Inventio
Vol. 21, núm. 53, 2025
doi: https://doi.org/10.30973/inventio/2025.21.53/10

Una alternativa para mitigar emisiones de co2 en centrales termoeléctricas de México

An alternative to mitigate co2 emissions in Mexico’s thermoelectric power plants

Miriam Navarrete Procopio
orcid: 0000-0002-0247-9647, miriam.navarrete@uaem.mx
Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería (fcqei), Universidad Autónoma del Estado de Morelos (uaem)

Luis Fernando Cortés Martínez
correo: luis.cortesma@uaem.edu.mx
Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería (fcqei), Universidad Autónoma del Estado de Morelos (uaem)

Víctor Manuel Zezatti Flores
orcid: 0000-0001-6470-6772, zezatti@uaem.mx
Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas (ciicap), Universidad Autónoma del Estado de Morelos (uaem)

Erick Omar Castañeda Magadán
orcid: 0000-0002-7003-1860, erick.castanedamag@uaem.edu.mx
Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería (fcqei), Universidad Autónoma del Estado de Morelos (uaem)

Ángel Tlatelpa Becerro
orcid: 0000-0002-4891-4405, angel.tlatelpa@uaem.mx
Escuela de Estudios Superiores de Yecapixtla (eesy), Universidad Autónoma del Estado de Morelos (uaem)

resumen

No es ningún secreto que en el mundo existen amenazas que pueden acabar con la humanidad por completo: el calentamiento global es una de ellas. El dióxido de carbono (co2) es el gas de efecto invernadero que más contribuye a este problema. El proceso de generación de electricidad a partir de combustibles fósiles es la principal fuente de emisiones de co2 en México. A continuación se presenta una alternativa tecnológica para mitigar las emisiones de co2 provenientes de las centrales termoeléctricas de México con base en los datos reportados en inventarios de emisiones de gases y compuestos e informes anuales sobre centrales eléctricas, así como del registro de fuentes renovables en 2021.

palabras clave

calentamiento global, dióxido de carbono, energía eléctrica, captura de co2 poscombustión

abstract

It is no secret that there are threats in the world that can ultimately end humanity, global warming is one of them. Carbon dioxide (co2) is the greenhouse gas that contributes the most to this problem. The process of generating electricity from fossil fuels is the main source of co2 emissions in Mexico. The following is a technological alternative for mitigate co2 emissions from thermoelectric power plants in Mexico based on data reported in inventories of gas and compound emissions and annual reports on power plants, as well as the registry of renewable sources in the year 2021.

key words

global warming, carbon dioxide, electric energy, co2 capture, post-combustion



Recepción: 20/05/24. Aceptación: 04/04/25. Publicación: 04/07/25.



Calentamiento global

El calentamiento global es la retención de calor debido a los gases emitidos por actividades antropogénicas (Holden et al., 2016). A estos gases se les denomina así porque presentan el mismo comportamiento que las paredes de cristal de los invernaderos con la luz solar, es decir, permiten su paso pero retienen el calor. Una parte del calor del sol entra al planeta traspasando las barreras que opone la atmósfera. Luego de cumplir su función, este calor se devuelve a la atmósfera, una parte de su flujo escapa hacia el exterior y la parte restante se dirige nuevamente hacia el planeta.

El efecto invernadero se constituye en una especie de membrana permeable que redirige el calor otra vez hacia la tierra. El cambio climático ocurre como resultado del incremento en las concentraciones de los gases de efecto invernadero, lo que provoca el aumento de la temperatura terrestre y modifica las condiciones de vida en la Tierra (Kumar et al., 2020; Soza y Ayres, 2018).

Emisiones de co2

El dióxido de carbono (co2) es el gas con mayor impacto, ya que permanece en la atmósfera por muchos años y su concentración está relacionada con la actividad antropogénica (Mander et al., 2016; Sonwani y Saxena, 2022). El 5 de noviembre de 2016 entró en vigor un tratado internacional sobre el cambio climático, el Acuerdo de París, que pretende intensificar acciones e inversiones para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a nivel mundial (Anika et al., 2022).

El Atlas Global del Carbono es una plataforma virtual con base de datos de emisiones de co2 en todo el mundo. La figura 1 muestra los países que contribuyen con un total mundial de 37,150 Mtco2. México forma parte de los veinte países con mayores emisiones de gases de efecto invernadero, al colocarse en el doceavo lugar mundial, con emisiones de 512 Mtco2.

