ALMACENAMIENTO DE CO2


(Artículo escrito por Josu Aranbarri)


Introducción


Existe consenso en la mayoría de la comunidad científica sobre la existencia de un calentamiento global del planeta provocado por la acción humana. Este calentamiento está originando efectos alarmantes, cuya intensidad se prevé aumente progresivamente en el futuro. La fuerte dependencia del modo de producción y consumo de las sociedades actuales con respecto a las energías de origen fósil ha generado un volumen de emisiones que altera el equilibrio planetario. Por otro lado, no es posible cerrar el paso a los países en vías de desarrollo, que aspiran igualmente a industrializarse, lo que, con las tecnologías actuales, implicaría seguir aumentando las emisiones de gases de efecto invernadero, mientras los países industrializados debieran reducir su aportación.

El efecto de las emisiones de CO2 sobre el medio ambiente es cada vez más perjudicial y las consecuencias del cambio climático son patentes ya desde hace años. Es necesario, por tanto, desarrollar y aplicar políticas activas para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, y así restablecer su concentración atmosférica a niveles aceptables.

 Existen diferentes alternativas como reducir la generación en origen de dichas emisiones o apostar por la eficiencia energética, pero en los escenarios energéticos globales actuales no se centran en el origen del problema sino que se habla de adaptación y/o mitigación al cambio climático, lo cual no implica la toma de decisiones drásticas sino un conjunto de medidas que no interrumpa las dinámicas económicas interpuestas por los grandes mandatarios financieros.

La mayor parte de los escenarios prevén que el suministro de energía primaria seguirá estando dominado por los combustibles fósiles hasta, al menos, mediados de siglo, por lo que las opciones tecnológicas de estabilización atmosférica pueden resultar necesarias hasta afianzar nuevos retos energéticos.



CAC, captura, transporte y almacenamiento de CO2

Entre las opciones que se barajan en la actualidad para la mitigación y/o adaptación al cambio climático, se presentan como MTD (mejores técnicas disponibles, que se establecen mediante un intercambio de información entre la industria y la administración) la captura y el almacenamiento de CO2.

La captura, transporte y almacenamiento de CO2 (en adelante, CAC) se contempla como una de las medidas para la mitigación del cambio climático. Se estima que su contribución a nivel global en la reducción de emisiones de CO2 puede ser del 20-30% del total necesario.

La Tecnología de CAC o Carbon Capture and Storage (CCS) consiste en capturar el dióxido de carbono antes de su emisión a la atmósfera, principalmente a partir de grandes fuentes estacionarias y puntuales como centrales de generación de energía o plantas industriales (cementeras,…). Una vez capturado, el CO2 es comprimido y transportado al lugar donde es inyectado y almacenado.
 Diagrama esquemático del sistema de secuestro de CO2 (Watson et al., 2001)


Para impulsar las tecnologías de CAC se están desarrollando diferentes iniciativas internacionales. El apoyo gubernamental, tanto a nivel europeo como mundial, para el desarrollo de las tecnologías de CAC se refuerza a través de iniciativas privadas en forma de proyectos I+D+i, y también mediante plantas piloto y de demostración.

En cuanto a la legislación aplicable a la CAC, existe la Directiva 2009/ 31/CE de almacenamiento geológico que entró en vigor en junio de 2009. En ella se modifican las directivas del Consejo 85/337/CEE y 96/61/CE, las directivas 2000/60/CE, 2001/80/CE, 2004/35/CE, 2006/12/CE y el reglamento (CE) nº 1013/2006. Por su parte, en España se aprobó la Ley 40/2010 de almacenamiento geológico de dióxido de carbono, de 29 de diciembre de 2010. Cabe resaltar que solamente se haya elaborado legislación específica para la última de las fases de la CAC, no existiendo normativa alguna que regule ni la captación ni el transporte de CO2.


Almacenamiento de CO2

Existen distintos mecanismos de atrapamiento por los que el CO2 puede ser almacenado en las rocas: atrapamiento estratigráfico/estructural, hidrodinámico, residual, por solubilidad, por precipitación mineral y por absorción. El tipo de roca almacén, el comportamiento del CO2 en el subsuelo y el tiempo que permanezca en el mismo determinarán, en cada caso, los mecanismos de atrapamiento dominantes a lo largo del tiempo.

