ES2955679T3 - Almacenamiento permanente de dióxido de carbono - Google Patents
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Abstract
Se divulga un método para la preparación rápida y rentable de cristales de ikaita. El método comprende poner en contacto una solución acuosa alcalina, que comprende iones carbonato y bicarbonato, con una solución acuosa, que comprende Ca2+, a una temperatura que no excede los 15°C, en donde el contacto entre la solución acuosa alcalina y la solución acuosa tiene lugar a una superficie permeable. o superficie porosa, a través de la cual una solución se alimenta a la otra a un caudal que facilita la formación de cristales de ikaita. También se divulga un sistema para llevar a cabo el proceso de preparación de ikaite. El proceso y el sistema proporcionan un medio rentable y eficaz para capturar y almacenar dióxido de carbono. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Almacenamiento permanente de dióxido de carbono
Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo de tecnología limpia. En particular, la presente invención se refiere al campo de reducción de CO2 ambiental, captura de CO2, y almacenamiento de CO2 en un producto sólido estable.
Antecedentes de la invención
Existe un consenso universal de que se está presentando un cambio climático mundial, y la evidencia muestra que la causa principal para esto son las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero en la atmósfera.
El dióxido de carbono (CO2) es un gas de efecto invernadero que absorbe el calor de la radiación solar en la atmósfera. Los niveles crecientes de CO2 y otros gases de efecto invernadero se están liberando en la atmósfera y conduce a temperaturas mundiales crecientes, así como a la acidificación de los océanos. El CO2 se libera en primer lugar a través de actividades humanas tal como la quema de combustibles fósiles, actividades industriales y deforestación, así como por medio de contribuciones naturales como, por ejemplo, por erupciones volcánicas y respiración biológica. El incremento continuo en los niveles atmosféricos de CO2 ha conducido al cambio climático mundial, induciendo temperaturas globales más cálidas. Conforme la temperatura aumenta debido al incremento de niveles de CO2, los patrones meteorológicos globales están cambiando, lo que da por resultado tormentas cada vez más graves en los trópicos, ráfagas, precipitaciones masivas, y derretimiento de los casquetes glaciales, lo que produce un aumento de los niveles del mar solo para mencionar algunas de las consecuencias.
Además, la captación de un nivel cada vez mayor de CO2 atmosférico por los océanos está reduciendo los niveles de pH de agua de mar en detrimento de muchos ecosistemas marinos importantes. La acidificación de océanos, por ejemplo, afecta a los arrecifes de coral por todos los trópicos, y como los arrecifes constituyen una fuente vital de alimentos para millones de personas, así como que son industrias de miles de millones de dólares, que cubren la pesca y el turismo, las sociedades, así como los ecosistemas naturales, son extremadamente vulnerables a los efectos del incremento de niveles de CO2.
Las consecuencias de los cambios climáticos globales que ya se están observando, así como lo que se predice, son muy graves, y ahora han aumentado una inmensa conciencia científica, pública y política, lo que da por resultado esfuerzos globales ahora que combaten el cambio climático, con el objetivo de reducir las emisiones de CO2 , detener o incluso revertir los cambios climáticos globales. Los acuerdos políticos internacionales ahora buscan acelerar e intensificar las acciones e inversiones necesarias para un futuro sostenible de baja emisión de carbono.
Además de limitar la cantidad de CO2 que se libera en la atmósfera, también se han realizado una gran investigación y muchos esfuerzos para capturar y almacenar CO2. Varias empresas ahora han desarrollado sistemas que realizan captura directa de carbono de la atmósfera. Sin embargo, en la mayoría de los casos, el CO2 se almacena como gas comprimido, y se reúsa en la industria lo que termina volviéndose a liberar en la atmósfera. Se están haciendo otros intentos para almacenar CO2 capturado por el secuestro en formaciones geológicas, el inconveniente que son altos requisitos de energía y el riesgo de que los gases se filtren de vuelta a la atmósfera.
La ikaita (CaCO3 -6H2O), una forma hidratada de calcita, es un mineral que existe en columnas de toba calcárea únicas en el fiordo Ikka en el suroeste de Groenlandia. La síntesis de ikaita se ha realizado anteriormente a escala de laboratorio; sin embargo, solo en pequeñas cantidades, durante largos períodos de tiempo, y solo produciendo cristales muy pequeños, en el orden de tamaño de 20-100 μm. La síntesis se ha realizado principalmente para investigar las propiedades de los sistemas naturales donde se presenta la ikaita, y se ha realizado de diversas maneras, por la mezcla de manera rápida de soluciones, ya sea directamente o por goteo en una solución agitada continuamente. Algunos han dejado estas mezclas para permitir que la cristalización se presente durante semanas o meses, común para todos es un bajo rendimiento de ikaita en la forma de cristales muy pequeños. Sin embargo, hasta la fecha, no ha sido posible producir ikaita a una tasa o bajo condiciones que volverían realista al uso práctico de ikaita con cualquier propósito. Para estas investigaciones anteriores en la preparación de ikaita, véase, por ejemplo, Hu Y-B et al. (2014), Marine Chemistry 162: 10-18, Buchardt B et al. (2001) Journal of Sedimentary Research 71(1): 176 189 y Stockmann G et al. (2018), Applied Geochemistry 89: 11-22.
El documento US 2016/0121298 divulga un método para producir un material de carbonato de secuestro de CO2 donde se introduce una fuente de catión divalente (tal como un líquido que contiene Ca2 +) en un líquido que contiene carbonato o bicarbonato acuoso que fluye. US 2016/0121298 no menciona ninguna etapa o parámetro de método específico para la preparación de ikaita en lugar de otras especies de carbonato.
Objetivos de la invención
Un objetivo de las realizaciones de la invención es proporcionar métodos y medios para la preparación de ikaita y calcita para facilitar la reducción en dióxido de carbono de las emisiones o en dióxido de carbono atmosférico.
Sumario de la invención
El presente inventor ha descubierto que es posible por medio de un proceso simple y económicamente atractivo preparar grandes cantidades de ikaita a una velocidad hasta ahora sin precedentes. Además, se ha encontrado que la ikaita se puede preparar a partir de soluciones acuosas donde se disuelve una cantidad apreciable de carbonato y bicarbonato derivado de dióxido de carbono. Por consiguiente, la tecnología presentada en el presente documento produce cristales de ikaita significativamente más grandes que nunca antes vistos y, por consiguiente, se proporciona un medio simple de captura de dióxido de carbono gaseoso. Por consiguiente, en un aspecto muy genérico, la presente invención se refiere al uso de ikaita como un medio de almacenamiento/reducción de dióxido de carbono. Con este propósito, la presente invención proporciona una cantidad de soluciones prácticas para métodos rápidos y fiables para la producción de ikaita.
