Capturando CO2 por medio de la sosa





Descripción de un aparato NO PATENTABLE para capturar el CO2 de las chimeneas y tubos de escape.

Se trata de burbujear los gases de escape de los procesos de combustión a través de una disolución acusosa de Hidróxido Sódico (Sosa caústica) para capturar el CO2 de los gases de escape y convertirlo en carbonato y bicarbonato sódicos.

Las reacciones químicas involucradas son las siguientes:

CO2 + 2 NaOH => Na2CO3 + H2O

y

CO2 + NaOH => NaHCO3

Ambas reacciones son espontáneas (no requieren energía de activación) y levemente exotérmicas (generan un poco de calor).

Cualquier innovación presente en este documento queda declarada NO PATENTABLE

Otro invento de Alejandro Bonet.
20160720104100.

Todo es cuestión de tiempo!!





Descripción del aparato

El aparato consta de un simple depósito que contiene una disolución de hidroxido sódico en agua y en cuyo fondo hay una red de tubos agujereados (para que burbujeen el gas que circula por ellos, sobre la sosa diluida en agua). Esta red de tubos con agujeros confluyen en un tubo de entrada de los gases de escape que queremos procesar.

El depósito debe tener una abertura superior para el desalojo de otros gases que el aparato no fija. En concreto los dioxidos de azufre y los óxidos de nitrogeno típicos de la combusión de combustibles fósiles.

Esta abertura superior puede considerarse la salida residual de gases sin CO2, y típicamente iría unida a algún conducto que derive estos gases residuales, bien al exterior, bien a otro tipo de depósitos similares capaces de absorver o fijar otros gases que no se quieran verter al medio ambiente.

El aparato por tanto solo absorve y transforma el CO2, pero no otros gases de escape de la combustión.

El aparato támpoco genera gases adicionales a los de escape originados en la propia combustión del motor o caldera de combustión, con la excepción quizá de vapor de agua pura.

El aparato genera su propio calor, con lo cual es posible que sea conveniente agregarle algunas aletas de refrigeración por aire por la parte externa del depósito, y situarlo en una corriente de aire para que este calor se disipe de forma natural y sin consumir otros recursos.

El depósito no puede ser de metal, porque la sosa caústica lo ataca y genera hidrógeno: Ha de ser de algún plástico o cerámica que impida esa reacción adversa y peligrosa.

Lo mismo ocurre con el tubo interior agujereado para burbujeo: Debe ser plástico, o cerámico, para evitar que la sosa ataque al metal.

Como quiera que el dispositivo genera su propio calor por la reacción de la sosa y el CO2, y que el depósito puede ser plástico, para evitar la reacción de la sosa con el metal, el tema de la disipación del calor es un problema que de alguna forma se puede resolver enfriando previamente los gases a procesar, o bien todo el dispositivo completo de alguna forma controlada que no requiera consumo energético.

La mayoría de plásticos funden entorno a los 80 grados centigrados, de forma que el dispositivo nunca debe alcanzar esa temperatura si está fabricado en plástico.

Ciertamente es mucho mas facil fabricar en plástico que en cerámica, pero probablemente esta última (aunque algo mas cara de fabricar) sea una solución mucho mas estable y duradera.

Pero mas allá de los diseños mejores o peores (hay cientos de posibilidades en las que no profundizo), vayamos al meollo del asunto...

Si sumamos ambas reacciones nos quedaría una reacción como esta:

2 CO2 + 3 NaOH => Na2CO3 + NaHCO3 + H2O

Lo que nos viene a decir que necesitamos tres moles de sosa por cada dos moles de CO2, o lo que viene a ser "parecido": Un mol y medio de sosa por cada mol de CO2.




Calculos de pesos, medidas y rendimientos

En la siguiente tabla vamos a agregar algunos datos importantes: En concreto la masa molar de cada compuesto, su solubilidad en agua y su precio aproximado en el mercado. Luego verémos el porqué de estos datos...

