ENTÉRATE
La combustión en ciclos químicos: un remedio para el calentamiento global
*Favio Antonio Ocampo-Vaca y Rafael Maya-Yescas
Según algunas evidencias, hace aproximadamente 1.7 millones de años que el Homo erectus domesticó al fuego. Desde entonces, este ha sido un inseparable amigo del hombre y, por increíble que parezca, hoy en día, en buena medida, seguimos dependiendo de este antiguo amigo. La razón es simple: el fuego es una fuente de energía práctica y barata. Ahora sabemos que el fuego es el resultado de una reacción química denominada combustión, la cual necesita de tres agentes: combustible, oxígeno y una chispa. En otras palabras, la combustión es un fenómeno que consiste en la oxidación de un material mediante un proceso químico que se hace visible a través del fuego y que proporciona energía en forma de calor y de luz.
Queda claro que, desde que el hombre pudo obtener energía fácil y barata a partir de quemar materia orgánica (madera, carbón, resinas, aceites, gases, etc.), jamás ha dejado de hacerlo. Sin embargo, no fue hasta la segunda mitad del siglo XIX, con la denominada Revolución Industrial, cuando se comenzaron a quemar combustibles fósiles en grandes cantidades y de manera indiscriminada, siendo hasta la segunda mitad del siglo XX cuando se comenzaron a observar las consecuencias de la quema de miles de millones de toneladas de materia orgánica.
Se sabe que el planeta ha pasado por distintos cambios de temperatura a lo largo de su historia. En el último millón de años han ocurrido ocho ciclos de glaciaciones y de periodos más cálidos. El final de la última glaciación, hace aproximadamente diez mil años, marcó el comienzo de la era climática actual y con ella el desarrollo de la humanidad moderna. La mayoría de estos antiguos cambios en el clima han sido atribuidos a pequeñas variaciones en la órbita del planeta alrededor del sol, las cuales cambiaron la cantidad de energía solar que incidía en el planeta, manifestándose los distintos periodos de enfriamiento o calentamiento.
En la actualidad, la velocidad con que se está incrementando la temperatura promedio del planeta no tiene precedente en la Era Moderna. Es difícil contraargumentar que el ser humano no tenga responsabilidad en el desarrollo de este fenómeno climatológico adverso, pues existe evidencia suficiente para atribuirnos esta responsabilidad.
A mediados del siglo XIX, científicos demostraron la capacidad de algunos gases para retener o atrapar el calor, por ejemplo, el dióxido de carbono (CO2). En la actualidad, se sabe cuáles son los gases con mayor potencial para atrapar el calor: H2O, CO2, CH4, NO2, CFC y SF6. Estos gases, al atrapar el calor, provocan el fenómeno conocido como efecto invernadero y este, a su vez, induce el calentamiento global.
Entre los gases de efecto invernadero más importantes encontramos el dióxido de carbono y el vapor de agua que, justamente, son los principales gases que se producen durante la quema de combustible orgánico. En este sentido, las evidencias apuntan al dióxido de carbono, ya que se ha encontrado una correlación relevante entre el aumento de la concentración de este en la atmósfera y el incremento de la temperatura promedio del planeta.
Como se mencionó, durante la reacción de combustión de cualquier material orgánico se forma, principalmente, vapor de agua y dióxido de carbono. Si ambas sustancias son consideradas gases con alto potencial para provocar el efecto invernadero, entonces el lector podría preguntarse: ¿Por qué el responsable del calentamiento global es solamente el dióxido de carbono y no el vapor de agua o ningún otro gas mencionado en la lista anterior? La respuesta es que, en primer lugar, el dióxido de carbono representa las mayores emisiones de todas las emisiones antropogénicas a nivel mundial y, en segundo lugar, el dióxido de carbono, al ser un gas, no se condensa en condiciones normales en la atmósfera, mientras que el vapor de agua es fácilmente condensable, lo que significa que el dióxido de carbono tiene una mayor longevidad en la atmósfera y, como consecuencia, se va acumulando en la misma, en tanto que el vapor de agua cumple con un ciclo mucho más rápido al condensarse en forma de lluvia.
En 1997, durante la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, se firmó el Protocolo de Kyoto, el cual estableció el compromiso de los países con las economías más importantes para reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero, principalmente, dióxido de carbono. Esto lleva a una disyuntiva, puesto que el desarrollo de los países y de sus economías está ligado al consumo energético y, como ya se mencionó, la manera más barata de conseguir energía es quemando combustibles fósiles, entonces, ¿podrían acaso mantenerse las economías globales consolidadas y emergentes reduciendo drásticamente el consumo de combustibles fósiles?, ¿es verosímil que los países con grandes reservas de petróleo y gas natural cierren los grifos y tapen sus pozos de extracción de hidrocarburos? En ambos casos, la respuesta parece ser no.
