El Dióxido de Carbono y el Futuro de la Producción de Energía Eléctrica

Autor: Dr. Pablo César Bueno Restrepo – Southwest Research Institute Fecha: Agosto 2017

En años recientes el dióxido de carbono, CO2, ha recibido mucha atención por su papel en el cambio climático. A pesar de ser muy baja, su concentración atmosférica ha aumentado de forma considerable en el último siglo como resultado de diferentes actividades humanas. Uno de los factores que más ha contribuido a ese incremento es la generación energética. Esto se debe a que desde el comienzo del siglo XX, los humanos hemos dependido principalmente de quemar hidrocarburos para la generación de energía y el CO2 (junto con el vapor de agua) es uno de los productos de ese proceso. Al mezclarse con la atmósfera, todo ese CO2 generado por las actividades humanas ayuda a que la radiación solar quede atrapada haciendo que la temperatura global promedio incremente. Es por esto que muchos esfuerzos recientes en investigación y desarrollo se han enfocado en reducir o eliminar por completo las emisiones de gases como el CO2.

Paradójicamente, algunos de esos esfuerzos se han centrado en el uso del CO2 para generación de energía eléctrica. Hoy en día las plantas nucleares, de carbón o de gas natural típicamente usan una turbina de vapor que se conecta a un generador eléctrico. Sin embargo, el CO2 se ha perfilado como una alternativa para reemplazar al vapor. Esto se debe a que en su fase supercrítica (es decir a alta presión y temperatura) el CO2 puede ayudar a generar energía de manera más eficiente. Por ejemplo, el CO2 supercrítico tiene una densidad similar a la de los líquidos pero una viscosidad similar a la de los gases. La combinación de estos efectos indica que podemos usarlo para generar energía de manera mucho más eficiente que los sistemas de vapor tradicionales.

Pero si lo que se busca es reducir las emisiones de CO2, ¿tiene sentido fomentar su uso para generación de energía? La respuesta es que sí. No solo es más eficiente sino que opera en ciclos cerrados; es decir, el CO2 siempre está recirculando y no regresa a la atmósfera. Esto quiere decir que en el futuro, cuando las tecnologías de captura y almacenamiento de CO2 estén más maduras, se podrá remover de la atmósfera y usar directamente en generación de energía. De esta manera también se contribuye no solo a reducir las emisiones sino a sustraerlo de la atmósfera y usarlo de manera productiva.

Un buen ejemplo de esta estrategia lo da el uso potencial del CO2 supercrítico en energía solar. De forma amplia, se pueden distinguir dos tipos energía eléctrica generada a partir del sol: la energía fotovoltaica y la energía solar concentrada. La primera es probablemente la más reconocida y es la que usa los paneles solares que todos conocemos. La segunda es mucho menos conocida pero es de gran interés para la generación de energía eléctrica a gran escala. Los sistemas de energía solar concentrada son aquellos que usan un sistema para enfocar la luz del sol (generalmente se usan espejos) y así calentar el fluido que luego pasa por la turbina. Avances recientes han demostrado que el CO2 supercrítico es un excelente candidato para reemplazar al vapor como el fluido que pasa por la turbina ya que la eficiencia es más alta y el tamaño de los componentes es más pequeño.

En resumen, aun cuando el CO2 sigue siendo uno de los gases que más contribuye al cambio climático, es posible que en un futuro sea un aliado en la búsqueda de la reducción de emisiones generadas durante por la generación de energía eléctrica.