 Mecanismos de atrapamiento geológicos


Dado que los volúmenes de CO2 a almacenar son muy grandes, lleva a que la solución pase por almacenamientos de tipo geológico. Tres son los tipos de formaciones geológicas consideradas adecuadas para el almacenamiento de CO2:


Posibles almacenes geológicos profundos de CO2 (World Coal Institute)

Yacimientos de hidrocarburos: El CO2 se puede almacenar en campos de hidrocarburos agotados o en campos que estén todavía en producción, utilizándose en este último caso para incrementar la recuperación del petróleo o el gas (Enhaced Oil Recovery- EOR, Enhaced Gas Recovery- EGR). En campos de hidrocarburos, las operaciones EOR/EGR aportan un beneficio económico que puede contrarrestar los costes de la captura, el transporte y el almacenamiento de CO2. En operaciones EOR, el CO2 mejora la movilidad del crudo si se alcanza la miscibilidad, empujando el crudo hacia los pozos productores. Una vez agotados, los campos petrolíferos pueden utilizarse como almacén de CO2, siendo similar al almacenamiento en formaciones permeables profundas con agua salina.
En los campos de gas sucede algo semejante. En ambos casos, a medida que disminuye la presión del hidrocarburo, en la roca almacén se crea un importante volumen de poros relleno de gas a baja presión, que no suele ser colmatado por el flujo de agua y que puede ser utilizado para almacenar CO2. 

Funcionamiento de una instalación de EOR con inyección de CO2 (Proyecto MIDCARB).


Formaciones permeables profundas con aguas salinas (acuíferos salinos): Otra opción geológica para almacenar CO2 son las formaciones permeables profundas con aguas salinas. Son rocas porosas con aguas de formación no aptas para el consumo humano, industrial o agrícola por su elevada salinidad. En muchos estudios estas formaciones han sido consideradas como una de las mejores opciones para almacenar grandes volúmenes de CO2 por su gran extensión a escala mundial y por encontrarse a las profundidades adecuadas, representando la opción con mayor capacidad de almacenamiento. Además, dada su ubicuidad, presentan mayor probabilidad de estar cerca de las fuentes emisoras de CO2.

Capas de carbón: Las capas de carbón también pueden ser posibles almacenes de CO2, si bien en este caso el mecanismo de atrapamiento es por adsorción. Inyectando CO2 en capas de carbón, el CO2 es adsorbido en la matriz de poros, liberando el CH4 existente en la misma. La mayor afinidad del carbón por el CO2 que por el CH4 (se adsorben 2 moléculas de CO2 por cada molécula de CH4 que desplaza) ha conducido a que se valore la posibilidad de almacenar CO2 en capas de carbón a la vez que se recupera CH4 como gas de valor económico en sí mismo, lo que reduciría los costes globales de la inyección. Esta técnica se denomina Enhaced Coalbed Methane Production, ECBM En esta opción es necesario capturar el CH4 para garantizar que no es emitido a la .atmósfera, ya que este gas tiene una capacidad de efecto invernadero muy superior a la del CO2.

Formaciones de rocas salinas: Además existe otra que contempla las formaciones de rocas salinas, si bien tiene menor interés. Esta alternativa requiere la previa excavación de la roca, mediante disolución, para habilitar una cavidad que pueda ser ocupada por el CO2. Las propiedades de las rocas salinas que hacen factible el almacenamiento de CO2 son su escasa permeabilidad y sus propiedades de auto-sellado. Este tipo de rocas se puede encontrar en la naturaleza formando domos salinos, que suelen presentar una composición química-mineralógica bastante homogénea, o en formaciones salinas estratificadas, con intercalaciones de materiales sedimentarios no salinos.





Selección de emplazamientos

La selección de emplazamientos geológicos para almacenar volúmenes importantes de CO2 requiere la aplicación de una serie de criterios que permitan valorar la idoneidad de las zonas a distintas escalas y desde puntos de vista distintos: geológico, de recursos, de madurez industrial, medioambientales, etc.
Las primeras informaciones en este sentido surgen durante el Gobierno Zapatero cuando se puso en febrero de 2008 el BOE publicó la reserva provisional de once alternativas de ubicación para convertirse en almacenes de dióxido de carbono

En dicho BOE de febrero del 2008, el Ministerio de Industria, a propuesta de la Fundación para Estudios sobre la Energía, dió a conocer diez posibles lugares en los que se podrían ubicar depósitos de CO2 en España, tanto en subsuelo costero (off-shore) como terrestre (on-shore).

