El papel evolutivo del gas natural en un futuro neutro-bácar

Las centrales de energía de gas natural ocupan una posición fundamental en la transición energética mundial. Se caracterizan frecuentemente como un “buelo puente” porque emiten aproximadamente la mitad del dióxido de carbono (CO2) de las plantas con carbón al combustarse para la generación de electricidad. Este perfil de carbono inferior, combinado con la flexibilidad operacional que permite una rápida expansión para satisfacer la demanda fluctuante, hace que el gas natural sea un socio atractivo para las fuentes renovables intermitentes rápidamente.

Sin embargo, el concepto de “puente” implica que el gas natural es una solución temporal en el camino hacia un sistema totalmente descarbonizado. La combustión de gas natural todavía libera cantidades sustanciales de CO2 – aproximadamente 50–60% menos que el carbón en una base per-kilowatt-hora, pero todavía demasiado para cumplir con los objetivos de emisiones de CO netos que las naciones han prometido bajo el Acuerdo de París.

Cómo funcionan las centrales de gas natural

Ciclo simple vs. Ciclo combinado

Las centrales de gas natural vienen en dos configuraciones principales: ciclo simple y ciclo combinado. En una turbina de gas de ciclo simple (SCGT), el aire se comprime, se mezcla con gas natural, y se enciende. Los gases de escape caliente giran una turbina conectada a un generador, produciendo electricidad. SCGTs son relativamente económicos para construir y pueden comenzar en minutos, haciéndolos ideales para satisfacer la demanda máxima.

Las plantas de turbina de gas de ciclo combinado (CCGT) son mucho más eficientes, logrando eficiencias térmicas del 60% o más. En un CCGT, el escape caliente de la turbina de gas se enrutará a un generador de vapor de recuperación de calor (HRSG), que produce vapor. Ese vapor conduce una turbina de vapor separada, extrayendo electricidad adicional sin quemar combustible extra.

Perfil de las emisiones

Cuando se quema el gas natural, los productos de combustión primaria son CO2 y vapor de agua. Comparado con el carbón, que también libera dióxido de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno (NOx), y la materia particulada, el gas natural es significativamente más limpio.

Impacto ambiental: Más allá del CO2

Para hacer frente a la huella ambiental de las centrales de gas natural, es necesario centrarse no sólo en el CO2 de la combustión sino también en las filtraciones de metano, el uso de agua y los impactos de la tierra. El proceso de fractura hidráulica (fracking) para extraer gas natural ha planteado preocupaciones sobre la contaminación de aguas subterráneas y la sísmica inducida.

Otro reto es la naturaleza intermitente de la energía renovable. Las plantas de gas natural son a menudo rampadas y bajas para compensar la variabilidad del viento y el solar. Esta operación en bicicleta reduce la eficiencia de los TCC y aumenta las emisiones por megavatio hora en comparación con el funcionamiento del estado estable. Además, el desgaste y la desgarro de las turbinas de inicios frecuentes puede aumentar los costos de mantenimiento y reducir las vidas de las plantas.

Sendas al gas natural neutro-bácar

Se están desarrollando varias estrategias para reducir o eliminar las emisiones netas de carbono de las centrales de gas natural, que no dependen de eliminar el gas natural por completo sino que se centran en capturar el CO2 producido o sustituir el combustible con una alternativa de cero carbono.

Capacidad de carbono y almacenamiento (CCS)

La captura y almacenamiento de carbono es el método más directo para hacer las plantas de gas natural carbono neutro. CCS implica tres pasos principales: capturar CO2 de la corriente de escape de una planta de energía, comprimirlo en un estado similar al líquido, e inyectarlo en formaciones geológicas profundas como el aceite agotado y los depósitos de gas o los acuíferos salinos para el almacenamiento permanente.

El Instituto Global de CCS informa que a partir de 2023 había 30 instalaciones comerciales de CCS en todo el mundo, con una capacidad total de captura de más de 45 millones de toneladas de CO2 al año. Mientras que la mayoría de estas instalaciones están asociadas con el procesamiento de gas natural o las operaciones industriales, algunas centrales eléctricas, como el servicio de COD en Canadá (que utiliza carbón) y el primer proyecto de Petra Nova en Texas

Técnicamente, el CCS puede capturar el 90-95% del CO2 de una planta de gas natural, pero la penalización energética es significativa. El proceso de captura en sí mismo consume el 20-30% de la producción de la planta, elevando el costo de la electricidad. Avances en química solvente, separación de membrana y combustión de combustible oxi podría reducir esta penalización. Políticas de apoyo, como el crédito fiscal de 45Q, que proporciona a $ capturados

Hidrogeno como combustible

Otro camino transformador es el reemplazo de gas natural con hidrógeno. Cuando se quema hidrógeno (o se utiliza en una célula de combustible), la única emisión es vapor de agua. Sin embargo, el beneficio ambiental depende totalmente de cómo se produce el hidrógeno. Hoy, la gran mayoría de hidrógeno se deriva de gas natural a través de la reforma del metano de vapor (SMR), un proceso que libera CO2 a menos que se empareja con CCS.