Compuesto Masa molar
(gr/mol)
Solubilidad en Agua
(gr/litro)
Precio
(euros/Kg)
H2O (agua)18 No procede 0.0002
CO2 (dioxido de carbono)44 145 Negativo
NaOH (sosa, hidroxido sódico)40 1110 2
Na2CO3 (carbonato sodico)106 307 4
NaHCO3 (bicarbonato sódico) 84 103 4

Tabla 1: Pesos molares, solubilidades y precios de los diferentes compuestos químicos



Como vemos en esta tabla el precio del agua es despreciable. Su solubilidad "absurda", el precio del CO2 es negativo (porque es un residuo molesto y quien lo genere debe pagar según el protocolo de Kioto, aunque no se sabe a quién) y el dato mas relevante: Los pesos moleculares del CO2 y del NaOH son muy similares.

Como quiera que hace falta un mol y medio de NaOH para capturar un mol de CO2, si los pesos son similares, podemos decir a grosso modo, que hace falta un kilogramo y medio de sosa por cada kilogramo de CO2 que queramos fijar mediante este procedimiento.

¿Que implica este dato (un kilo y medio de sosa por cada kilo de CO2)?

Bueno. Por cada litro de gasolina que quema un coche, o una caldera, se producen aproximadamente 3.2 Kilogramos de CO2.

Esto nos dice que hace falta unos cinco kilogramos de Sosa para neutralizar el CO2 emitido al quemar 1 litro de gasolina.

Esto evidentemente aumenta el peso de un coche equipado con este sistema de eliminiación de CO2... Pero... ¿Cuanto aumenta el peso del coche?... O dicho de otra forma... ¿Que peso y tamaño tendrá que tener un dispositivo de eliminación de CO2, basado en estas reacciones, para un coche promedio?...

La respuesta tiene que ver con la solubilidad de la sosa (NaOH) en agua.

Si nos fijamos en la tabla anterior, vemos que podemos diluir 1110 gramos de sosa en cada litro de agua.

Esto significa que necesitamos 10 litros de agua con sosa (aproximadamente cinco litros de agua con cinco kilos de sosa) por cada litro de combustible quemado.

Por tanto hace falta un depósito de agua diez veces mas grande que el de gasolina...

Y este depósito habría que vaciarlo y volverlo a llenar cada vez que llenamos el depósito de gasolina...

Lo cual no implica que no se pueda hacer. Solo que es "incomodo y molesto", y claro, los fabricantes de coches con motor de combustión no les gusta resaltar las incomodidades de sus productos... Ellos venden libertad...

Una cosa buena es que si se te olvida "llenar tu deposito de sosa" no ocurre nada terrible: Simplemente ya no atrapas el CO2, es decir: Como hasta ahora...

Pero en fin: El modelo propuesto es totalmente aplicable a cualquier escala: Por ejemplo, se puede poner en las salidas de gases de las centrales térmicas de producción de electricidad a partir de carbón o gas natural, en las que el espacio para poner el depósito de sosa diluida no es un factor limitante, y se puede hacer tan grande como se quiera...




Cálculos económicos

Supongo que este es el apartado que mas nos interesa a todos. Y contiene una sorpresa que raya en lo alucinante.

En el anterior apartado hemos llegado a la conclusión de que necesitamos unos 5 kilogramos de sosa por cada litro de gasolina con el fin de atrapar el CO2 derivado de la combustión de la gasolina.

La sosa está a unos dos euros el kilogramo. Esto si uno la compra a nivel domestico en el supermercado de la esquina. Supongo que este precio se puede abaratar bastante si uno lo compra en grandes cantidades, pero quedemonos con el precio "doméstico".

Puesto que la gasolina está a algo mas de un euro por kilogramo, para capturar su CO2 mediante sosa, necesitamos diez euros de sosa, por cada euro de gasolina.

Supongo que esto es algo que muy pocos conductores estarían dispuestos a pagar, solamente por sentir la tranquilidad de que cuando se desplazan con su coche con motor de combustión no están poniendo en peligro la salud del planeta y el futuro de sus hijos...