La presente invención sobresale de otras maneras de sintetizar ikaita, puesto que el método desarrollado para producir ikaita detallada a continuación está tomando un enfoque diferente de lo que se ha hecho anteriormente, y además por el objetivo de almacenar CO2 en el producto final que es ya sea ikaita, calcita u otras transformaciones de CaCO3 para la captura permanente de carbono y la remoción de CO2. La ventaja de almacenar CO2 con ikaita que es una forma intermedia es la baja energía requerida para que se presente la cristalización de ikaita, así como para la siguiente transformación a calcita, y, por consiguiente, que sea una manera muy económica de lograr el almacenamiento permanente de CO2.
La invención depende de la creación de un gradiente químico entre dos capas, una capa que son las soluciones, por ejemplo, como se proporciona en las fórmulas 1-5 en los ejemplos, y la otra que es de ASW (agua marina artificial) o una solución de agua similar. Por consiguiente, la presente invención tiene como objetivo crear un microentorno constante donde las soluciones de bicarbonato/carbonato se mezclan con el ASW, produciendo cristales considerablemente más grandes que en cualquier experimento temprano donde los cristales de ikaita sintética han estado en el intervalo de 20-40 μm; el método en esta invención produce cristales de ikaita sintética grandes en diferentes tamaños, algunos >2 mm, la mayoría <1-1,5 mm, y algunos muy pequeños, <100 μm. La mezcla controlada que crea esta estratificación química también garantiza una interfaz de contacto óptima que permite la precipitación más eficiente de los cristales y, por consiguiente, el mejor uso de las soluciones empleadas.
La cantidad y el tamaño de los cristales, junto con la velocidad de precipitación lograda al usar la presente invención, sobrepasan en gran medida aquellos logrados anteriormente. Por consiguiente, este método proporciona una buena razón para incorporar la invención ya sea en plantas de captura de CO2, que ya recogen CO2 de la atmósfera, gases de combustión o por otros medios.
Por consiguiente, el método inventivo para la preparación de ikaita se puede llevar a cabo al establecer una interfaz estable entre una solución acuosa alcalina y una solución de agua (solución salina) (véase detalles a continuación). En lugar de mezclar instantáneamente las dos soluciones, se ha demostrado que la presencia de la interfaz estable proporciona un entorno que facilita la formación de los cristales de ikaita. Pero, puesto que las dos soluciones que se encuentran en la interfaz son totalmente compatibles, de acuerdo con los hallazgos realizados por el inventor, es una gran ventaja alimentar una de las soluciones en la otra a una tasa lenta mediante una superficie que separa las dos soluciones debido a que esto mantendrá la interfaz y también proporcionará una superficie en la que los cristales se pueden sembrar y posteriormente cultivar. Sin embargo, se entenderá que la superficie no es esencial para simplemente preparar cristales de ikaita, la característica esencial parece ser el mantenimiento de una interfaz estable.
De esta manera, en un primer aspecto, la presente invención se refiere a un método para la preparación de ikaita, que comprende poner en contacto una solución acuosa alcalina, que comprende iones carbonato y bicarbonato, con una solución de agua, tal como agua de mar natural, que comprende Ca2 +, a una temperatura que no excede 15 °C, en donde el contacto entre la solución acuosa alcalina y la solución de agua tiene lugar en una superficie permeable o porosa, a través de la cual la solución acuosa alcalina se alimenta a la solución de agua o a través de la cual la solución de agua se alimenta a la solución acuosa alcalina a un caudal que se controla para facilitar la formación de cristales de ikaita, y en donde la solución acuosa alcalina se ha preparado suministrando CO2 gaseoso a una solución de carbonato, que es preferentemente una solución de carbonato de sodio o potasio. La figura 6 presenta en forma esquemática una realización de la configuración, donde la superficie permeable está en la forma de una membrana.
En un segundo aspecto, la invención se refiere a un método para el almacenamiento/reducción de dióxido de carbono, que comprende la preparación de una solución acuosa alcalina definida en el primer aspecto de la invención expuesta anteriormente, preparar posteriormente ikaita de acuerdo con el método del primer aspecto de la invención o preparar calcita u otras formas de carbonato preparadas a partir de la ikaita y almacenar posteriormente las formas de ikaita y/o carbonato producidas.
En un tercer aspecto, la presente invención proporciona un sistema para la preparación de ikaita, que comprende - al menos un compartimento para retener una solución acuosa alcalina, que comprende carbonato y bicarbonato,
- al menos un compartimento para retener una solución de agua, que comprende Ca2+,
- al menos una estructura permeable o porosa para separar la solución acuosa alcalina y la solución de agua, permitiendo esta estructura permeable o porosa la alimentación a través de al menos una superficie de la estructura 1) de la solución acuosa alcalina a la solución de agua o 2) de la solución de agua a la solución acuosa alcalina, - un mecanismo para provocar la alimentación ya sea de la solución acuosa alcalina o la solución de agua a través de la al menos una superficie de la estructura, y
- un dispositivo para suministrar dióxido de carbono gaseoso a la solución acuosa alcalina,
estando dicho sistema opcionalmente integrado con o acoplado a una salida de emisiones de gas que contienen dióxido de carbono, que se suministran a la solución acuosa alcalina.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra micrografías de ikaita sintetizada.
El panel A muestra la superficie de una superficie de flujo pasante cubierta por cristales de ikaita.
El panel B muestra un primer plano de los cristales de ikaita. La barra de escala representa 1 mm. Véase el ejemplo 1.
La figura 2 muestra micrografías de ikaita sintetizada.
El panel A muestra la superficie de la membrana de flujo pasante cubierta por cristales de ikaita.
El panel B muestra un primer plano de los cristales de ikaita. La barra de escala representa 1 mm. Véase el ejemplo 2.
La figura 3 muestra micrografías de ikaita sintetizada.
El panel A muestra la superficie de la membrana de flujo pasante cubierta por cristales de ikaita.
El panel B muestra un primer plano de los cristales de ikaita. La barra de escala representa 1 mm. Véase el ejemplo 3.
La figura 4 muestra micrografías de ikaita sintetizada.
El panel A muestra la superficie de la membrana de flujo pasante cubierta por cristales de ikaita.
El panel B muestra un primer plano de los cristales de ikaita. La barra de escala representa 1mm.
La figura 5 muestra imágenes de ikaita sintetizada.
El panel A muestra una manguera cubierta por cristales de ikaita recién sintetizados, la barra de escala representa 5 mm.
El panel B muestra un primer plano de los cristales de ikaita. La barra de escala representa 500 μm. El panel C muestra un primer plano de los cristales de ikaita. La barra de escala representa 500 μm. El panel D muestra un primer plano de los cristales de ikaita. La barra de escala representa 100 μm. La figura 6 muestra una representación esquemática de una realización de un sistema del tercer aspecto de la invención.