“El hidrógeno verde”, producido por electrolisis de agua con electricidad renovable, está completamente libre de carbono de producción a uso. El costo del hidrógeno verde ha caído dramáticamente, desde hace alrededor de $10 por kilogramo hasta aproximadamente 4–6 por kilogramo hoy, pero sigue siendo dos a tres veces más caro que el hidrógeno gris. La capacidad de electrolizador se está escalando rápidamente, y los analistas pueden IRENA[Gray]

La integración del hidrógeno en las centrales de gas natural es factible mediante el co-firing (que se reduce al 20% de hidrógeno por volumen sin modificaciones importantes) o mediante la reorganización de turbinas para la combustión de hidrógeno puro. Varios fabricantes de turbinas de gas —incluidos GE, Siemens y Mitsubishi— ya han desarrollado modelos de hidrogeno-capacidad.

Captura de aire directa y emisiones negativas

Incluso con CCS o hidrógeno, algunas emisiones residuales de las centrales de gas natural pueden permanecer. Para lograr net-zero, o incluso net-negativo, emisiones, el mundo puede necesitar combinar estas tecnologías con captura de aire directa (DAC). Las máquinas DAC utilizan sorbentes químicos para extraer CO2 directamente del aire ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente ambiente, que puede ser almacenado bajo tierra o utilizado.

Desafíos y perspectivas futuras

La transición a la energía de gas natural neutro en carbono se enfrenta a varios obstáculos importantes. Primero es el costo. La adición de CCS a una planta de gas natural aumenta el costo de electricidad (LCOE) en un 50-80%, dependiendo de la tasa de captura y ubicación de almacenamiento. El hidrógeno azul es actualmente más caro que el gas natural, y el hidrógeno verde permanece entre los portadores de energía más costosos.

El CCS requiere de tuberías para transportar CO2 a los sitios de almacenamiento, así como pozos de inyección fiables y sistemas de monitoreo. La mezcla de hidrógeno exige nuevos o renovados o nuevos o reacondicionados tuberías, cavernas de almacenamiento y equipo de uso final. Tercero es la política. Las señales gubernamentales consistentes a largo plazo, como impuestos sobre carbono, estándares de energía limpia y financiación para R contaminante, son esenciales para la integración fiscal estricta.

Por último, existe el problema del metano. Incluso si se capturan las emisiones de CO2, las filtraciones de metano pueden negar los beneficios climáticos. La industria del petróleo y el gas está bajo presión creciente para detectar y reparar las fugas utilizando monitoreo de satélites y otras tecnologías avanzadas. El Observatorio Internacional de Emisiones de Metano del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente puede abogar por una reglamentación más fuerte y compromisos de la industria.

A pesar de estos desafíos, muchos expertos creen que una combinación de tecnologías neutros de carbono puede descarbonizar el gas natural al tiempo que preserva su flexibilidad y fiabilidad. Por ejemplo, una planta podría utilizar hidrógeno azul durante una década mientras que las escalas de infraestructura de hidrógeno verde, luego cambiar a hidrógeno verde como declive de costos.Simultáneamente, CCS podría ser empleado para capturar emisiones de unidades CO que aún no se han disparado, con DAC compensando cualquier último déficit.

Conclusión

Las centrales de gas natural no son inherentemente compatibles con un futuro neutro en carbono, pero tampoco son necesariamente incompatibles. Al combinarlas con captura y almacenamiento de carbono, transición al combustible de hidrógeno y abordar las fugas de metano, estas instalaciones pueden reducir dramáticamente su impacto climático. El camino hacia adelante requiere inversión sostenida, políticas de apoyo e ingeniería innovadora. Mientras que las energías renovables y el almacenamiento dominarán cada vez más nuevas adiciones de capacidad, el gas natural seguirá desempeñando un papel más en el equilibrio.