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depurador de dióxido de carbono

Un depurador de dióxido de carbono Un depurador de dióxido de carbono es un equipo que absorbe dióxido de carbono (CO₂ ) . Se utiliza para tratar los gases de escape de plantas ...

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Un depurador de dióxido de carbono

Un depurador de dióxido de carbono es un equipo que absorbe dióxido de carbono (CO₂ ) . Se utiliza para tratar los gases de escape de plantas industriales o del aire exhalado en sistemas de soporte vital como respiradores , naves espaciales , sumergibles o cámaras herméticas . Los depuradores de dióxido de carbono también se utilizan en el almacenamiento en atmósfera controlada (AC) y en procesos de captura y almacenamiento de carbono . Algunos incluyen un recipiente absorbente .

Limpieza con aminas

Los depuradores de aminas utilizan diversas aminas orgánicas , por ejemplo, monoetanolamina . Las soluciones frías de estos compuestos orgánicos se unen al CO₂ , pero esta unión se invierte a temperaturas más altas:

CO 2 + 2 HOCH2 CH2 NH2 ↔HOCH2 CH2 NH + 3 +HOCH2 CH2 NHCO − 2

A partir de 2009Esta tecnología solo se ha implementado de forma limitada en centrales eléctricas de carbón debido a los costos de capital de instalación y los costos operativos de su utilización. [ 1 ] Sin embargo, la tecnología se ha utilizado como parte fundamental del control de la atmósfera en submarinos nucleares desde finales de la década de 1950.

Minerales y zeolitas

Varios minerales y materiales similares a los minerales se unen reversiblemente al CO₂ . [ 2 ] Con mayor frecuencia, estos minerales son óxidos o hidróxidos, y a menudo el CO₂ se une como carbonato. El dióxido de carbono reacciona con la cal viva (óxido de calcio) para formar piedra caliza ( carbonato de calcio ), [ 3 ] en un proceso llamado ciclo de carbonato . Otros minerales incluyen la serpentinita , un hidróxido de silicato de magnesio , y la olivina . [ 4 ] [ 5 ] Los tamices moleculares también funcionan en esta capacidad.

Se han propuesto varios procesos de lavado (cíclicos) para eliminar el CO₂ del aire o de los gases de combustión y liberarlo en un entorno controlado, revirtiendo el agente de lavado. Estos generalmente implican el uso de una variante del proceso Kraft que puede basarse en hidróxido de sodio . [ 6 ] [ 7 ] El CO₂ se absorbe en dicha solución, se transfiere a la cal (a través de un proceso llamado caustificación) y se libera nuevamente mediante el uso de un horno . Con algunas modificaciones a los procesos existentes (principalmente cambiando a un horno alimentado con oxígeno ) el escape resultante se convierte en una corriente concentrada de CO₂ , lista para almacenarse o usarse como combustible. Una alternativa a este proceso termoquímico es uno eléctrico que libera el CO₂ a través de la electrólisis de la solución de carbonato. [ 8 ] Si bien es más simple, este proceso eléctrico consume más energía ya que la electrólisis también disocia el agua . Las primeras versiones de la captura de CO₂ con motivación ambiental usaban electricidad como fuente de energía y, por lo tanto, dependían de energía verde. Algunos sistemas térmicos de captura de CO₂ utilizan calor generado en el sitio, lo que reduce las ineficiencias resultantes de la producción de electricidad fuera del sitio, pero aún necesitan una fuente de calor (verde) , que podría proporcionar la energía nuclear o la energía solar concentrada . [ 9 ]

hidróxido de sodio

Zeman y Lackner describieron un método específico de captura de aire. [ 10 ]

En primer lugar, el CO₂ es absorbido por una solución alcalina de NaOH para producir carbonato de sodio disuelto . La reacción de absorción es una reacción gas-líquido, fuertemente exotérmica, en este caso:

2NaOH(aq) + CO 2 (g) → Na2 CO3 (aq) +H 2 O(l)
N / A2 CO3 (ac) +Ca(OH)2 (s) → 2NaOH(aq) +CaCO3 (s)
ΔH° = −114,7 kJ/mol

La caustificación se realiza de forma generalizada en la industria de la pulpa y el papel y transfiere fácilmente el 94 % de los iones carbonato del sodio al catión calcio. [ 10 ] Posteriormente, el precipitado de carbonato de calcio se filtra de la solución y se descompone térmicamente para producir CO₂ gaseoso . La reacción de calcinación es la única reacción endotérmica del proceso y se muestra aquí:

CaCO3 (s) → CaO(s) + CO2(g)
ΔH° = +179,2 kJ/mol

La descomposición térmica de la calcita se lleva a cabo en un horno de cal alimentado con oxígeno para evitar una etapa adicional de separación de gases. La hidratación de la cal (CaO) completa el ciclo. La hidratación de la cal es una reacción exotérmica que puede realizarse con agua o vapor. Con agua, se trata de una reacción líquido-sólido, como se muestra aquí:

CaO(s) + H₂O ( l) → Ca(OH) ₂2 (s)
ΔH° = −64,5 kJ/mol

hidróxido de litio

Otras bases fuertes como la cal sodada , el hidróxido de sodio , el hidróxido de potasio y el hidróxido de litio pueden eliminar el dióxido de carbono mediante una reacción química . En particular, el hidróxido de litio se utilizó a bordo de naves espaciales , como en el programa Apolo , para eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera. Reacciona con el dióxido de carbono para formar carbonato de litio . [ 11 ] Recientemente, la tecnología de absorción de hidróxido de litio se ha adaptado para su uso en máquinas de anestesia . Las máquinas de anestesia que proporcionan soporte vital y agentes inhalados durante la cirugía suelen emplear un circuito cerrado que requiere la eliminación del dióxido de carbono exhalado por el paciente. El hidróxido de litio puede ofrecer algunas ventajas en cuanto a seguridad y comodidad en comparación con los productos más antiguos a base de calcio.

2 LiOH(s) + 2 H 2 O (g) → 2 LiOH · H 2 O (s)
2 LiOH · H 2 O (s) + CO 2 (g) → Li2 CO3 (s) + 3H 2 O(g)

La reacción neta es:

2LiOH(s) + CO 2 (g) → Li2 CO3 (s) +H 2 O(g)

También se puede utilizar peróxido de litio, ya que absorbe más CO₂ por unidad de peso con la ventaja añadida de liberar oxígeno. [ 12 ]

En los últimos años, el ortosilicato de litio ha atraído mucha atención para la captura de CO₂ y el almacenamiento de energía. [ 8 ] Este material ofrece ventajas de rendimiento considerables, aunque requiere altas temperaturas para que se produzca la formación de carbonato.

Sistema regenerativo de eliminación de dióxido de carbono

El sistema regenerativo de eliminación de dióxido de carbono (RCRS) del transbordador espacial utilizaba un sistema de dos lechos que proporcionaba una eliminación continua de dióxido de carbono sin productos consumibles. Los sistemas regenerativos permitieron que una misión del transbordador permaneciera más tiempo en el espacio sin tener que reponer sus cartuchos de sorbente . Los sistemas más antiguos basados ​​en hidróxido de litio (LiOH), que no son regenerables, fueron reemplazados por sistemas regenerables basados ​​en óxidos metálicos . Un sistema basado en óxido metálico consistía principalmente en un cartucho de sorbente de óxido metálico y un conjunto regenerador. Funcionaba eliminando el dióxido de carbono mediante un material sorbente y luego regenerando dicho material. El cartucho de sorbente de óxido metálico se regeneraba bombeando aire a aproximadamente 200 °C (392 °F) a través de él a un caudal estándar de 3,5 L/s (7,4 pies cúbicos /min) durante 10 horas. [ 13 ]     

Carbón activado

El carbón activado puede utilizarse como depurador de dióxido de carbono. Se puede soplar aire con alto contenido de dióxido de carbono, como el procedente de zonas de almacenamiento de fruta, a través de lechos de carbón activado, donde el dióxido de carbono se adhiere (adsorción). Una vez saturado el lecho , debe regenerarse soplando aire con bajo contenido de dióxido de carbono, como el aire ambiente, a través de él. Esto libera el dióxido de carbono del lecho, que puede utilizarse de nuevo para la depuración, manteniendo la misma cantidad neta de dióxido de carbono en el aire que al inicio del proceso.

Estructuras metalorgánicas (MOF)

Los marcos metalorgánicos (MOF) se han estudiado ampliamente para la captura y el secuestro de dióxido de carbono mediante adsorción . [ 14 ] No existe tecnología comercial a gran escala. [ 15 ] En una serie de pruebas, los MOF lograron separar el 90 % del CO₂ de la corriente de gases de combustión mediante un proceso de variación de presión al vacío. Se estima que el costo de la energía aumentaría un 65 % si se utilizaran MOF, en comparación con un aumento del 81 % si se usaran aminas como agente de captura. [ 16 ]

Cartucho de aire extendido

Un cartucho de aire extendido (EAC) es una marca o tipo de cartucho absorbente precargado de un solo uso que se puede colocar en una cavidad receptora en un respirador de diseño adecuado. [ 17 ]