Descripción detallada de la invención
Definiciones
Una "solución de agua”, en el presente contexto, es una solución acuosa de pH básico ligero o moderado, que contiene iones de calcio; a menudo la solución de agua será una solución de agua salina, es decir, una solución de agua que comprende NaCl como la especie de sal principal. Un ejemplo de una solución de agua (solución salina) es agua de mar natural. La salinidad es de menor importancia que el pH y el contenido de iones de calcio. Por consiguiente, la presencia de NaCl no es obligatoria en una solución de agua a pesar de que se prefiere debido al fácil acceso, por ejemplo, al agua de mar natural. Se debe observar que la resistencia iónica de las soluciones de agua usadas en el presente documento invención se puede regular de acuerdo con la necesidad, pero que son preferibles los valores que son habituales para el agua de mar natural (I “ 0,7 M).
Una "solución acuosa alcalina", como se usa en el presente documento, significa una solución acuosa, que tiene un pH básico y que debe comprender un sistema de tampón de carbonato/bicarbonato.
Una "superficie permeable o porosa", en el presente contexto, una superficie a través de la cual una solución acuosa alcalina o una solución de agua es capaz de alimentarse en una solución circundante o adyacente. La forma y composición exactas de la superficie permeable o porosa no son esenciales. Puede estar compuesta, por ejemplo, por una o más caras de una estructura hecha de un material poroso tal como roca porosa, piedra porosa, un material cerámico poroso, una superficie de metal, caucho o plástico que comprende múltiples perforaciones, un material de membrana y cualquier otro material o estructura a través del cual se puede introducir una solución y posteriormente salir cuando se forma una interfaz con una segunda solución debido a que la estructura que incluye la superficie tiene una conductividad hidráulica suficientemente alta para permitir que un líquido se alimente mediante la estructura a través de la superficie para ponerse en contacto con la otra solución.
Realizaciones específicas de la invención
Método del primer aspecto de la invención
Como se ha expuesto anteriormente, el primer aspecto se refiere a un método para la preparación de ikaita (es decir: CaCo3 ■ 6H2O), que comprende poner en contacto una solución acuosa alcalina, que comprende iones carbonato y bicarbonato, con una solución de agua, que comprende Ca2+, a una temperatura que no excede 15 °C, en donde el contacto entre la solución acuosa alcalina y la solución de agua tiene lugar en una superficie permeable o porosa, a través de la cual la solución acuosa alcalina se alimenta a la solución de agua o a través de la cual la solución de agua se alimenta a la solución acuosa alcalina a un caudal que se controla para facilitar la formación de cristales de ikaita, y en donde la solución acuosa alcalina se ha preparado suministrando CO2 gaseoso a una solución de carbonato, que es preferentemente una solución de carbonato de sodio o potasio.
Alimentando cualquier solución a través de la superficie porosa para ponerla en contacto con la otra solución, se logra que se puede crear una zona de interfaz estable o casi estable entre las dos soluciones, facilitando de esta manera la formación de ikaita en la zona de interfaz, habitualmente en la superficie porosa, pero también en la interfaz donde existe un gradiente entre las dos soluciones. Una característica importante en este contexto es que el caudal de la solución que se alimenta en la otra se controla cuidadosamente (por ejemplo, por medio de un sistema de bombeo o por el uso de fuerza gravitatoria) para mantener la zona de interfaz durante un período prolongado. De hecho, al controlar la alimentación de solución a través de la superficie porosa, se puede evitar el desperdicio de reactivos al garantizar que también está teniendo lugar una formación máxima de ikaita en la interfaz líquida.
En la práctica, también es posible crear la zona de interfaz necesaria entre las dos soluciones al establecer capas (estratos) de las soluciones que tienen diferentes densidades, este principio se conoce cuando se establece un gradiente de, por ejemplo, sacarosa cuando se realiza la centrifugación diferencial. En esta configuración, la formación de los cristales de ikaita tendrá lugar en la interfaz entre los estratos donde las concentraciones de reactivo son óptimas para que tenga lugar la formación de ikaita. Sin embargo, se prefiere la alimentación de una solución a través de una superficie porosa debido a que esta tecnología facilita que una cantidad controlada de solución se ponga en contacto con la otra solución con el paso del tiempo de una manera simple, en tanto que el establecimiento de estratos/capas permanentes de diferentes densidades es más difícil de controlar en términos de adición constante de reactivos. Y, si se usa un sistema con, por ejemplo, flujo laminar paralelo de soluciones, no se puede esperar que estén presentes condiciones de reacción óptimas durante toda la longitud de la zona de contacto entre las soluciones.
Se ha encontrado que una solución acuosa alcalina que tiene un pH en el intervalo 8-12 proporciona los mejores resultados, y en particular el pH puede estar ventajosamente en el intervalo 8,5-11,5, tal como en el intervalo 9-11, y preferentemente en el intervalo 9-10. El establecimiento de una solución de carbonato/bicarbonato fuertemente amortiguada garantizará que se cumplan estas condiciones, pero en el caso de que se desee introducir dióxido de carbono en la solución (por ejemplo, mediante la aireación de la solución con un gas rico en dióxido de carbono), se debe tener cuidado de garantizar que se contrarreste una disminución del pH, por ejemplo, por la adición de una base o por el uso de sistemas de tampón adicionales que puedan estabilizar el pH de la solución acuosa alcalina.
El proceso de la invención no depende en particular de la concentración del carbonato/bicarbonato en la solución acuosa alcalina, incluso una solución saturada que comprende las dos especies en una relación que proporciona el pH deseado será efectiva siempre que la solución de agua incluya al menos una cantidad suficiente estequiométrica de iones de calcio. La solubilidad en agua del bicarbonato es de 69 g/l a 0°C y 96 g/l a 20°C a una presión de 1 bar, de esta manera, si se trabaja a presión ambiente, la concentración máxima de bicarbonato no excederá “ 90 g/l. Sin embargo, está dentro del alcance de la presente invención ejecutar el proceso a presiones más altas, permitiendo de esta manera concentraciones más altas de bicarbonato y carbonato en la solución acuosa alcalina. Por ejemplo, esto es pertinente si se lleva a cabo el método del primer aspecto de la invención en agua de mar natural a una cierta profundidad, por cada 10 m de inmersión en agua de mar, la presión incrementará a aproximadamente 1 bar, incrementando de esta manera la solubilidad de carbonato, bicarbonato.
Habitualmente, los iones de carbonato y bicarbonato de la solución acuosa alcalina estarán en primer lugar en la forma de carbonato de sodio y bicarbonato de sodio, pero se entenderá que la naturaleza exacta de cualquier sal de bicarbonato o carbonato es de menor pertinencia para el proceso del primer aspecto de la invención. En cualquier tasa, como consecuencia del pH básico de la solución acuosa alcalina, hay un excedente de iones de bicarbonato con relación a los iones de carbonato en esta solución.