  • RESOLUCIÓN de 28 de noviembre de 2007, de la Dirección General de Política Energética y Minas, por la que se publica la inscripción de propuesta de reserva provisional a favor del Estado para recursos de la sección B), estructuras subterráneas susceptibles de ser un efectivo almacenamiento de dióxido de carbono, en el área denominada «Almacén 3», comprendida en la provincia de Palencia.
  • RESOLUCIÓN de 28 de noviembre de 2007, de la Dirección General de Política Energética y Minas, por la que se publica la inscripción de propuesta de reserva provisional a favor del Estado para recursos de la sección B), estructuras subterráneas susceptibles de ser un efectivo almacenamiento de dióxido de carbono, en el área denominada «Almacén 9», comprendida en la plataforma continental (frente a la provincia de Cantabria).
  • RESOLUCIÓN de 28 de noviembre de 2007, de la Dirección General de Política Energética y Minas, por la que se publica la inscripción de propuesta de reserva provisional a favor del Estado para recursos de la sección B), estructuras subterráneas susceptibles de ser un efectivo almacenamiento de dióxido de carbono, en el área denominada «Almacén 8», comprendida en la provincia de Cantabria y parte de la plataforma continental.
  • RESOLUCIÓN de 28 de noviembre de 2007, de la Dirección General de Política Energética y Minas, por la que se publica la inscripción de propuesta de reserva provisional a favor del Estado para recursos de la sección B), estructuras subterráneas susceptibles de ser un efectivo almacenamiento de dióxido de carbono, en el área denominada «Asturias Centro», comprendida en la provincia de Asturias y parte de la plataforma continental costera.
  • RESOLUCIÓN de 28 de noviembre de 2007, de la Dirección General de Política Energética y Minas, por la que se publica la inscripción de propuesta de reserva provisional a favor del Estado para recursos de la sección B), estructuras subterráneas susceptibles de ser un efectivo almacenamiento de dióxido de carbono, en el área denominada «Almacén 7», comprendida en la plataforma continental (frente a la provincia de Vizcaya).
  • RESOLUCIÓN de 28 de noviembre de 2007, de la Dirección General de Política Energética y Minas, por la que se publica la inscripción de propuesta de reserva provisional a favor del Estado para recursos de la sección B), estructuras subterráneas susceptibles de ser un efectivo almacenamiento de dióxido de carbono, en el área denominada «Almacén 4», comprendida en la provincia de Madrid.
  • RESOLUCIÓN de 28 de noviembre de 2007, de la Dirección General de Política Energética y Minas, por la que se publica la inscripción de propuesta de reserva provisional a favor del Estado para recursos de la sección B), estructuras subterráneas susceptibles de ser un efectivo almacenamiento de dióxido de carbono, en el área denominada «Almacén 2», comprendida en las provincias de Teruel y Castellón.
  • RESOLUCIÓN de 28 de noviembre de 2007, de la Dirección General de Política Energética y Minas, por la que se publica la inscripción de propuesta de reserva provisional a favor del Estado para recursos de la sección B), estructuras subterráneas susceptibles de ser un efectivo almacenamiento de dióxido de carbono, en el área denominada «Almacén 1», comprendida en las provincias de Zaragoza y Tarragona.
  • RESOLUCIÓN de 28 de noviembre de 2007, de la Dirección General de Política Energética y Minas, por la que se publica la inscripción de propuesta de reserva provisional a favor del Estado para recursos de la sección B), estructuras subterráneas susceptibles de ser un efectivo almacenamiento de dióxido de carbono, en el área denominada «Almacén 5», comprendida en las provincias de Ciudad Real y Albacete.
  • RESOLUCIÓN de 28 de noviembre de 2007, de la Dirección General de Política Energética y Minas, por la que se publica la inscripción de propuesta de reserva provisional a favor del Estado para recursos de la sección B), estructuras subterráneas susceptibles de ser un efectivo almacenamiento de dióxido de carbono, en el área denominada «Almacén 6», comprendida en las provincias de Alicante y Murcia

10 Emplazamientos reservados por el Gobierno para el futuro almacenamiento de Co2 (El Pais)

Parece estar avanzado la intención de comenzar en la plataforma costera cantábrica frente a Buelna, en el concejo asturiano de Llanes; frente a Suances, en Cantabria; y frente a la localidad vizcaína de Mundaka. Por su parte, los sumideros bajo tierra se han señalado en Colmenar Viejo (Madrid), Guardo (Palencia), La Tumba (Zaragoza), Eljuive (Teruel), Tomelloso (Ciudad Real) Bahía de Huelva y La Murada (Alicante).


