Cómo pueden las fábricas de cemento eliminar el CO₂ de la atmósfera
Un nuevo análisis del ciclo de vida muestra cómo el DAC con recirculación de calcio puede reducir el impacto climático de la producción de cemento en un 78 %
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La producción de cemento se sitúa entre las mayores fuentes industriales de CO₂ del mundo. Un nuevo estudio revela ahora cómo la producción de cemento podría utilizarse en el futuro para eliminar el CO₂ de la atmósfera, gracias a una tecnología basada en la cal.
El cemento es uno de los materiales de construcción más demandados de nuestro tiempo. Cada año se producen alrededor de cuatro mil millones de toneladas. La producción de cemento consume mucha energía y, durante el proceso, se emiten gases de efecto invernadero, especialmente durante la descomposición térmica de la piedra caliza, la materia prima natural más importante para la fabricación de cemento.
En un nuevo estudio, investigadores de la ETH demuestran que estas emisiones podrían reducirse significativamente si la producción de cemento se combinara con una tecnología para la captura directa de CO₂ de la atmósfera, conocida como «captura directa del aire» (DAC, por sus siglas en inglés).
Según los cálculos de los investigadores del grupo dirigido por André Bardow, catedrático de Ingeniería de Energía y Sistemas de Procesos, el impacto climático de la producción de cemento podría reducirse significativamente para el año 2050. En la actualidad, es responsable de entre el cinco y el ocho por ciento de las emisiones globales de CO₂. «Desde una perspectiva climática, la combinación de la DAC y la producción de cemento es muy prometedora», afirmó Vittoria Bolongaro, estudiante de doctorado que colabora con Bardow y autora principal de la publicación.
Aprovechar las sinergias
Para el estudio, los investigadores colaboraron con la empresa estadounidense Heirloom Carbon Technologies. La empresa es uno de los principales desarrolladores mundiales de DAC basado en el «calcium looping» —un proceso que utiliza un ciclo químico en el que intervienen diversos compuestos de calcio—. El punto de partida es el carbonato cálcico, es decir, la piedra caliza, que se extrae en canteras de todo el mundo. Las plantas de DAC que utilizan el «calcium looping» y las cementeras operan con los mismos compuestos de calcio y emplean el mismo proceso: la piedra caliza se calienta hasta que se descompone en cal viva y CO₂, un proceso conocido como calcinación.
En la producción integrada de cemento mediante DAC con «calcium looping», se utiliza para la calcinación un horno alimentado con electricidad en lugar de con combustibles fósiles, como el carbón o el gas. De este modo se evitan las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes del horno de combustión. Al mismo tiempo, el CO₂ producido durante el proceso de calcinación puede capturarse directamente, ya que no está contaminado por los gases de escape de la combustión. Según los cálculos del estudio, la electrificación del horno y el uso de la captura directa de CO₂ por sí solos podrían reducir el impacto climático de la producción de cemento en un 78 % para 2050.
Una vez que se ha añadido agua a la cal viva, la cal apagada absorbe más CO₂ de la atmósfera y se convierte de nuevo en piedra caliza, que luego puede reutilizarse como materia prima para la producción de cemento. Cuantas más veces el calcio pase por este ciclo de contacto con el aire antes de ser transformado en cemento, más CO₂ eliminará la planta de la atmósfera. El CO₂ capturado de la atmósfera no queda retenido en el cemento. En su lugar, se comprime y se transporta a instalaciones de almacenamiento subterráneo.
Cifras reales
«Heirloom era el socio ideal para nosotros, ya que la empresa ya está operando los primeros sistemas DAC de “calcium looping” a escala comercial», subrayó Bolongaro. En California, la empresa lleva operando desde 2023 una planta con una capacidad nominal anual de 1 000 toneladas de CO₂.
