carbono de las plantas de energía que funcionan con combustibles fósiles, un desarrollo oportuno a medida que crece el apoyo político para los esquemas de límites y comercio que asignan un valor de mercado a carbón.
Hasta ahora tenemos un pequeño prototipo, dice Sylvie Fradette, vicepresidenta de investigación y desarrollo de CO2 Solution. A continuación, tenemos que ver qué es necesario para un prototipo o una planta piloto muy grande.
La enzima, llamada anhidrasa carbónica, normalmente procesa el dióxido de carbono producido en los organismos. En E. coli juega un papel esencial en el metabolismo. Como estudiante de doctorado en la década de 1990, Fradette dirigió un equipo de investigación en la Universidad de Laval que aisló la enzima, la inmovilizó y descubrió cómo reproducirla. Después de obtener su doctorado. en ingeniería química, se unió a CO2 Solution en 1998. Pensamos que sería interesante usar esta enzima para replicar lo que ya hace tan bien en la naturaleza, dice Fradette. Descubrimos que era muy eficiente para hacer la transformación de CO2.
Hay muchas otras formas de capturar dióxido de carbono de chimeneas industriales y de centrales eléctricas, pero la separación de la corriente de dióxido de carbono de otros gases y contaminantes hace que la mayoría de estos enfoques consuman mucha energía y, por lo tanto, sean bastante costosos. Fradette dice que el enfoque de CO2 Solution, que no requiere la separación del dióxido de carbono de otros gases, se puede aplicar a cualquier efluente gaseoso que contenga dióxido de carbono, por lo que sería ideal tanto para las plantas de carbón convencionales como para las nuevas instalaciones de carbón limpio basadas en la gasificación.
El biorreactor es un cilindro largo que contiene un material de empaque que actúa como soporte sólido para la enzima. La superficie de este material se ha modificado químicamente para que las enzimas se adhieran de forma segura. En la parte superior del cilindro, se bombea una solución de agua que fluye alrededor del material de empaque, mientras que los gases de una chimenea ingresan al fondo del cilindro y burbujean a través de la solución. El dióxido de carbono se absorbe en la solución y luego interactúa con las enzimas, que convierten el gas de efecto invernadero en iones bicarbonato. Para finalizar el proceso, el aire limpio se escapa de la parte superior mientras se extrae la solución de bicarbonato para su procesamiento posterior, ya sea de nuevo en dióxido de carbono puro para almacenamiento geológico a largo plazo o en un compuesto de carbonato, como piedra caliza, que puede ser utilizado por la industria. .
Don Langley, vicepresidente y director de tecnología de Babcock y Wilcox, dice que el enfoque es más prometedor para la captura de carbono a gran escala que algunas alternativas, como las granjas de algas que absorben dióxido de carbono que requieren grandes extensiones de tierra. Estamos en discusiones serias en este momento sobre cómo avanzar con una relación más formal, que potencialmente incluiría la licencia de la tecnología y el desarrollo conjunto, dice Langley, y agrega que el biorreactor debe ampliarse sustancialmente y operar de manera más eficiente para que sea económico. . Estamos haciendo una especie de apuestas, por así decirlo, dice. Obviamente, vemos algunas cosas en el enfoque de la solución de CO2 que realmente no quisiera revelar y que nos interesan mucho.
El gigante de aluminio Alcoa probó el prototipo de laboratorio de CO2 Solution en 2004 conectándolo a una salida de aire del sistema de depuración de emisiones de una fundición. Michel Lepage, director de laboratorios y medio ambiente de Alcoa, dice que la tecnología funcionó bien. El sistema eliminó el 80 por ciento del CO2, que es bastante grande, dice Lepage, enfatizando que fue una prueba a pequeña escala. Pero nos dijo que tiene un gran potencial.
CO2 Solution también ve su tecnología al servicio de algunos nichos industriales. La semana pasada, la empresa obtuvo una patente europea para el proceso de capturar las emisiones de dióxido de carbono de las fábricas de cemento y convertirlas en bicarbonato y, finalmente, en piedra caliza, un ingrediente clave en la fabricación del cemento en sí. La empresa ya tiene una patente estadounidense sobre el proceso. El bicarbonato también es útil para producir compuestos de carbonato para neutralizar desechos industriales y algunos efluentes.
Por su parte, Babcock y Wilcox están estrictamente interesados en la remoción, compresión y secuestro geológico de dióxido de carbono; cualquier producto final que pueda resultar sería simplemente una ventaja. Francamente, todo se reduce a cuál es el costo en dólares por tonelada evitada de CO2, dice Langley. Ese es nuestro punto focal.
Langley enfatiza que la tecnología de CO2 Solution aún se encuentra en una etapa embrionaria de desarrollo y que existen importantes obstáculos económicos y técnicos que superar. Hoy en día, no existe ninguna tecnología que esté realmente a la altura de donde debemos estar, dice.
Las técnicas de la empresa para reproducir la enzima ya han provocado una caída significativa en los costos de producción de la enzima. Quizás el mayor desafío será producir suficientes enzimas para procesar la enorme cantidad de dióxido de carbono que se emitiría desde una central eléctrica de carbón o gas. CO2 Solution está decidido a hacerlo, particularmente dado el perfil elevado del cambio climático y la probabilidad de que la regulación del carbono esté a la vuelta de la esquina.