Emisiones nacionales de co2

En México, el Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático (inecc) es un órgano público descentralizado que realiza el Inventario Nacional de Emisiones de Gases y Compuestos de Efecto Invernadero (inegycei). Este inventario categoriza en su base de datos cuatro grandes fuentes emisoras de co2 provenientes de la quema de combustible: industrias de la energía, industrias de la manufactura y construcción, transporte y otras industrias. La industria de la energía es la responsable de emitir la mayor cantidad de co2 a la atmósfera, con un 47% de las emisiones totales en México. La figura 2 muestra el porcentaje de cada fuente emisora de co2 y de las subfuentes pertenecientes a las industrias de la energía, de las cuales la producción de electricidad y calor emite el 84% de co2 (171 Mtco2).

Figura 1
Atlas global de emisiones de carbono

Fuente: Global Carbon Atlas (2022).

Figura 2
Contribución de co2 por fuente y subfuente de emisión

Fuente: elaboración propia con base en inecc (2021).

Producción de energía eléctrica

En México, la producción, el transporte y la distribución de energía eléctrica se realiza a través de la Comisión Federal de Electricidad (cfe), que en su informe anual de 2021 reportó 195 centrales eléctricas con una capacidad bruta efectiva total de 59,561 mw. La tabla 1 muestra el número de centrales eléctricas renovables y termoeléctricas, así como su capacidad de producción. Del total de la capacidad, un 24.35% correspondía a centrales que generan energía con fuentes renovables, como agua, viento, vapor geotérmico, sol y energía nuclear, y el 75.65%, con hidrocarburos.

Las centrales generadoras de la cfe, por la diversidad de tecnologías existentes, utilizan diferentes fuentes primarias para la generación de energía. La figura 3 muestra el porcentaje utilizado por cada fuente, de los cuales el mayor lo ocupa el gas natural, con un 45%. Éste se utiliza en varias centrales termoeléctricas del país, que, a diferencia del combustóleo, el diésel y el carbón, emite co2 en menor concentración que el resto de los combustibles fósiles; no obstante, no deja de emitir una gran cantidad de flujo de gas contaminante.

Figura 3
Fuentes primarias para la generación de la electricidad

Fuente: elaboración propia con base en cfe (2021).

Tabla 1
Escenario tecnológico del parque de generación

Tipo Número de centrales Capacidad en mw (bruta efectiva)
Centrales eléctricas renovables
Hidroeléctrica 60 12,125.4
Geotermoeléctrica 4 873.6
Eoloeléctrica 9 698.6
Solar fotovoltaica 2 6.0
Centrales termoeléctricas
Vapor 21 10,931.6
Ciclo combinado 44 23,143.9
Carboeléctrica 3 5,463.5
Turbogás 41 2,662.5
Combustión interna 5 359.0
Fuente: elaboración propia con base en cfe (2021).

Captura y aprovechamiento de co2

A pesar de que el co2 producido por la quema de combustibles fósiles para la generación de energía eléctrica es el gas de efecto invernadero que más contribuye al calentamiento global y al cambio climático, las tecnologías convencionales para la producción de este tipo de energía seguirán operando para abastecer las necesidades del país en este campo. Por lo tanto, es importante desarrollar tecnologías y estrategias para mitigar las emisiones de co2 provenientes de estas fuentes (Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, 2021). Las tecnologías actuales para separar el co2 de la mezcla de gases provenientes de la quema de combustibles fósiles en las plantas generadoras se clasifican en tecnologías de tratamiento antes de la combustión (precombustión), durante la combustión (oxycombustión) y después de la combustión (poscombustión) (Darabkhani, et al., 2022; Malekli y Aslani, 2022; Mitra et al., 2023).

Figura 4
Tecnología poscombustión

Fuente: elaboración propia.

Tecnología poscombustión de co2

La tecnología poscombustión es utilizada para la eliminación de co2 proveniente de los gases de combustión en las centrales termoeléctricas. Esta tecnología consiste en la absorción del co2 con una solución absorbente de amina (Alalaiwat y Khan, 2024). Las unidades de proceso principales se muestran en la figura 4, donde aparecen columnas empacadas de absorción y desorción (ca, cd), bombas (b) e intercambiadores de calor (ic) (Wang et al., 2022).

La ventaja distintiva de la captura de co2 poscombustión es que puede ser adaptada a las centrales eléctricas existentes sin modificaciones significativas. La principal desventaja de esta tecnología es la alta demanda energética requerida por la regeneración del disolvente (Chao et al., 2021; Raganati y Ammendola, 2024).

