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Propuesta CAC

• Carbonatación mineral

Se trata de la fijación del CO2 mediante el uso de alcalinos y alcalinotérreos procedentes, de rocas silíceas como, por ejemplo la serpetina y olivino. El CO2 con estos minerales producen carbonatos de magnesio y calcio; como calcita, dolomita, magnesita e incluso sideritas. La tremenda abundancia de minerales de calcio y magnesio en la corteza terrestre es tal que se podría capturar por este método todo el CO2 antropogénico. La carbonatación tanto de los minerales silíceos de calcio como de magnesio se da mediante la reacción genérica siguiente.

Esta reacción está favorecida termodinámicamente pero cinéticamente es muy lenta, por ello los estudios buscan formas de acelerarla rentablemente. A esto también hay que sumar los costes que produciría el transporte de los materiales implicados (silicatos y CO2) como del destino de los productos (carbonatos y sílice).

A modo de resumen la siguiente tabla refleja los principales Pros y Contras que tiene el proceso de carbonatación mineral:


Pros Contras
·Buena reactividad ·Reacción lenta
·Alta capacidad ·Costes de transporte de materiales
·Productos estables y naturales  


• Optimización de la carbonatación mineral

A fin de superar los "Contras" expuestos en la tabla anterior, en esta parte se van a exponer resultados (a grandes rasgos) obtenidos de un trabajo fin de Máster, realizado en la Universidad de Sevilla, que intenta optimizar la cinética de la reacción de carbonatación.

El estudio completo y detallado se puede descargar en ResearcherGate.

Caracterización del mineral usado

El silicato utilizado en la experimentación fue la Wollastonita, un silicato monocálcico procedente de Aroche (Huelva), datado del Cámbrico inferior.

La caracterización dio como resultado que la composición mineralógica era de 49% Wollastonita, 24% Cuarzo, 14% Calcita y 13% de otras especies minoritarias.

Como puede observarse la Wollastonita de por sí ya ha ido capturando CO2 a lo largo de los aproximados 540 mda desde su formación. Este largo tiempo de captura es el principal factor negativo de esta reacción.

La molienda del mineral hasta micras y su posterior estudio dio como resultado que la superficie específica era de 1'52 m2/g y el volumen de poro de 0'006 cm3/g.

Reacción del mineral usado

En el caso de la Wollastonita la reacción expuesta en la reacción del inicio quedaría de la forma:

Optimización de la reacción

La reacción de carbonatación es del tipo "capa de ceniza", consiste en que el producto sólido de la reacción queda adherido a la superficie del reactivo lo que produce un pasivamiento en la reacción.

El CO2 se pone en contacto con el grano del mineral reaccionando con el CaSiO3, el CaCO3 formado junto con el SiO2 desprendido quedan adherido en la superficie del grano impidiendo que el CO2 siga reaccionando con el resto del silicato que queda en el grano.

Para evitar este inconveniente de pasivamiento, el polvo de Wollastonita se encapsuló en una matriz silícea de TEOS (llamado Composite) produciendo un aumento sustancial tanto de la superficie específica como del volumen de poro.


  Superficie específica [m2/g] Volumen de poro [cm3/g]
Wollastonita en polvo 1'52 0'006
Wollastonita en matriz (Composite) 103'48 0'46

Resultados de la reacción

Se realizaron dos tipos de ensayos variando el medio reactivo, en el primero de ellos el medio de reacción fue el más sencillo posible, se burbujeó por separado los dos tipos de muestras, Wollastonita en polvo y Wollastonita en matriz (Composite), con CO2 gaseoso en agua y se dejó en ella durante 24 horas para luego caracterizar ambas muestras.

El segundo medio fue utilizando CO2 a alta presión (70 bar y 160oC) con una humedad del 20% y con un tiempo de experimentación de 59 días, éste solo realizado a la Wollastonita en matriz.

Los resultados de las carbonataciones en porcentaje se pueden ver en la siguiente tabla.


  % Carbonatación
Wollastonita en polvo 6%
Wollastonita en matriz (Composite) 38%
Wollastonita en matriz (Composite) a alta Presión 14%

Discusión

El aumento de la superficie específica como del volumen de poro permite al CO2 disuelto en el agua tener mayor superficie de contacto, los poros actuarán como canalizaciones. Otra ventaja parece ser que la calcita formada con la reacción no queda adherida a la superficie del grano, evitándose el pasivamiento superficial.

Por estas circunstancias la carbonatación ha aumentado tanto, un 633%.

Por contra en la alta presión el aumento no ha sido tan elevado, un 233%; incluso con un alto tiempo de experimentación. Esto puede ser debido al cambio en las propiedades del CO2.

Conclusiones

Una primera conclusión es la necesaria presencia de agua en el medio de reacción ya que éste disuelve el CO2 y se da la reacción de carbonatación más fácilmente.

La segunda es el buen resultado que produce el encapsulamiento del mineral al aumentarle la superficie de contacto de éste con el CO2.

Aunque la carbonatación no ha sido total, sí se ha obtenido un resultado reseñable y a tener en cuenta. El dato de la carbonatación con CO2 supercrítico indica la dirección correcta para su uso en el proceso que se va a proponer.


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