Con respecto a la solución de agua, habitualmente tiene un pH >7,0, pero en la mayoría de los casos esta solución es solo ligeramente básica: en este contexto, el pH del agua de mar natural ha demostrado ser efectivo en la práctica del método de la invención. Por consiguiente, la solución de agua preferentemente tiene un pH, que es menor de 10, tal como menor de 9, y preferentemente en el intervalo 7,5-8,5.
Como se ha mencionado anteriormente, es un prerrequisito para la formación de ikaita que los iones de calcio estén presentes siempre que se suministren bicarbonato y carbonato, por consiguiente, la solución de agua debe comprender la cantidad necesaria, preferentemente un exceso, de Ca2+ con respecto al carbonato y bicarbonato en la solución acuosa alcalina.
En una realización importante del primer aspecto de la invención, la solución de agua (solución salina) es agua de mar natural, desde un punto de vista económico, esto es preferible y atractivo en muchas configuraciones prácticas, pero
de ninguna manera se excluye preparar "agua de mar artificial", es decir, soluciones de agua que tienen el pH deseado y el contenido de Ca2+ necesario, incluso puede ser posible preparar soluciones de agua que se optimizan con este propósito.
Cuando se selecciona la tasa de interacción entre las dos soluciones, es decir, al controlar la alimentación de una solución en otra, se facilita la formación de cristales. Habitualmente, los cristales se sembrarán y posteriormente se cultivarán en la superficie permeable o porosa. Por consiguiente, la tasa de alimentación de una solución en la otra es pertinente para garantizar que la formación de cristal continuará teniendo lugar en la interfaz entre las dos soluciones.
Sin embargo, se ha observado que el caudal se debe mantener relativamente bajo (por debajo de una velocidad predefinida) hasta que se haya logrado la nucleación de los cristales de ikaita, después de que se ha logrado la nucleación, el caudal se puede incrementar puesto que los cristales se cultivarán fácilmente. Como una alternativa, la superficie porosa o permeable, por consiguiente, se puede suministrar/sembrar con cristales de ikaita que ya se han formado (por ejemplo, en un proceso anterior de la presente invención), de esta manera, la etapa introductoria relativamente lenta de formación de cristal se puede evitar y el proceso se puede ejecutar continuamente a una velocidad más alta.
Con respecto a la temperatura, se ha reportado en Stockmann G et al. (2018), Applied Geochemistry 89: 11-22, que la ikaita se puede cristalizar a temperaturas de hasta aproximadamente 15 °C, pero se cree que las temperaturas más bajas son preferibles: Por consiguiente, habitualmente el método de la invención se llevará a cabo en un método que no exceda 14 °C, tal como a una temperatura que no exceda 13 °C, 12 °C, 11 °C, 10 °C, 9 °C u 8 °C. Sin embargo, las temperaturas óptimas para la síntesis de ikaita varían con diversas condiciones fisicoquímicas, por ejemplo, la composición y las concentraciones de constituyentes de ASW, la concentración de las soluciones 1-3 definidas en los ejemplos, el pH de las soluciones y la presión parcial.
La preparación de la solución acuosa alcalina comprenderá habitualmente que se suministra CO2 gaseoso a una solución de carbonato, preferentemente a una solución de carbonato de potasio o sodio. En este contexto, es simplemente necesario garantizar que el pH de la solución resultante no alcance un pH demasiado bajo, la adición de base separada o el uso de tampones secundarios fuertes pueden garantizar esto.
En ciertas realizaciones prácticas, el método de la invención se puede llevar a cabo en el mar (usando de esta manera el agua de mar circundante como la solución de agua), puesto que la temperatura en el agua de mar varía a través del globo, pero es consistentemente más baja a una cierta profundidad, el método en estos casos se lleva a cabo a una profundidad donde la temperatura ambiente no excede 15 °C o la temperatura máxima más baja analizada en detalle anteriormente.
En realizaciones ventajosas, la ikaita se convierte posteriormente en calcita u otras formas de carbonato, puesto que la ikaita es una sustancia relativamente volátil, la calcita y otras formas de carbonato de calcio son preferibles, por ejemplo, para almacenamiento posterior. La conversión a calcita u otras formas de carbonato es una materia relativamente simple, y consta esencialmente de la deshidratación del ikaita: esto se puede lograr al calentar la ikaita a una temperatura más alta que la temperatura a la que se ha formado la ikaita y/o al secar la ikaita.
Finalmente, el método del primer aspecto de la invención incluirá habitualmente la etapa adicional de almacenamiento de las formas de ikaita y/o carbonato producidas.
Por consiguiente, la síntesis de ikaita o calcita se puede realizar ya sea por la mezcla controlada de la solución de ikaita en ASW estancada o en un diseño que permite un flujo de ASW. El caudal de la solución de ikaita y ASW entonces se puede ajustar a diseños de reactor específicos para una cristalización y eficiencia óptimas.
Realizaciones del segundo aspecto de la invención
Como se entenderá a partir de lo anterior, un aspecto importante de la invención se refiere a un método para el almacenamiento/reducción de dióxido de carbono. En esencia, este método introduce dióxido de carbono gaseoso de cualquier fuente en una solución acuosa alcalina analizada anteriormente donde después de que ikaita o calcita u otros carbonatos se preparan de acuerdo con el método del primer aspecto de la invención detallado anteriormente; posteriormente, se almacenan, por ejemplo, bajo tierra, las formas de ikaita y/o carbonato producidas.
El método del segundo aspecto de la invención se puede implementar en una variedad de ajustes: se puede usar directamente con relación a plantas, fábricas, dispositivos o construcciones que emiten dióxido de carbono, y se puede usar para extraer dióxido de carbono directamente del aire atmosférico. Los sistemas para introducir gran cantidad de material gaseoso en un medio líquido son bien conocidos y se pueden emplear para preparar el sistema de tampón de carbonato/bicarbonato que constituye la solución acuosa alcalina usada en la invención.
Realizaciones relacionadas con el tercer aspecto de la invención
Este aspecto se refiere a un sistema para la preparación de ikaita, que comprende
- al menos un compartimento para retener una solución acuosa alcalina, que comprende carbonato y bicarbonato, - al menos un compartimento para retener una solución de agua, que comprende Ca2+,
- al menos una estructura permeable o porosa para separar la solución acuosa alcalina y la solución de agua, esta estructura permeable o porosa que permite la alimentación a través de al menos una superficie de la estructura 1) de la solución acuosa alcalina a la solución de agua o 2) de la solución de agua a la solución acuosa alcalina, - un mecanismo para provocar la alimentación ya sea de la solución acuosa alcalina o la solución de agua a través de la al menos una superficie de la estructura, y
- un dispositivo para suministrar dióxido de carbono gaseoso a la solución acuosa alcalina,
estando dicho sistema opcionalmente integrado con o acoplado a una salida de emisiones de gas que contienen dióxido de carbono, que se suministran a la solución acuosa alcalina.