Posteriormente en 2009, las evaluaciones del Proyecto europeo GeoCapacity fueron conducidas a aquellas zonas del país en las que se encuentran formaciones sedimentarias porosas para poder albergar CO2 en estado supercrítico; es decir, en el entorno de los 800 metros. Este criterio, en términos generales, descarta el tercio más oriental de España, además de las Islas Canarias para el almacenamiento geológico y propone la evaluación de almacenes en cuatro grandes cuencas sedimentarias (Duero Almazán, Ebro, Tajo y Guadalquivir), así como en algunas zonas de la Cordillera Ibérica, Cordillera Vasco Cantábrica, Cadenas Béticas y el Campo de Gibraltar.

En cada una de estas áreas se identificaron, a partir del fragmentario conocimiento geológico existente, las formaciones susceptibles de almacenar CO2, se delimitaron sus extensiones a más de 800 metros de profundidad y se calcularon los volúmenes de almacenamiento de CO2 supercrítico que podrían albergar tales formaciones.

Proyecto GeoCapacity



Proyecto GeoCapacity

El Proyecto Plan ALGECO2, 2009-2010  (Plan de selección y caracterización de áreas y estructuras favorables para el Almacenamiento Geológico de CO2 en España), que ha recibido el apoyo financiero del Instituto para la Reestructuración de la Minería del Carbón y el desarrollo Alternativo de las Comarcas Mineras IRMC, dependiente del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio.
Los objetivos principales de este trabajo son: selección de unas 60-80 áreas con estructuras geológicas capaces de almacenar, en condiciones de seguridad para las personas y el medio ambiente, un volumen de CO2 suficiente como para reducir significativamente las emisiones de dióxido de carbono de origen antropogénico y la caracterización geológica en 3D de las áreas seleccionadas. Estimación de su capacidad de almacenamiento de CO2 y priorización/jerarquización de las mismas.

Proyecto AlgeCO2
Proyecto AlgeCO2, estructuras geológicas seleccionadas


Proyecto AlgeCO2, región Cantábrica-Duero

Proyecto AlgeCO2, región Béticas-Guadalquivir


Proyecto AlgeCO2, región Pirineo-Ebro

Proyecto AlgeCO2, región Ibérica-Tajo


Proyecto AlgeCO2, Posición de los 14 Complejos de Almacenamiento preferentes del Plan ALGECO2 en relación con los principales focos de emisión (Centrales térmicas/Industria<50km) y posibilidades de Almacenamiento en el offshore próximo a costa


Mientras estos proyectos de I+D+I continúan analizando y seleccionando emplazamientos potenciales, en España se están desarrollando dos proyectos pilotos, uno en capas de carbón, liderado por HUNOSA (entorno a la central térmica de La Pereda, Mieres) y otro que ha comenzado con la preparación del terreno para un proyecto de almacenamiento de CO2 asociado a una captación previa (en una central térmica de ENDESA en Compostilla) y transporte, promovido por la Fundación Ciudad de la Energía CIUDEN, que es una iniciativa del Gobierno de España a través de sus Ministerios de Ciencia e Innovación; Industria, Turismo y Comercio; y Medio Ambiente y Medio Rural y Marino. Se trata de la Planta de Desarrollo Tecnológico en almacenamiento geológico de CO2 en Hontomín (Burgos), almacenando el CO2 en un acuífero salino. Este proyecto va en cabeza de los 6 proyectos europeos que han sido apoyados por la CE.

Visita guiada a la planta de Hontomín (Burgos) Julio 2013


Vista de la planta de almacenamiento de CO2

Adicionalmente en 2010, la Empresa Palencia 3, Investigación, Desarrollo y Explotación, S.L. inicia un proyecto de investigación al norte de la provincia de Palencia (términos municipales de Guardo, Santibáñez, Castrejón y Pino del Río, entre otros). Esta sociedad, con un accionariado conjunto de empresas privadas (90% de las acciones Enagás, Iberdrola, Gas Natural) y públicas (10% acciones Junta de Castilla y León, y la Fundación Estudio Petrofísico y el Estado Español), es la titular del Permiso de Investigación contemplado en el Real Decreto 1733/2010 de 17 de diciembre, cuyo objetivo es almacenar la mayor cantidad posible de CO2 para controlar las emisiones a la atmósfera.