Está prevista la construcción de otra planta, significativamente más grande, en Luisiana en los próximos años. «La colaboración resultó beneficiosa para ambas partes: nuestro socio quería conocer mejor la huella medioambiental de la tecnología, y nosotros pudimos basar nuestros cálculos y escenarios en datos industriales primarios procedentes de operaciones reales», explica Bolongaro.
El estudio actual es el primer análisis prospectivo del ciclo de vida de la captura de CO₂ directa (DAC) mediante el ciclo del calcio a escala industrial. Al realizar el análisis, los investigadores no solo tuvieron en cuenta el funcionamiento de la planta, sino también todos los impactos medioambientales a lo largo de la cadena de procesos; desde la extracción de la materia prima, pasando por la construcción y el funcionamiento de la planta, hasta el almacenamiento del CO₂ capturado.
En un primer momento, Bolongaro y su equipo querían averiguar si las plantas comerciales de mayor tamaño eliminan más CO₂ a lo largo de todo su ciclo de vida del que producen. En una segunda fase, los investigadores examinaron si la reducción de las emisiones de CO₂ se produce a costa de otros factores medioambientales, como el uso del agua o del suelo.
Sus resultados mostraron que, con diferencia, la mayor parte de la huella ambiental se debe a la energía necesaria para el proceso, ya que la captura de CO₂ del aire consume mucha energía. Esto también se aplica a otros procesos de captura directa de carbono (DAC). Por ello, en el marco del estudio se analizaron diversos escenarios energéticos: el funcionamiento de la planta utilizando la actual combinación energética de EE. UU., el uso de una combinación energética altamente descarbonizada compuesta por energía eólica y solar, y la utilización de un sistema totalmente autónomo con energía fotovoltaica y almacenamiento en baterías.
«Hemos podido demostrar que la tecnología tiene una huella de carbono neta negativa; en otras palabras, las plantas comerciales de DAC con ciclo del calcio y almacenamiento de CO₂ eliminan más CO₂ del que generan a lo largo de todo su ciclo de vida», afirma Bolongaro. «En función de la combinación energética utilizada en nuestras proyecciones, la eficiencia de la eliminación de CO₂ para 2050 oscila entre el 85 % y el 96 %». En otras palabras: por cada tonelada de CO₂ que se captura y almacena, se generan entre 40 y 150 kg de CO₂ en la cadena de procesos. Esto es comparable a las cifras de otros sistemas de DAC. El uso de energías renovables para alimentar la planta permite alcanzar la máxima eficiencia.
Lo que aún debe demostrar el ensayo de campo
«La principal ventaja de las plantas de DAC que utilizan el ciclo del calcio es que esta tecnología puede integrarse en un proceso de producción de cemento ya bien establecido», explica Bolongaro. Los ajustes necesarios para integrar el DAC en la producción de cemento son relativamente sencillos.
En primer lugar, se necesitan contactores de aire adicionales para capturar el CO₂ de la atmósfera. Además, el horno en el que se calcina la piedra caliza a altas temperaturas debe funcionar con energía baja en carbono o libre de carbono para garantizar la mayor eliminación neta posible.
«Desde una perspectiva climática, este enfoque resulta muy prometedor como solución escalable que se integra en las cadenas de suministro industriales existentes, al tiempo que impulsa la descarbonización del sector del cemento», subraya Bolongaro. Ahora es necesario realizar un análisis más detallado de los límites físicos y económicos de esta integración.
Los cálculos clave del estudio se basan en escenarios futuros hasta el año 2050 y asumen un avance significativo en la descarbonización del suministro eléctrico. Además, algunos de los componentes de la planta, en particular los hornos de calcinación eléctricos de calentamiento indirecto, aún no se utilizan a gran escala en la industria. Por lo tanto, queda por ver si el sistema puede funcionar de forma rentable; hasta la fecha, el estudio no ha incluido un análisis detallado de los costes.
En consecuencia, para Bolongaro, los resultados representan un importante punto de partida que pone de relieve el potencial climático de este enfoque.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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