Otros métodos

Se han analizado muchos otros métodos y materiales para la eliminación del dióxido de carbono.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Gary T. Rochelle (2009). "Amine Scrubbing for CO 2 Capture". Science . 325 (5948): 1652– 4. Bibcode : 2009Sci...325.1652R . doi : 10.1126/science.1176731 . PMID 19779188 . S2CID 206521374 .  
  2. ↑ Sunho Choi; Jeffrey H. Drese; Christopher W. Jones (2009). "Materiales adsorbentes para la captura de dióxido de carbono de grandes fuentes puntuales antropogénicas". ChemSusChem . 2 (9): 796– 854. Bibcode : 2009ChSCh...2..796C . doi : 10.1002/cssc.200900036 . PMID 19731282 . 
  3. ↑ "Imagina que no hay restricciones al uso de combustibles fósiles y que no hay calentamiento global" . ScienceDaily . 15 de abril de 2002. Archivado del original el 17 de julio de 2018. Consultado el 28 de febrero de 2018 .
  4. ↑ "Un mineral natural atrapa el dióxido de carbono" . ScienceDaily . 3 de septiembre de 2004. Archivado del original el 5 de junio de 2011. Consultado el 1 de junio de 2011 .
  5. ↑ "Sostenibilidad y el horno TecEco" . Archivado del original el 25 de octubre de 2005. Consultado el 25 de octubre de 2005 .
  6. ↑ Kenneth Chang (19 de febrero de 2008). "Los científicos convertirían los gases de efecto invernadero en gasolina" . The New York Times . Consultado el 29 de octubre de 2009 .
  7. ↑ Brahic, Catherine (3 de octubre de 2007). "Una 'esponja' química podría filtrar el CO2 del aire y el medio ambiente" . New Scientist . Archivado del original el 26 de febrero de 2010. Consultado el 29 de octubre de 2009 .Zeman, Frank (2007). "Balance energético y material de la captura de CO2 del aire ambiente". Environ. Sci. Technol . 41 (21): 7558– 63. Bibcode : 2007EnST...41.7558Z . doi : 10.1021 / es070874m . PMID 18044541. S2CID 27280943 .  
  8. 1 2 Quinn, R.; Kitzhoffer, RJ; Hufton, JR; Golden, TC (2012). "Un absorbente sólido a base de ortosilicato de litio de alta temperatura para la captura de CO 2 posterior a la combustión ". Ind. Eng. Chem. Res . 51 (27): 9320– 7. doi : 10.1021/ie300157m .
  9. ↑ Kunzig, Robert; Broecker, Wallace (12 de enero de 2009). "¿Puede la tecnología aclarar el ambiente?" . New Scientist . Archivado del original el 6 de junio de 2015. Recuperado el 29 de octubre de 2009 .
  10. 1 2 Zeman, FS; Lackner, KS (2004). "Captura de dióxido de carbono directamente de la atmósfera". World Resour. Rev. 16 : 157–172 .
  11. ↑ JR Jaunsen (1989). "Comportamiento y capacidades de los depuradores de dióxido de carbono con hidróxido de litio en un entorno de aguas profundas" . Informe técnico de la Academia Naval de los Estados Unidos . USNA-TSPR-157. Archivado del original el 24 de agosto de 2009. Consultado el 17 de junio de 2008 .
  12. ↑ Petzow, GN; Aldinger, F.; Jönsson, S.; Welge, P.; Van Kampen, V.; Mensing, T.; Brüning, T. (2005). "Berilio y compuestos de berilio". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . doi : 10.1002/14356007.a04_011.pub2 . ISBN 978-3527306732. S2CID 262306041 . 
  13. ↑ "Eliminación de dióxido de carbono" . Hamilton Sundstrand. Archivado del original el 31 de octubre de 2007. Recuperado el 27 de octubre de 2008. El nuevo sistema basado en óxido metálico reemplaza el sistema existente de eliminación de dióxido de carbono (CO2) de hidróxido de litio (LiOH) no regenerable ubicado en el Sistema Primario de Soporte Vital de la EMU.
  14. ↑ "MOF para CO2" . MOF Technologies . Archivado del original el 27 de febrero de 2021. Consultado el 7 de abril de 2021 .
  15. ↑ Li, Jian-Rong (2011). "Adsorción y separación de gases relacionados con la captura de dióxido de carbono en estructuras metalorgánicas" (PDF) . Coordination Chemistry Reviews . 255 ( 15–16 ): 1791–1823 . doi : 10.1016/j.ccr.2011.02.012 . Archivado del original (PDF) el 9 de septiembre de 2016.
  16. ↑ Willis, Richard; Lesch, David A. (2010). "Eliminación de dióxido de carbono de gases de combustión mediante estructuras metalorgánicas microporosas". Informe técnico final . Número de subvención del DOE: DE-FC26-07NT43092. doi : 10.2172/1003992 . OSTI 1003992 . 
  17. ↑ "Extender cartucho de aire" . dykarna (en sueco). Archivado del original el 30 de diciembre de 2021. Recuperado el 30 de diciembre de 2021 .
  18. ↑ Siriwardane, R.; Shen, M.; Fisher, E.; Poston, J.; Shamsi, A. (2001). "Adsorción y desorción de CO₂ en adsorbentes sólidos" . Laboratorio Nacional de Tecnología Energética. CiteSeerX 10.1.1.205.844 . DOE/NETL-2001/1144. Archivado del original el 10 de febrero de 2025. Recuperado el 21 de noviembre de 2021 .