Aprovechamiento de co2

Se realizó una investigación detallada para encontrar una técnica y disponer de la captura del co2 en una central termoeléctrica. Se encontró que existen dos alternativas: una que consiste en capturar, transportar y almacenar el co2 en el subsuelo y otra que consiste en la captura y el aprovechamiento de co2, donde el flujo de gas capturado sería utilizado en la elaboración de otros productos, como combustibles, especialidades químicas y materiales de construcción (Hunt et al., 2010; Koytsoumpa et al., 2018).

La propuesta de este trabajo consiste en aprovechar el co2 como reactivo en la producción de gas metano (ch4), al acoplar al proceso de captura poscombustión un reactor que transforme el co2 en ch4 para utilizarlo como combustible dentro de la central termoeléctrica, al obtener un ciclo para la producción y consumo del co2 (Hidalgo y Martín-Marroquín, 2020; Schaaf et al., 2014).

Figura 5
Diagrama de proceso para la propuesta tecnológica de captura y aprovechamiento de co2

Fuente: elaboración propia.

Descripción de la propuesta tecnológica

Para mitigar las emisiones de co2 provenientes de la quema de combustibles fósiles en las centrales termoeléctricas de México se propone un proceso continuo de captura y aprovechamiento de co2. La figura 5 muestra las unidades de proceso para la tecnología de captura y aprovechamiento de co2 acoplada a una central termoeléctrica de ciclo combinado. Los gases emitidos por la central se dirigen a una columna empacada de absorción (corriente 1, ca) para absorber el co2 con una solución absorbente (Monoetanolamina al 30% m/m) (corriente 3, ca). El gas sale de la ca a la atmósfera con una concentración mínima de co2 (corriente 2, ca) y la solución absorbente concentrada en co2 se bombea hacia la columna de desorción, pasando por un recuperador de calor (b1, rc2, cd).

La solución concentrada en co2 se pone en contacto a contracorriente con vapor sobrecalentado en la columna de desorción (cd). El co2 que se encuentra en mezcla con el vapor se recupera por condensación, de donde se obtiene el co2 para su aprovechamiento en la producción de ch4 en el reactor de lecho empacado (rle). El gas metano producido entra a la central termoeléctrica como gas de combustión para cerrar el ciclo con mínimas emisiones de co2. En la columna de desorción además se regenera la solución absorbente para ingresar de nuevo al proceso (Corrientes 11-14).

Figura 6
Resultados de las emisiones de co2 en centrales de gas natural

a) Sin la tecnología; b) con la tecnología de captura y aprovechamiento de las emisiones de co2.
Fuente: elaboración propia.

Impacto nacional en las emisiones de co2

En México, las centrales termoeléctricas que queman gas natural para la producción de electricidad emiten 36.18 Mtco2. Con una primera simulación de la propuesta tecnológica se reducen las emisiones de co2 en un 98%. Aplicando la tecnología a las centrales termoeléctricas de gas natural disminuirían las emisiones por debajo de un millón de toneladas de co2. La figura 6 muestra el resultado de las emisiones de co2 en las centrales de ciclo combinado sin la tecnología y con la tecnología de captura y aprovechamiento de las emisiones de co2.

Conclusiones

Con la implementación de la propuesta de tecnología se puede observar que este gas de efecto invernadero ya no sólo representará un desecho o un contaminante, sino una materia prima que podrá definir y construir el camino de la energía sostenible en México.

Dentro del panorama ingenieril siempre se busca la rentabilidad en un proceso y esto cuestiona fuertemente las nuevas tecnologías. Además, esta propuesta no representa modificaciones significativas en el diseño de las centrales termoeléctricas.

La cantidad de emisiones de co2 que se pueden reducir a través de esta propuesta equivalen al 8% de los nacionales totales.



Referencias

Alalaiwat, D. y Khan, E. (2024). Post-combustion carbon capture process modeling, simulation, and assessment of synergistic effect of solvents. International Journal of Greenhouse Gas Control, 135(2). https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2024.104145

Anika, O. C., Nnabuife, S. G., Bello, A., Okoroafor, E. R., Kuang, B. y Villa, R. (2022). Prospects of low and zero-carbon renewable fuels in 1.5-degree net zero emission actualization by 2050: a critical review. Carbon Capture Science & Technology, 5, 1-17. https://doi.org/10.1016/j.ccst.2022.100072

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