Una representación esquemática de una realización de este sistema (o planta) de la invención se presenta en la figura 6. Un primer compartimento "A" retiene una solución de carbonato/bicarbonato que se alimenta continuamente a la parte inferior de un segundo compartimento B, que retiene un ASW. Mediante una superficie perforada o permeable de otra manera, la solución de carbonato/bicarbonato entra en el ASW a fin de crear una interfaz estable donde se pueden formar cristales de ikaita (como se muestra en el panel ampliado C). Puesto que la solución de carbonato/bicarbonato es menos densa que el ASW (en particular después de la formación de ikaita), exhibe un movimiento hacia arriba y, por consiguiente, permite una adición constante de nuevo carbonato/bicarbonato.
El sistema de la invención comprende además un dispositivo para suministrar dióxido de carbono a la solución acuosa alcalina. Con referencia a la figura 6, este dispositivo puede estar presente en el compartimento A o en una cámara o compartimento de premezcla, un medio simple para suministrar dióxido de carbono a la solución es burbujear gas/aire rico en dióxido de carbono a través de la solución.
Es ventajoso adaptar el sistema de la invención a fin de facilitar la recuperación de ikaita de la matriz porosa y/o solución de agua. Existen varias soluciones con este propósito. Un ejemplo es dejar que la superficie en la que se forma la ikaita se incline con relación a un plano horizontal; puesto que la ikaita es bastante frágil, la atracción gravitatoria en algún punto provocará que la ikaita se desprenda y se asiente al pie de la superficie inclinada. Alternativamente, se puede incluir en el sistema un mecanismo mecánico que simplemente raspa y opcionalmente recoge la ikaita.
Como se ha detallado anteriormente con relación al primer aspecto de la invención, la ikaita producida se puede convertir convenientemente en calcita u otras formas de carbonato estables para permitir el almacenamiento a largo plazo; por consiguiente, el sistema de la invención puede comprender además un compartimento para la conversión de ikaita en calcita u otras formas de carbonato por el secado o calentamiento a una temperatura >8 °C. Sin embargo, la ikaita también se puede depositar simplemente en una ubicación remota donde tiene lugar este proceso.
El sistema de la invención se puede integrar con, o acoplar a una salida de emisiones de gas que contienen dióxido de carbono; estas emisiones se suministran habitualmente a la solución acuosa alcalina, preferentemente al usar el dispositivo detallado anteriormente para la introducción de dióxido de carbono en la solución acuosa alcalina.
La solución de agua puede ser convenientemente agua salada natural, por ejemplo, agua de mar, especialmente cuando el sistema se configura en áreas geográficas donde está disponible el fácil acceso a cantidades abundantes de agua salada natural. En estos casos, el sistema se puede ubicar en una posición lejos de la costa (tomando ventaja de esta manera de las temperaturas más bajas presentes a ciertas profundidades del mar a fin de facilitar la formación de ikaita), pero el sistema también se puede ubicar en tierra y tomar ventaja del agua salada natural.
Como también se ha detallado anteriormente, la forma y composición exactas de la estructura permeable o porosa no son esenciales, se pueden componer de piedra o roca porosa, un material de membrana y cualquier otro material a través del cual se puede introducir una solución y posteriormente salir cuando se forma una interfaz con una segunda solución debido a que la estructura tiene una conductividad hidráulica suficientemente alta. Por consiguiente, en realizaciones ventajosas de la invención es posible usar formaciones geológicas naturales que tienen una conductividad hidráulica adecuada, que permite la creación de una interfaz estable entre dos soluciones (una que se alimenta en la otra desde la estructura porosa permeable).
En la práctica, también es posible crear la zona de interfaz necesaria entre las dos soluciones al establecer capas (estratos) de las soluciones que tienen diferentes densidades, este principio se conoce cuando se establece un gradiente de, por ejemplo, sacarosa cuando se realiza la centrifugación diferencial. En esta configuración, la formación de los cristales de ikaita tendrá lugar en aquellos estratos de las dos soluciones donde las concentraciones de reactivo son óptimas para que tenga lugar la formación de ikaita. Sin embargo, se prefiere la alimentación de una solución a través de una superficie porosa debido a que esta tecnología facilita que una cantidad controlada de solución se ponga en contacto con la otra solución con el paso del tiempo de una manera simple, en tanto que el establecimiento de estratos/capas permanentes de diferentes densidades es más difícil de controlar en términos de adición de reactivos. Y, si se usa un sistema con flujo laminar paralelo de soluciones, no se puede esperar que estén presentes condiciones de reacción óptimas durante toda la longitud de la zona de contacto entre las soluciones.
Con respecto al sistema del tercer aspecto de la invención, todas las divulgaciones presentadas en el presente documento con relación al primer, y cuando sea aplicable, segundo aspectos de la invención se aplican mutatis mutandis al sistema del tercer aspecto. Por consiguiente, toda la divulgación con relación a los reactivos y condiciones útiles en el primer y segundo aspectos se puede incorporar directamente cuando se implementa un sistema del tercer aspecto.
Preámbulo de ejemplos
Materiales y métodos
Procedimientos de precipitación
Concentración de fondo de carbonato:
Si el carbonato o bicarbonato se disuelve en agua, tiene lugar un reequilibrado de acuerdo con las siguientes ecuaciones:
HCO3- 5 CO3 2 - + H+ pKa = 10,33
CO2 + H2O 5 HCO3- + H+ pKa = 6,35
Los iones de sodio no se adsorben a la materia de partículas, pero permanecen en la fase acuosa. En el agua, los iones de carbonato se reequilibrarán hasta que se establezca un equilibrio.
Solo una pequeña fracción del CO2 disuelto está presente en la forma de H2CO3 , la parte principal está presente como CO2 verdaderamente disuelto. La cantidad de CO2 en agua está en equilibrio con la presión parcial de CO2 en la atmósfera circundante. Los equilibrios de CO2 / HCO3- / CO3 2 - constituyen el tampón principal del pH de agua dulce y agua de mar de principio a fin del mundo.
Basándose en las ecuaciones anteriores, el CO2 es la especie predominante a un pH inferior a 6,35, en tanto que HCO3- es la especie predominante a un pH en el intervalo de 6,35-10,33 y CO3 2 - es la especie predominante a un pH más alto que 10,33.
Agua de mar artificial (ASW)
El ASW se puede crear por una multitud de soluciones salinas, véase, por ejemplo, la receta a continuación. En la presente invención, se han logrado rendimientos de precipitación integrales con agua de mar artificial, así como agua de mar natural; se ha encontrado que las soluciones necesitan ser de un cierto grado de salinidad y mostrar valores de pH ligeramente alcalinos. Otros solutos inorgánicos tal como fosfato, nitratos, etc. no parecen afectar el proceso de precipitación. La invención no se limita al uso de una solución específica.
El ASW también se puede sustituir por una solución de CaCh, u otras fuentes de iones de calcio en solución para que se presente el proceso de precipitación. Suficientes iones de calcio y carbonato disponibles en la solución parecen ser los parámetros más importantes.
