Textos Científicos

El carbono (C)

El carbono es el bloque básico para todas las formas de vida en la Tierra. Afortunadamente, es también uno de los elementos más abundantes en nuestro planeta. Al igual que toda la materia, el carbono ni se crea ni se destruye, por lo que todos los organismos vivos deben encontrar una manera de volver a utilizar continuamente el suministro finito que se encuentra disponible.

Importancia

Cualquier proceso biológico particular o sistema se puede generalmente entender en términos de la química: los seres vivos son, en gran medida, una serie de reacciones químicas que tienen lugar en un contexto particular. Por lo tanto, la explicación más simple para la importancia de carbono en los organismos vivos es la química. El carbono es la base química para la mayoría de las moléculas que son importantes para el mantenimiento de la vida. Estas moléculas incluyen hidratos de carbono, lípidos (la categoría que incluye a las grasas), proteínas y ácidos nucleicos (hechos famosos por el ADN, la sustancia química que contiene nuestro código genético).

Fotosíntesis

Las plantas transforman la luz solar en alimento mediante la combinación de la energía del sol con el carbono, el cual absorben de la atmósfera en forma de dióxido de carbono. El carbono es la clave para la fotosíntesis, lo que en última instancia, proporciona alimentos para todos los seres vivos en la Tierra.

Descomposición

Mientras que un organismo está vivo, actúa como un "sumidero de carbono", o como almacenamiento para los átomos de carbono, porque se utilizan muchísimos de estos para construir la piel del organismo, corteza, uñas de los pies o las hojas. Sin embargo, tan pronto como un organismo muere, estos átomos de carbono valiosos comienzan a ser devueltos al medio ambiente, donde pueden ser utilizados por otros organismos. Los descomponedores son pequeños microorganismos que viven en el suelo y el agua y que consumen materia orgánica de desecho y organismos muertos, regresando el carbono a la atmósfera en forma de dióxido de carbono.

El dióxido de carbono y el calentamiento global

El dióxido de carbono es la forma que tiene de carbono en nuestra atmósfera, y es crucial para el mantenimiento de la vida en la Tierra. Sin embargo, una fuente relativamente reciente de dióxido de carbono en la atmósfera, la quema de combustibles fósiles por los seres humanos, ha aumentado considerablemente su cantidad en la atmósfera. Este aumento amenaza con alterar el equilibrio natural del carbono previamente mantenido por la fotosíntesis, la respiración y la descomposición. Este dióxido de carbono extra actúa como una manta en la atmósfera, quizás causando el calentamiento global.

La energía y el cambio climático mundial

Captura y almacenamiento del carbono

La captura y el almacenamiento de dióxido de carbono (CO2) tienen el potencial de reducir considerablemente la cantidad de CO2 liberada a la atmósfera. Las tecnologías necesarias para separar el CO2 de otros gases y secuestrarlo son conocidas. Se necesita más desarrollo para implementar la captura y el almacenamiento de CO2 en gran escala.

El mejor lugar para capturar el CO2 es en las fuentes de mayor emisión. Las plantas de energía que generan electricidad producen casi un tercio de las emisiones globales de CO2. Además, el CO2 es un derivado de la producción de hierro y acero, así como de la producción de cemento. El CO2 también se elimina del gas natural antes de que pueda ser usado como combustible. Estos procesos industriales son buenos candidatos para la captura y almacenamiento de CO2 porque son fuentes a gran escala en un lugar fijo. Por el contrario, sería difícil capturar las emisiones de CO2 de los automóviles. Los principales combustibles fósiles para las plantas de energía son el gas natural y el carbón. Estos combustibles se queman en presencia de aire. El calor resultante se usa para crear vapor que impulse las turbinas, las cuales hacen funcionar a los generadores eléctricos. O el gas puede quemarse para impulsar las turbinas directamente. En cualquiera de los casos, el oxígeno en el aire se combina con el carbono en el combustible para producir CO2. El CO2 es liberado al aire. Cuando se quema gas natural, el hidrógeno del metano (CH4) también se combina con el oxígeno para formar agua.

Pero el aire que se utilizó para quemar el combustible contenía nitrógeno en su mayoría. Este nitrógeno no participa en el proceso de combustión. Atraviesa y sube la chimenea. Las emisiones de la planta de energía, llamadas gases de combustión, habitualmente constituyen sólo un 10% a un 15% de CO2 en una planta de combustión de carbón y casi un 5% cuando el gas natural es el combustible. En principio podríamos almacenar todos los gases de combustión, pero esto podría llenar la capacidad de almacenamiento en su mayoría con nitrógeno que no necesita ser secuestrado. Para almacenar el CO2 en forma eficiente, primero se lo debe separar de los demás gases de combustión. ¿Cómo se hace?

Existen tres estrategias:

Separar el CO2 después de la combustión.

Retirar el carbono del combustible antes de la combustión de modo que sólo quememos hidrógeno y produzcamos sólo agua.

Quemar los combustibles fósiles en oxígeno en lugar de hacerlo en aire genera CO2 concentrado.

Se pueden utilizar soluciones químicas para disolver el CO2 en el pasaje de los demás gases hacia la atmósfera. Esta técnica que hoy se utiliza ampliamente emplea un grupo de compuestos llamados aminas. Absorben el CO2 formando enlaces químicos, especialmente en condiciones de alta presión y baja temperatura. Este proceso recibe el nombre de “depuración”. La solución química resultante luego se calienta y se reduce su presión, liberando el CO2 concentrado.

Se utilizan otros solventes para disolver el CO2 sin enlaces químicos. En este proceso de absorción física el CO2 se disuelve bajo presión y luego es retirado del solvente reduciendo la presión. El solvente entonces puede ser reutilizado. Otra estrategia para capturar el CO2 es enfriar los gases de combustión al punto en el que el CO2 se transforma en líquido. Este proceso requiere gran cantidad de energía para refrigeración. Una de las ventajas es que el líquido puede ser transportado fácilmente en camión o barco. También es posible separar los gases utilizando delgadas láminas llamadas membranas. Algunos gases atravesarán la membrana más rápidamente que otros. Esto permite que se separen los diferentes gases entre sí.

El combustible en el gas natural es el metano (CH4). Al quemarlo produce CO2 y agua (H2O). Si podemos extraer el carbono antes de la combustión nos quedará el hidrógeno, que sólo

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