Puede que haya gente que si está dispuesto a pagarlo, no obstante.

Y para los que ya están descartando el tema por "inviable económicamente" dejenme sugerirles que sigan leyendo que vienen sorpresas soprendentemente sorpresivas...

Mas allá de las consideraciones morales del individuo promedio, el caso es que no es descabellado (por costes) considerar este procedimiento como "económicamente viable". Otra cosa completamente diferente sería "hacerlo obligatorio por ley"...

Insisto en que no me quiero meter en los derroteros morales y/o legales... Solamente pretendo explicar el procedimiento técnico, quizá con algún matiz económico...

Y dentro de los matices económicos entra otro factor a considerar: Nuestro aparato de captura de CO2 consume hidróxido sódico (Sosa Caustica o NaOH) a razón de cinco kilogramos de sosa por cada kilogramo de gasolina.

Pero nuestro aparato también produce otros compuestos a partir del CO2 y la sosa (NaOH): Produce bicarbonato sódico y carbonato sódico. Y estos compuestos tienen precios "positivos", en el sentido de que uno puede comerciar con ellos en el "mercado libre"...

En otro lugar podrémos abrir el debate sobre qué diablos es "producir" y qué diablos es "consumir"... Estos son terminos absolutamente absurdos desde el punto de vista físico, por mucho que tengan interés comercial o ingenieril.

Si nos fijamos en los precios comerciales del Carbonato Sodico (Na2CO3) y el Bicarbonato Sódico (NaHCO3) vemos que aproximadamente ambos valen alrededor de unos 4 euros el kilogramo.

Bien!... Pero ¿Cuanta cantidad de estos compuestos se producen cada vez que quemamos digamos un litro de gasolina en nuestro coche?...

Bien. Para llegar a ese resultado debemos volver a mirar las reacciones.

Por cada mol de CO2 se produce o bien un mol de bicarbonato o bien un mol de carbonato sódicos.

Pero es que las masas molares del carbonato y el bicarbonato son del orden del doble o el triple de la masa molar de CO2...

De forma que por cada kilogramo de CO2 que evitamos echar a la atmósfera, obtenemos dos o tres kilogramos de carbonato o bicarbonatro (dependiendo de que reacción concreta de las dos se produzca).

Y además esos 2 o 3 kilogramos de carbonato o bicarbonato (lo normal es obtener una mezcla de ambos en el fondo del deposito de nuestro aparato), resulta que valen en el mercado entre 8 y 12 euros si uno va a comprar estos compuestos a la drogueria...

Es decir: No solo estamos ahorrando CO2 al aire... También podemos hacer negocio vendiendo Bicarbonato sódico!!!

Antes de que te flipes demasiado y decidas dejar de leer esto, vamos a repasar el asunto bien, a ver donde nos lleva...

Como hemos visto antes, por cada litro de gasolina quemada se generan 3.2 kilogramos de CO2 y, combinandolos con cinco kilogramos de sosa disueltos en 5 litros de agua, obtenemos entre 8 y 10 kilogramos de mezcla de carbonato sodico y bicarbonato sódico, y algo de vapor de agua inocuo.

De forma que nuestro depósito de sosa diluida va ganando en peso (por el CO2 que captura y convierte en carbonatos) y resecándose hasta quedar practicamente sólido. Es el momento de vaciarlo y rellenarlo otra vez con agua y sosa.

El residuo sólido de mezcla de bicarbonatos no es un sólido compacto, sino granuloso o arenoso: Esta formado por particulas sueltas de diferentes tamaños pero no como un cristal compacto. Se puede vaciar por aspiración con un aparato aspirador normal y corriente.

A groso modo podemos decir que por cada litro de gasolina que quemamos, y hacemos pasar el gas resultante por una solucion de sosa, obtenemos entre ocho y diez kilogramos de carbonatos sodicos...

Un litro de gasolina (que vale aproximadamente un euro) mas cinco kilos de sosa (que valen unos 10 euros) proporcionan entre ocho y diez kilogramos de carbonatos (que valen entre treinta y cuarenta euros en el mercado)...