Fórmulas gobernantes que contienen ASW; la complejidad del agua de mar, artificial o natural puede contener múltiples otros constituyentes, lo que vuelve mucho más complicadas a las reacciones.
Soluciones:
1. Na2CO3 (ac.), Carbonato de sodio disuelto en agua (Véase arriba para ecuaciones de equilibrio)
2. NaHCO3 (ac.), es decir, bicarbonato de sodio disuelto en agua (Véase arriba para ecuaciones de equilibrio) 3. Na2CO3 (ac.) NaHCO3 (ac.), es decir, carbonato de sodio bicarbonato de sodio disuelto en agua
4. Na2CO3 (ac.) CO2 (g) = Solución 3
(El burbujeo de CO2 produce una más alta proporción de HCO3- y CO3 2 - en equilibrio, el último que es dominante en un pH alto; sin embargo, puesto que el CO2 tendrá influencia en el equilibrio en una dirección hacia un pH más ácido, lo que no favorece la formación de ikaita, el burbujeo de CO2 se puede complementar ventajosamente por medidas de incremento de pH, es decir, el uso de un sistema de tampón más fuerte o la adición de sustancias alcalinas)
.
Reacciones:
1. CO2 (g) 5 CO2 (ac.) (CO2 + H2O 5 H2CO35 H+ + HCO3 2 - 5 2H+ + CO3 2-)
2. Na2CO3 (ac.) CO2 (ac.) H2O 5 2Na+ + CO3 2 - + H+ + HCO3- (Solución 3)
3. HCO3- 5 CO3 2-+ H+
4. Ca2 + + HCO3- 5 CaHCO3+ (Los iones de calcio proceden de ASW u otras soluciones salinas adecuadas)
5. Ca2 + + CO3 2 - 5 CaCO3 (Los iones de calcio son de ASW)
6. Ca2 + + CO3 2 - + 6H2O ^ CaCO3 ■ 6H2O (s) (ikaita)
7. CaCO3 ■ 6H2O (s) calor (>8-15°C) / deshidratación ^ CaCO3 (s) (carbonato de calcio/calcita u otras transformaciones de CaCO3)
Por consiguiente, a partir de las reacciones 4 y 5, existen CaHCO3+ y CaCO3, lo que crea una solución de carbonato de calcio que también contiene HCO3-, Ca2 + y CO3 2-. La relación entre estos, en particular HCO3-/ CO3 2-, y el pH es probable que controle el proceso de precipitación de ikaita, por consiguiente, el burbujeo de CO2 en Na2CO3 disuelto en H2O incrementa la proporción de HCO3- y CO3 2 - en la solución, lo que da por resultado una precipitación de ikaita más alta a pH alto, véase a continuación.
* Receta de ASW usada en ejemplos (sales disueltas en H2O desionizada):
La siguiente receta de ASW se usó para los ejemplos presentados en el presente documento, sin embargo, también se pueden usar otras concentraciones de los diferentes constituyentes y, por consiguiente, la invención no se limita a lo que se ejemplifica en el presente documento. Por ejemplo, experimentos análogos usando sales disueltas en agua de grifo de Dinamarca mostraron resultados similares que los experimentos aquí. Sin embargo, se desconoce el contenido de mineral exacto de agua de grifo.
Cloruro (Cl-) - 19,000-19,500 mg/l
Sodio (Na+ ) - 9,720-11,880 mg/l
Magnesio (Mg2 + ) - 1,300-1,360 mg/l
Sulfato (SO4 2-) - 810-990 mg/l
Calcio ( Ca2 +) -410-430 mg/l
Potasio (K+) - 360-380 mg/l
Fluoruro (F-) - 1,2-1,3 mg/l
Bromuro (Br) - 4,05 - 5,0 mg/l
Estroncio (Sr2 + ) - 7,2-8,8 mg/l
Las sales más comunes en el agua de mar natural se exponen con sus intervalos de concentración en lo siguiente:
Cloruro (Ct) - 18,980 mg/l
Sodio (Na+ ) - 10,556 mg/l
Sulfato (SO4 2-) - 2,649 mg/l
Magnesio (Mg2 + ) - 1,262 mg/l
Calcio ( Ca2 +) - 400 mg/l
Potasio (K+) - 380 mg/l
Bicarbonato(HCO3-) -140 mg/l
Estroncio (Sr2 + ) -13 mg/l
Bromuro (Br) - 65 mg/l
Borato (BO33-) - 26 mg/l
Fluoruro (F-) -1 mg/l
Silicato (S¡O3 2 ' ) -1 mg/l
Yoduro (|-) - <1 mg/l
Sólidos disueltos totales - 34,483 mg/l
Los experimentos en los siguientes ejemplos se llevaron a cabo a 5°C ± 0,25°C.
ASW en los experimentos en los siguientes ejemplos se realizó al disolver una mezcla de sal/mineral comercialmente disponible para acuarios de arrecife en agua dulce (agua de grifo regular). El ASW se mezcló a 25 % de salinidad al disolver la disolución de 1000 g de la mezcla de sal con 40 l de agua dulce en un recipiente de vidrio, la salinidad final se confirmó con refractómetro.
Se usó un medidor de pH, calibrado a temperatura experimental por una calibración de dos puntos (pH 7 y 10), para monitorear el pH. El pH del ASW fue ~ 8,17.
Ejemplo 1
Na2CO3+NaHCO3 disuelto en H2O desmineralizada para sintetizar ikaita en ^SW,
Se mezcló una solución de ~1 % de Na2CO3 (s) NaHCO3 (s) en una relación de 4:1 en peso de Na2CO3:NaHCO3 en H2O desmineralizada, adicionando hasta 100 % en volumen, que crea la “solución 3” (véase arriba) con pH 10,21. La solución 3 entonces se mezcló lentamente con ASW a través de una arenisca porosa plana de 78 cm2 con tamaños de poro de ~50-150 μm colocados en la parte inferior de un recipiente de vidrio de 40 l lleno de ASW. La solución se alimentó a la arenisca a través de un tubo de silicona por fuerza gravitatoria, y el caudal se ajustó por una abrazadera de tubo a ~1 ml por min. En un período de minutos, los cristales de ikaita visibles fueron evidentes en la superficie de la arenisca, puesto que la Solución 3 es más ligera debido a la más baja salinidad tendrá una flotabilidad natural, que crea un desplazamiento hacia arriba que entra en el ASW más pesada.
Una capa densa de cristales cubrió la arenisca después de 1h. La identificación y el tamaño de los cristales de ikaita se realizaron usando un microscopio de USB, que muestra cristales de ikaita monoclínica de hasta ~ 1,5-2 mm de longitud. Véase la figura 1.