Una alternativa que conjuga la necesidad de seguir utilizando combustibles fósiles y la urgencia por disminuir las descargas de dióxido de carbono a la atmósfera son los sistemas de combustión en ciclos químicos (CLC, por sus siglas en inglés). Este tipo de sistemas tienen el objetivo de capturar el dióxido de carbono antes de descargarlo a la atmósfera. En la inmensa mayoría de los sistemas de combustión no es rentable, económicamente halando, la separación y captura del dióxido de carbono, ya que para llevar a cabo la quema del combustible se utiliza aire como fuente para proporcionar el oxígeno necesario para la combustión. Una vez terminada la combustión, los gases del vapor de agua y del dióxido de carbono salen mezclados con los gases del aire (oxígeno, nitrógeno, etc.), por lo que separar esta mezcla gaseosa es prácticamente inviable, ya que implica grandes costos económicos. Sin embargo, de acuerdo con un informe del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés) sobre captura y almacenamiento de dióxido de carbono, se identificó a la combustión en ciclos químicos como una de las tecnologías más baratas para la captura de dióxido de carbono.
La combustión en ciclos químicos plantea llevar a cabo una combustión en ausencia de aire, con la finalidad de obtener una corriente de descarga de gases de combustión (vapor de agua y dióxido de carbono) prácticamente pura, evitando que se mezclen con los gases del aire para después poder separarla fácilmente condensado el vapor de agua. El sistema funciona con dos reactores que están interconectados (combustor y regenerador), en donde un conjunto de partículas metálicas, que se oxidan en el regenerador, «acarrean» el oxígeno del aire (al momento de oxidarse) hacia el combustor donde aportan ese oxígeno para que pueda llevarse a cabo la combustión. Posteriormente, las partículas metálicas regresan al regenerador donde, en contacto con el aire, vuelven a oxidarse y el ciclo comienza de nuevo. Este sistema permite capturar el dióxido de carbono sin altos costos, evitando descargarlo a la atmósfera y, al mismo tiempo, permite aprovechar la tan anhelada y útil energía de la combustión.
Este sistema ha sido probado acoplando plantas termoeléctricas en algunos países del mundo, obteniendo buenos resultados en la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. De esta manera, queda de manifiesto el gran potencial que tienen los sistemas de combustión en ciclos químicos para la reducción de las emisiones de dióxido de carbono, sin dejar de lado la necesidad de seguir aprovechando las reservas de hidrocarburos.
La aplicación de esta tecnología se encuentra aún en desarrollo y su implementación a gran escala todavía no ha sido posible debido a que enfrenta grandes desafíos técnicos; sin embargo, cuenta con un extraordinario potencial para la captura de dióxido de carbono.
*Favio Antonio Ocampo-Vaca. Investigador de la Unidad de Tecnología Ambiental del Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco, A.C. (CIATEJ).
Guadalajara, Jalisco.
Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.
*Rafael Maya-Yescas. Investigador en el programa de Doctorado en Ciencias en Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Michoacana de San Nicolás
de Hidalgo. Morelia, Michoacán.
Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.
REVISADO: 03/07/2024; ACEPTADO: 19/02/2025; PUBLICADO: 19/12/2025
Cabello A., Gayán P. y Abad A. (2013). Evaluación de un transportador de oxígeno basado en fe para la combustión de CH4 en presencia de H2S mediante el proceso de chemical looping. October 2013. Conference: XII Reunión del Grupo Español del Carbón. https://www.researchgate.net/publication/272826740_EVALUACION_DE_UN_TRANSPORTADOR_DE_OXIGENO_BASADO_EN_Fe_PARA_LA_COMBUSTION_DE_CH4_EN_PRESENCIA_DE_H2S_MEDIANTE_EL_PROCESO_DE_CHEMICAL_LOOPING
Czakiert T., Krzywanski J., Zylka A. y Nowak W. (2022). Combustión química en bucle: una breve descripción. Energías, 15(4), 1563. https://www.mdpi.com/1996-1073/15/4/1563
Daneshmand-Jahromi S., Hashem-Sedghkerdar M. y Mahinpey N. (2023). A review of chemical looping combustion technology: Fundamentals, and development of natural, industrial waste, and synthetic oxygen carriers. Fuel, 341, 127626. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.127626