Por tanto todos podemos ganar dinero con esto: No solo dejariamos de emitir CO2 a la atmosfera con los motores de combustión y las calderas, sino que podriamos vender el carbonato resultante y ganar dinero.

Lo que ocurre es que por vaciarte el depósito de carbonatos te tendrían que pagar mas de lo que cuesta la gasolina y la sosa, con el inconveniente de que tienes que tener un deposito grande en el coche y llenarlo regularmente con sosa y agua, (que cuestan un poco) y vaciar los carbonatos de vez en cuando pero cobrando, al menos, lo mismo que gastaste al comprar la sosa y la gasolina. Para ser justos, deberían pagarte hasta tres o cuatro veces mas...

Todo según los precios de mercado para usos domésticos actuales.




Resumiendo:

Si los fabricantes de coches de combustión pusiesen un depósito para sosa diluida en agua en sus modelos, un deposito que puede ser tan espacioso y pesado, o tan ligero y pequeño como se quiera, (lo cual es raro y si se quiere molesto pero factible), un depósito que no ocurre nada grave si no reciclas con regularidad su contenido, no solo esos coches no echarían CO2 a la atmosfera (vaciando los carbonatos y llenando el nuevo deposito de sosa y agua con regularidad), sino que además la gasolina (y la sosa) les saldrían gratis a sus conductores, ya que el valor comercial del bicarbonato que producen, es tres o cuatro veces superior al de la gasolina y la sosa que consumen.

Estos coches pesarian mas que los no equipados con este sistema, pero buscando un punto de equilibrio entre el peso del deposito de sosa diluida y los kilometros que puedes hacer sin emitir CO2, y por otro lado la regularidad con que "reciclas los carbonatos y recargas de sosa en agua", seguramente la idea por marciana y rara que resulte, no es descabellada.

Desde un punto de vista económico incluso bastante rentable para quien la use, porque no solo se movería sin emitir CO2 al ambiente, sino de una forma mucho mas barata o incluso gratis o incluso ganando dinero por hacer kilometros...

Por ejemplo: Un coche con un depósito de agua+sosa de 50 litros de capacidad, podría absorver todo el CO2 de los primeros 100 Km de trayecto. Esto es más de lo que diariamente realiza el automovil promedio (60 Km/dia). Simplemente hay que idear un depósito con dos válvulas: Una para aspirar los carbonatos, y otra para llenar de agua con sosa. En este caso concreto (50 litros) habría que hacer el reciclaje del contenido del depósito a diario. Con uno algo más grande (digamos 100 litros) habría que hacerlo cada dos o tres dias, sin que haya mayor problema (solamente no capturar el CO2) si alguna vez se nos olvida reciclarlo, o no nos viene bien hacerlo.

Independientemente del tamaño del depósito (que solo determina cada cuantos kilómetros debemos vaciarlo y volverlo a llenar), movernos con este coche debería salirnos gratis o incluso beneficioso para nuestro bolsillo!!

Cada litro de gasolina requiere cinco kilogramos de sosa y cinco litros de agua, y produce entre ocho y diez kilogramos de (bi)carbonatos sódicos...

Muy buenos para hacer bien la digestión y otros usos variopintos (desde cosméticos hasta detergentes, abrasivos, mejoras de procesos en la industria metálica, etc)!!



En fin. Como dice alguna guapa presentadora de televisión...

Estos son los datos. Suyas son las conclusiones...

Alejandro Bonet
20160720124000

Recuerda: Cualquier innovación presente en este documento queda declarada NO PATENTABLE

PD: Reivindicando a M. Gandhi:

"Primero te ignoran.
Luego se rien de ti.
Luego luchan contra ti.
Finalmente les vences"

Entiendo que si has leido hasta aquí, el primer paso del proceso ya lo has dado.
Y bueno... Bienvenidas las risas, los chistes y los ataques del resto de pasos que conducen seguro a buen puerto!!