Ejemplo 2
Na2CO3+NaHCO3 disuelto en agua de grifo para sintetizar ikaita en ^SW,
Se mezcló una solución de ~1 % de Na2CO3 (s) NaHCO3 (s) en una relación de 4:1 en peso de Na2CO3:NaHCO3 en agua del grifo que adiciona hasta 100 % en volumen, que crea la “solución 3” con pH 10,03.
La solución 3 entonces se mezcló lentamente con ASW a través de una arenisca porosa plana de 78 cm2 con tamaños de poro de ~50-150 μm colocados en la parte inferior de un recipiente de vidrio de 40 l lleno de ASW. La solución se alimentó a la arenisca a través de un tubo de silicona por fuerza gravitatoria, y el caudal se ajustó por una abrazadera de tubo a ~1 ml pr. min. En un período de minutos los cristales de ikaita visibles fueron evidentes en la superficie de la arenisca, puesto que la “Solución 3” es más ligera debido a la más baja salinidad tendrá un desplazamiento hacia arriba que entra en el ASW más pesada.
Una capa densa de cristales cubrió la arenisca después de 1h. La identificación y el tamaño de los cristales de ikaita se realizaron usando un microscopio de USB, que muestra cristales de ikaita monoclínica de hasta ~ 1,5-2 mm de longitud. Véase la figura 2.
Ejemplo 3
Creación de NaHCO3 al burbujear CO2 a través de una solución de Na2CO3 para crear la Solución 3 (en H2O desmineralizada)
Se burbujeó 1 l de la Solución 1 con CO2 durante 1 minuto que crea la Solución 2, es decir, cuando el carbonato de sodio se hace reaccionar con dióxido de carbono y agua, se produce en primer lugar bicarbonato de sodio (véase también la fórmula 2 anterior).
Na2CO3 (ac., s) CO2 (g) H2O ^ 2NaHCO3 (ac.)
Se mezclaron 20 ml de Solución 2 con 80 ml de Solución 1 que entonces se adicionó a 9,9 l de H2O desmineralizada que crea una Solución 3 al 1 % de 10 l, con una relación de 4:1 (v/v) de Na2CO3:NaHCO3, pH 9,29.
La solución 3 se mezcló lentamente con ASW a través de una arenisca porosa plana de 78 cm2 con tamaños de poro de ~50-150 μm colocados en la parte inferior de un recipiente de vidrio de 40 l lleno de ASW. La solución se alimentó a la arenisca a través de un tubo de silicona por fuerza gravitatoria, y el caudal se ajustó por una abrazadera de tubo a ~1 ml pr. min. En un período de minutos los cristales de ikaita visibles fueron evidentes en la superficie de la arenisca, puesto que la Solución 3 es más ligera debido a la más baja salinidad tendrá un desplazamiento hacia arriba que entra en el ASW más pesada.
Una capa densa de cristales cubrió la arenisca después de 1 hora. La identificación y el tamaño de los cristales de ikaita se realizaron usando un microscopio de USB, que muestra cristales de ikaita monoclínica de hasta ~ 1,5-2 mm de longitud. Véase la figura 3.
Ejemplo 4
Creación de NaHCO3 al burbujear CO2 a través de una solución de Na2CO3 disuelto para crear la Solución 3 (en agua de grifo),
Se burbujeó 1 l de la Solución 1 con CO2 durante 1 minuto que crea la Solución 2, es decir, cuando el carbonato de sodio se hace reaccionar con dióxido de carbono y agua, se produce bicarbonato de sodio.
Na2COa (ac., s) CO2 (g) H2O ^ 2NaHCOa (ac.)
Se mezclaron 20 ml de Solución 2 con 80 ml de Solución 1 que entonces se adicionó a 9,9 l de agua de grifo que crea una Solución 3 al 1 % de 10 l, con una relación de 4:1 (v/v) de Na2CO3:NaHCO3, pH 9,20.
La solución 3 se mezcló lentamente con ASW a través de una arenisca porosa plana de 78 cm2 con tamaños de poro de ~50-150 |jm colocados en la parte inferior de un recipiente de vidrio de 40 l lleno de ASW. La solución se alimentó a la arenisca a través de un tubo de silicona por fuerza gravitatoria, y el caudal se ajustó por una abrazadera de tubo a ~1 ml por minuto. En un período de minutos, los cristales de ikaita visibles fueron evidentes en la superficie de la arenisca, puesto que la Solución 3 es más ligera debido a la más baja salinidad tendrá un desplazamiento hacia arriba que entra en el a Sw más pesada.
Una capa densa de cristales cubrió la arenisca después de 1h. La identificación y el tamaño de los cristales de ikaita se realizaron usando un microscopio de USB, que muestra cristales de ikaita monoclínica de hasta ~ 1,5-2 mm de longitud. Véase la figura 4.
Ejemplo 5
Síntesis de ikaita de escala media
El siguiente experimento se realizó en un espacio de enfriamiento, donde la temperatura se estableció a 5 °C.
Durante el verano europeo, se recogieron 420 l de agua de mar, PSU 24, pH 8,3, con una bomba de drenaje sumergida a una profundidad de 1 m a media marea en el Gran Belt de la costa de Selandia, Dinamarca*. El agua de mar recogida se filtró primero para partículas grandes con una malla de filtro de aproximadamente 1 mm, entonces el flujo continuó a través de un calcetín de filtro de 200 μm, extrayendo partículas más pequeñas. El agua filtrada se bombeó primero en un recipiente de 250 l que se conectó a un recipiente de 250 l adicional por una manguera de 20 m de largo que corre en el piso de acero frío del espacio de enfriamiento, incrementando de esta manera la eficiencia de enfriamiento. La temperatura inicial del agua fue de 21 °C, y después de la circulación continua de agua entre los dos recipientes de 250 l durante 24 horas, la temperatura fue de 8 °C donde se empezó el experimento. En las siguientes 12 horas la temperatura de agua disminuyó a, y se estabilizó a 5°C.
*) La temperatura de agua inicial del agua recogida era bastante alta, esto, por supuesto, se debe tener en cuenta, si se va a construir una instalación más permanente y/o a escala más grande. Sería de gran ventaja recoger agua de aguas más profundas donde la salinidad es más alta, y la temperatura es más baja.
Preparación de 60 l de “Solución 3”
Se burbujeó 1 l de la Solución 1 con CO2 durante 1 minuto que crea la Solución 2, es decir, cuando el carbonato de sodio se hace reaccionar con dióxido de carbono y agua, se produce bicarbonato de sodio.
Na2CO3 (ac., s) CO2 (g) H2O ^ 2NaHCO3 (ac.)
Se mezclaron 150 ml de Solución 2 con 450 ml de Solución 1, la mezcla entonces se adicionó a 59,4 l de agua de grifo que crea una Solución 3 al 1 % de 60 l, con una relación de 4:1 (v/v) de Na2CO3:NaHCO3, pH 10,24.
