Nuevas tecnologías que producen productos químicos a partir del aire
El proyecto CELBICON, financiado con fondos europeos, abordó este desafío, mediante la captura del CO2 atmosférico y su conversión mediante una secuencia de pasos electroquímicos y bioquímicos en compuestos químicos complejos y valiosos. Estos tienen una huella de carbono extremadamente baja e incluso negativa y la energía necesaria para las conversiones puede proceder, en última instancia, de fuentes de energía sostenibles. Esto ayudará a la UE a cumplir los niveles objetivo del 20 % de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero para 2020 y a que se logre una mayor reducción de hasta el 80-95 % para 2050 en comparación con 1990. Los socios del proyecto desarrollaron tecnologías para alcanzar unos resultados de rendimiento y de eficiencia sin precedentes en una línea de fabricación de alta presión y de baja presión. «La primera producía bioplástico polihidroxialcanoato (PHA) y metano (CH4) presurizado mediante la generación electroquímica intermedia de gas de síntesis, seguida de pasos de fermentación específicos. La segunda línea de fabricación se centró en la producción de productos químicos de valor añadido por fermentación de los productos intermedios C1 (moléculas con un solo átomo de carbono) solubles en agua resultantes de la reducción del CO2», comenta Debora Fino, coordinadora del proyecto. Ambas líneas de proceso se sometieron a un programa exhaustivo de I+D para el desarrollo de los componentes, con el montaje de tres instalaciones de pruebas hasta la fase en la que podrían ser comercializadas. «Estas líneas implican la captura directa del CO2 del aire, un método eficiente desde el punto de vista energético para comprimir y disolver el CO2 en agua para obtener disoluciones concentradas de CO2 de alta presión y, finalmente, la producción bioquímica de CH4 a partir de CO2 e hidrógeno», explica Fino.
Un método innovador
La primera tecnología de captura de CO2 desarrollada por los miembros del consorcio ya se ha integrado completamente en un proceso de captura y utilización de carbono. Este método aprovecha dos procesos electroquímicos prospectivos impulsados por electricidad de fuentes renovables cuyo objetivo es la conversión del CO2 atmosférico en productos químicos valiosos. El segundo prototipo funcional y automatizado para la compresión y disolución de CO2 logró una reducción de alrededor del 40 % de la demanda energética en comparación con el proceso estándar (en primer lugar, compresión del gas y, a continuación, disolución al nivel de alta presión). El concepto propuesto conlleva la utilización de un pulverizador de agua densa dentro del compresor para refrigerar el gas comprimido al mismo tiempo. Esto provoca condiciones isotérmicas junto con la disolución inmediata del CO2 en el agua, ya que la presión aumenta debido a la interfaz de gran tamaño entre el CO2 y las gotitas y los filamentos de agua. «El resultado es un proceso que disminuye el consumo energético total debido a las condiciones isotérmicas y a la disminución simultánea de la cantidad de CO2 en la fase gaseosa que se desea comprimir», explica Fino.
Mayor eficiencia, menores costes
Finalmente, el tercer proceso bioquímico logró la conversión del CO2 en CH4 en presencia del hidrógeno y el monóxido de carbono generados en un electrolizador en un bastidor de biorreactor resistente a la presión integrado y a medida. El biorreactor ha sido diseñado y fabricado para funcionar a una presión ambiental de 50 barg de presión manométrica. Además, se establecieron nuevas estrategias de cribado para el desarrollo de bioprocesos de conversión de gas y se cribaron varias cepas de bacterias metanogénicas por su capacidad de convertir el CO2 en CH4. El funcionamiento a alta presión junto con la presencia de bacterias permitió romper las barreras cinéticas y alcanzar unos niveles de productividad de CO2 a CH4 sin precedentes. Por tanto, CELBICON conducirá a procesos radicalmente novedosos que emplean electroquímica y biorreactores, que se combinan en una única unidad de proceso, más funciones para lograr eficiencias de conversión más elevadas con una inversión y unos costes de explotación menores. «La utilización del CO2 por parte de bioprocesos de conversión de gas biológico es un ámbito innovador con oportunidades significativas para el medio ambiente, la economía y la sociedad», concluye Fino.
Palabras clave
CELBICON, CO2, CH4, electroquímica, bioquímica, biorreactor, bacteria, polihidroxialcanoato, metano, metanogénico