miniaturadeimagen|Un extractor de dióxido de carbono
Un extractor de dióxido de carbono o depurador de dióxido de carbono (carbon dioxide scrubber) es un dispositivo que absorbe dióxido de carbono (CO₂) del aire ambiente o de un flujo de gases. Se utiliza para tratar los gases de escape de plantas industriales o el aire exhalado en sistemas de soporte vital como respiradores, naves espaciales, sumergibles o cámaras herméticas. El nombre en inglés, scrubber, viene del verbo to scrub, con el significado original de "raspar", pero estos dispositivos no hacen uso de efectos mecánicos, sino químicos. Los extractores 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.
Los diversos aparatos que extraen contaminantes de un flujo líquido o gaseoso suelen denominarse depuradores. También se llama depurador (debugger) a un programa informático para eliminar fallos (bugs) en el código fuente.
Extracción mediante aminas Algunos extractores de dióxido de carbono utilizan diversas aminas orgánicas, como etanolamina. Las soluciones frías de estos compuestos se unen al CO₂, pero si se eleva la temperatura de la solución se libera este CO₂:
CO 2 + 2 ↔ +
En 2009 está tecnología se aplicaba en pocas centrales de carbón, debido a los costes de capital y de operación. Sin embargo se ha utilizado como una parte primaria del control de la calidad del aire en submarinos nucleares (en un recinto hermético, los tripulantes inhalan oxígeno y exhalan dióxido de carbono; si no se retirara del aire, este se volvería irrespirable) desde el final de la década de 1950.
Minerales y zeolitas Varios minerales y materiales similares a los minerales se unen reversiblemente al CO₂. 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), en un proceso llamado ciclo de carbonato. Otros minerales incluyen la serpentinita, un hidróxido de silicato de magnesio, y la olivina. Los tamices moleculares también utilizan estas propiedades.
Se han propuesto varios procesos cíclicos de extracción para quitar CO₂ del aire o de los gases de combustión y liberarlo en un entorno controlado, haciendo que el agente extractor se vuelva liberador, por ejemplo elevando su temperatura. Estos procesos generalmente implican el uso de una variante del proceso Kraft que puede basarse en una solución de hidróxido de sodio. 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 de oxígeno), los gases de escape resultantes se convierten en una corriente concentrada de CO₂, lista para su almacenamiento (ver Captura y almacenamiento de carbono) o para fabricar combustible sintético.
Una alternativa a este proceso termoquímico es uno eléctrico que libera el CO₂ mediante la electrólisis de la solución de carbonato. Si bien es más simple, este proceso eléctrico consume más energía, ya que la electrólisis también divide el agua.
Las primeras versiones de la captura de CO₂ con fines ambientales (mitigación del cambio climático) utilizaban electricidad como fuente de energía y, por lo tanto, dependían de energía renovable (si se empleara energía no renovable, el CO₂ en la atmósfera aumentaría en vez de disminuir). Algunos sistemas térmicos de captura de CO₂ utilizan calor generado en el propio proceso que genera el CO₂, lo que reduce las ineficiencias que resultan de utilizar electricidad externa, pero aún necesitan una fuente de calor (verde), que la energía nuclear o la energía solar concentrada podrían proporcionar.
Hidróxido de sodio Zeman y Lackner describieron un método específico de captura de CO₂ del aire).
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 que se denomina caustificación:
2NaOH(ac) + CO 2 (g) → (ac) + (l)
(ac) + (s) → 2NaOH(ac) + (s)
ΔH° = −114,7 kJ/mol
Las letras entre paréntesis indican el estado del compuesto: (ac) para solución acuosa, (s) para sólido, (l) para líquido y (g) para gas. Se emplea ΔH° para indicar el calor liberado (signo -) o absorbido (signo +) por la reacción. H también se emplea en las fórmulas de los compuestos para representar el hidrógeno.
La caustificación se realiza de forma generalizada en la industria papelera y transfiere fácilmente el 94% de los iones carbonato del catión sodio al catión calcio. 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:
(s) → CaO(s) + (g)
ΔH° = +179,2 kJ/mol
La descomposición térmica de la calcita se lleva a cabo en un horno de cal alimentado con oxígeno (y no con aire, que también contiene nitrógeno) 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) → (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. 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 una 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 (g) → 2 LiOH· H2O (s) 2 LiOH· H2O (s) + (g) → (s) + 3 H2O (g)
La reacción neta es:
2LiOH(s) + (g) → (s) + H2O (g)
También se puede utilizar peróxido de litio, ya que absorbe más CO₂ por unidad de peso, con la ventaja añadida de liberar oxígeno.
En los últimos años, el ortosilicato de litio ha atraído mucha atención para la captura de CO₂ y el almacenamiento de energía. Este material ofrece ventajas de rendimiento considerables, aunque requiere altas temperaturas para que se produzca la formación de carbonato.
Sistema regenerativo de extracción de dióxido de carbono El sistema regenerativo de eliminación de dióxido de carbono (RCRS por sus siglas en inglés) del transbordador espacial utilizaba un sistema de 2 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.
Estos sistemas consistían principalmente en un cartucho de sorbente de óxido metálico y un conjunto regenerador. Funcionaba haciendo pasar el gas con dióxido de carbono a través del material sorbente y luego haciendo que dicho material soltara el CO₂, lo que se denomina "regenerar el material". El cartucho de sorbente de óxido metálico se regeneraba bombeando a través de él 3,5 litros por segundo de aire a aproximadamente durante 10 horas.
Carbón activado El carbón activado puede utilizarse como extractor de dióxido de carbono. Se puede soplar aire con alto contenido de dióxido de carbono, como el procedente de zonas de almacenamiento de fruta (al madurar, la fruta desprende dióxido de carbono, que debe eliminarse porque, a su vez, acelera la maduración), a través de lechos de carbón activado, al que 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 seguir extrayendo CO₂.
Estructuras metalorgánicas Los marcos metalorgánicos (MOF por sus siglas en inglés) se han estudiado ampliamente para la captura y el secuestro de dióxido de carbono mediante adsorción. En 2026 todavía no existe tecnología comercial a gran escala. 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 coste de la energía eléctrica producida por centrales de combustibles fósiles (carbón, fuelóleo o gas natural) aumentaría un 65% si utilizaran MOF para evitar emisiones de gases de efecto invernadero, en comparación con un aumento del 81% si se usaran aminas como agente de captura. La generación de energía eléctrica renovable no requiere estos dispositivos.
Cartucho de aire extendido Un cartucho de aire extendido (EAC) es un tipo de cartucho absorbente precargado de un solo uso que se puede colocar en una cavidad receptora en un respirador diseñado adecuadamente.
Otros métodos Se han analizado muchos otros métodos y materiales para quitar dióxido de carbono de un flujo de gases.
Adsorción Biorreactores llenos de algas Separaciones de gases por membrana Intercambiadores de calor reversibles
Véase también Extracción de dióxido de carbono Gas de efecto invernadero Reacción de Sabatier
Referencias
Categoría:Captura y almacenamiento de carbono Categoría:Tecnología del gas