La solución 3 entonces se mezcló lentamente con agua de mar a través de una manguera para riego por goteo porosa de 3 m de largo, la manguera se colocó en forma en espiral dentro de uno de los recipientes de 250 l con agua de mar. Los poros de la manguera permitieron un flujo uniforme lento en un área superficial relativamente grande en contacto con el agua de mar. La solución se alimentó a través de la manguera por una bomba de circulación sumergible con flujo ajustable, y el caudal se ajustó para garantizar que un flujo lento que sale de la manguera se pueda detectar como pequeños "humos” de agua con más baja densidad que se elevan hacia la superficie; puesto que la Solución 3 es menos densa debido a la más baja salinidad tendrá un desplazamiento hacia arriba que entra en el agua de mar más pesada. Grandes cristales blancos donde están visibles por toda la manguera poco después de que el flujo empezó, dos horas después de que la manguera se cubrió completamente en cristales, véase la figura 5. La identificación y el tamaño de los cristales de ikaita se realizaron usando un microscopio de USB, que muestra cristales de ikaita monoclínica de hasta ~ 1,5-2,5 mm de longitud. Véase la figura 5.
Etapas adicionales
Después de la síntesis de ikaita como se detalla en los ejemplos anteriores, la ikaita se puede convertir fácilmente en calcita elevado la temperatura unos pocos grados, por ejemplo, por encima de 6-8 °C cuando la preparación de la ikaita se ha preparado a esta temperatura, o se puede dejar que la ikaita se deshidrate. En general, la ikaita solo
permanece metaestable a temperaturas por debajo de 6°C y se desintegrará naturalmente en calcita, pero a fin de facilitar este proceso, se debe aplicar secado/temperaturas elevadas. La calcita, a su vez, es útil en una variedad de productos, tal como materiales de construcción, pintura, como un remediador y/o estabilizador de suelo y como un material para la reparación de hormigón.
La invención no se limita al uso de las soluciones específicas mencionadas anteriormente, puesto que la síntesis de ikaita se puede lograr por otros medios, por ejemplo, por la mezcla de otros agentes, tal como CaCl2, K2CO3 y KOH a bajas temperaturas. Sin embargo, otros medios a menudo requerirían la presencia de ciertos inhibidores a fin de evitar la formación de otros tipos de cristales. Las formulaciones incluidas en el presente documento se han elegido puesto que producen rápidamente cristales de ikaita grandes limpios cuando se usan en el método de la invención, y requieren una cantidad baja de energía para la síntesis exitosa de ikaita y calcita posterior que retiene el carbono del CO2 capturado. Las soluciones resaltadas en las fórmulas 1-5 también son baratas, no tóxicas y se constituye por productos químicos abundantes, por consiguiente, serían las más favorables en tanto que también son el enfoque más rentable.
Claims (15)
1. Un método para la preparación de ikaita (CaCo3 ■ 6H2O), que comprende poner en contacto una solución acuosa alcalina, que comprende iones de carbonato y de bicarbonato, preferentemente en forma de carbonato de sodio y bicarbonato de sodio, con una solución de agua, tal como agua de mar natural, que comprende Ca2+ a una temperatura que no excede 15 °C, en donde el contacto entre la solución acuosa alcalina y la solución de agua tiene lugar en una superficie permeable o porosa, a través de la cual la solución acuosa alcalina se alimenta a la solución de agua o a través de la cual la solución de agua se alimenta a la solución acuosa alcalina a un caudal, que se controla para facilitar la formación de cristales de ikaita, y en donde la solución acuosa alcalina se ha preparado suministrando CO2 gaseoso a una solución de carbonato, que es preferentemente una solución de carbonato de sodio o de potasio.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la solución acuosa alcalina tiene un pH en el intervalo 8-12, tal como en el intervalo 8,5-11,5, preferentemente en el intervalo 9-11 y, lo más preferentemente, en el intervalo 9-10.
3. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la solución acuosa alcalina comprende un excedente de iones de bicarbonato con respecto a los iones de carbonato.
4. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la solución de agua tiene un pH >7,0, y preferentemente tiene un pH, que es menor de 10, tal como menor de 9, y preferentemente en el intervalo 7,5-8,5.
5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la solución de agua comprende un exceso de Ca2+ con relación al carbonato y bicarbonato en la solución acuosa alcalina.
6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la ikaita cristaliza sobre la superficie permeable o porosa.
7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se lleva a cabo a una temperatura que no excede 14 °C, tal como a una temperatura que no excede 13 °C, 12 °C, 11 °C, 10 °C, 9 ° Cu 8 °C.
8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el caudal no excede una velocidad predefinida hasta que se ha logrado la nucleación de los cristales de ikaita, y en donde el caudal puede incrementarse una vez hayan nucleado los cristales de ikaita.
9. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se lleva a cabo en el mar a una profundidad donde la temperatura ambiente no excede 15 °C o la temperatura definida en la reivindicación 7.
10. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la ikaita se convierte posteriormente en calcita u otras formas de carbonato, preferentemente por un método que comprende calentar la ikaita a una temperatura por encima de la temperatura a la que se ha formado la ikaita y/o al secar la ikaita.
11. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende el almacenamiento posterior de las formas de ikaita y/o carbonato producidas.
12. Un método para el almacenamiento/reducción de dióxido de carbono, que comprende la preparación de una solución acuosa alcalina definida en una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, preparar posteriormente ikaita de acuerdo con el método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, o preparar calcita de acuerdo con la reivindicación 10 y almacenar posteriormente las formas de ikaita y/o carbonato producidas.
13. Un sistema para la preparación de ikaita, que comprende
- al menos un compartimento para retener una solución acuosa alcalina, que comprende carbonato y bicarbonato, - al menos un compartimento para retener una solución de agua, que comprende Ca2+,
- al menos una estructura permeable o porosa para separar la solución acuosa alcalina y la solución de agua, permitiendo esta estructura permeable o porosa la alimentación a través de al menos una superficie de la estructura 1) de la solución acuosa alcalina a la solución de agua o 2) de la solución de agua a la solución acuosa alcalina, - un mecanismo para provocar la alimentación ya sea de la solución acuosa alcalina o la solución de agua a través de la al menos una superficie de la estructura, y
- un dispositivo para suministrar dióxido de carbono gaseoso a la solución acuosa alcalina,
estando dicho sistema opcionalmente integrado con o acoplado a una salida de emisiones de gas que contienen dióxido de carbono, que se suministran a la solución acuosa alcalina.
14. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, que se adapta además para facilitar la recuperación de ikaita de la matriz porosa y/o solución de agua y/o que comprende además un compartimento para la conversión de ikaita en
calcita u otras formas de carbonato mediante secado o calentamiento a una temperatura >6 °C, tal como una temperatura >7, >8, >9, >10, >11, >12, >13, >14 y >15 °C.
15. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13-14, en donde la solución de agua es agua de mar natural, y donde el sistema se ubica lejos de la costa o en tierra, y/o en donde la estructura permeable o porosa es una formación geológica.
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