CO2 y exploración de hidrocarburos

Es posible que detrás del abanico de permisos de exploración de hidrocarburos otorgados por la península ibérica y en concreto en la cuenca vasco-cantábrica, puedan llevar asociado el almacenamiento de CO2, puesto que existen formaciones con potencial para almacenar CO2 y fuentes productoras de CO2 muy importantes que deben adaptarse en la próxima década por imposición legal estatal y europea, para conseguir reducir las emisiones de CO2 planificadas para el objetivo del Horizonte 2020.

Principales contaminantes de CO2 en el País Vasco, (EPER)



Conclusiones

El almacenamiento geológico subterráneo presenta ciertas ventajas pero también muchas incertidumbres sobre los efectos que pudiera ocasionar, y es por ello que debe implantarse el principio de precaución que establecen las Resoluciones Europeas en dicha materia, a pesar de las grandes presiones existentes por importantes grupos de presión.

El almacenamiento geológico presenta incertidumbres a largo plazo por la dificultad de mantener controlados todos los parámetros necesarios (económicos, geotérmicos, tectónicos, físico-químicos, hidrodinámicos, de seguridad….) que garanticen la viabilidad tanto económica como medioambiental de este tipo de metodología como mitigadora de un problema real como es el cambio climático.

Entre los posibles escenarios que se esperan parecen estar avanzado en la carrera por una carbón limpio y en ello se están aplicando la mayoría de las empresas hulleras que se encuentran sobre todo en zonas mineras como Asturias, León, Palencia, Teruel,…

Sondeo de gas Viura (La Rioja). En el futuro posible almacén geológico de gases. (Unión Fenosa)

Cabe la posibilidad en el caso de yacimientos de hidrocarburos agotados o de poca rentabilidad, la utilización de una técnica de estimulación conocida como fracturación hidráulica o fracking que pueda producir una rentabilidad mayor. 
Una rentabilidad debido a la extracción y posterior venta a la red de gas natural, como fase previa de preparación al almacenamiento de CO2 o del propio gas natural (metano) para utilizarlo como reservorio en épocas estivales, siempre y cuando el emplazamiento elegido cumpla algunas de las siguientes condiciones:

1-   Existencia de un foco emisor de CO2 cercano (d< 50km. a centrales térmicas o industrias altamente contaminantes de CO2)
2-    Existencia de un gasoducto cercano al pozo de explotación/inyección.
3-    Aprovisionamiento de agua, con instalaciones de superficie y bombas para los caudales requeridos.
4-    Permisividad en la concesión de vertido subterráneo del fluido resultante.

Existe una relación directa entre la actividad de extracción de gas natural y el almacenamiento de CO2, resultan complementarios bien para mejorar el rendimiento de pozos agotados o en pozos poco accesibles, como estimulantes y/o incluso como sustitutivo del mismo, para su almacenamiento subterráneo para poder cumplir los compromisos adoptados por los países en el Protocolo de Kyoto o como reservorio hasta mejorar o investigar los usos potenciales del CO2 en la industria (conservador de alimentos,…), generación de electricidad (algas o bosques),…

Esquema de funcionamiento de una instalación de EGR (Fuente: Proyecto  In Salah, Argelia)


El gas natural supone una fuente de energía limitada como energía fósil no renovable e incluso hasta limitada, pero el dióxido de carbono sin embargo es un compuesto que seguirá emitiéndose a la atmósfera  en un periodo  de tiempo importante a no ser que se dictaminen políticas energéticas globales, lo cual parece un quimera en los tiempos actuales.




Bibliografía y enlaces de interés

-Informe especial del IPCC, LA CAPTACIÓN Y EL ALMACENAMIENTO DE DIÓXIDO DE CARBONO (2005, Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático)
-Documento de Despliegue Estratégico y Agenda de I+D+i (2011, Plataforma Tecnológica Española del CO2)
-Almacenamiento geológico de CO2: Criterios de selección de emplazamientos. Celsa Ruiz Rivas, CIEMAT.
-Almacenamiento de CO2 en formaciones permeables profundas. Análisis de la Viabilidad Tecnológica
-Plan de selección y caracterización de áreas y estructuras favorables para el almacenamiento geológico de co2 en españa (plan algeco2; 2009-2010)
-Proyecto europeo geocapacity. "assesing european capacity for geological storage of carbon dioxide" (estimacion de la capacidad europea para el almacenamiento de co2. caso español) diciembre 2009,
-Evaluación del desarrollo de las tecnologías de almacenamiento de co2, M.ª DEL CARMEN CLEMENTE JUL, JULIO RODRIGO NAVARRO, LUIS PÉREZ DEL VILLAR


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