La paradoja del CO2

Autor: Óscar Benito Román.

Paradoja. La Real Academia Española la define como “hecho o expresión aparentemente contrario a la lógica”. Estamos rodeados de paradojas y contradicciones, forman parte de nuestra vida. A pesar de ello no creo que nos suponga un gran problema convivir con una más, quizás porque ni siquiera hayamos llegado a considerarla como tal. La paradoja que en estas líneas nos ocupa tiene que ver con un ente que está en boca de todos, es archiconocido y para algunos es el enemigo público número uno. Tiene nombre y apellido y no, no es rubio. Es el Dióxido de Carbono (CO₂). Y supongo que en este punto, querido lector, has llegado a plantearte: ¿qué hay de paradójico en un gas responsable del efecto invernadero y del cambio climático?… si es un problema que no admite ni discusión ni paradojas. Y es cierto, tienes toda la razón. Pero siempre hay un pero, una excepción. Al igual que la Luna el CO₂ tiene dos caras: una que en mayor o menor medida habitualmente vemos, oímos y estamos empezando a sufrir, y otra que aunque no veamos está ahí, implementada industrialmente entre los años 1975 y 1985 y que hace del CO₂ un disolvente verde, environmentally friendly. Y he aquí nuestra paradoja: ¿cómo puede ser que uno de los principales gases responsables del efecto invernadero pueda ser considerado como un disolvente verde?

Efectivamente, el CO₂ en según qué condiciones es un disolvente verde que tiene unas propiedades que le hacen ser diferente al resto de disolventes que habitualmente se emplean en la industria. Estamos acostumbrados a oír hablar del CO₂ como “GAS de efecto invernadero”. Destaco GAS porque es la forma en la que habitualmente se encuentra; de hecho en el aire que respiramos existe CO₂ en concentraciones alrededor de 400 partes por millón (ppm). El CO₂ tiene un origen natural como producto de respiración de los seres vivos o las erupciones volcánicas, pero tiene otro origen no natural que está en el centro del problema y es la combustión completa de combustibles fósiles. Este hecho ha producido un incremento exponencial de los niveles de CO₂ en la atmósfera desde la Revolución Industrial que ha traído de la mano un incremento en la temperatura global del planeta. Hasta aquí la cara oscura del CO₂, la que no admite discusión.

Pero cuando el CO₂ es sometido a determinadas condiciones de presión y temperatura deja de comportarse como un gas para convertirse en “algo” que no es ni gas ni líquido… sino todo lo contrario. De nuevo una paradoja. La frontera que nos marca cuándo comienza esta situación de indefinición es el punto crítico y una vez atravesado nos adentra en el campo de los fluidos supercríticos (FSC). Para averiguar desde cuándo son conocidos los fluidos supercríticos hay que remontarse al primer tercio del siglo XIX, cuando en 1826 Van der Walls introdujo en sus estudios de tesis doctoral la “continuidad del estado líquido y gaseoso”. Alcanzar esta zona de continuidad líquido-gas cuando se trabaja con CO₂ no es sumamente costoso: basta con presurizarlo hasta 73bar (la presión atmosférica es aproximadamente 1bar) y calentarlo a 31°C simultáneamente. Estas dos condiciones de presión y temperatura definen el punto crítico del CO₂, y por poner estos datos en contexto sirva como ejemplo que el punto crítico del agua se alcanza a 221bar y 374°C, lo que sí que supone un desafío a la hora de disponer de materiales que permitan resistir estas condiciones, problema que el CO₂ no presenta. Una vez pasado el punto crítico el CO₂ tiene propiedades de líquido (su densidad es próxima a la de un líquido, lo que le proporciona gran poder solvente) mientras otras propiedades se asemejan a las de los gases, como su viscosidad o su tensión superficial, permitiéndole difundir con relativa facilidad en matrices sólidas. Estas propiedades físicas pueden variar enormemente en función de la presión y la temperatura empleadas, haciendo del CO₂ un disolvente muy versátil que puede ser empleado para extraer compuestos de naturaleza muy diversa en función de las condiciones empleadas. Existen otras dos características que es necesario destacar: la primera tiene que ver con el hecho de que el CO₂ supercrítico (CO₂-SC) es completamente apolar, la cual le hace ser un disolvente perfectamente miscible con disolventes orgánicos y completamente inmiscible con el agua. La segunda tiene que ver con un detalle que no es menor: el CO₂ supercrítico al despresurizarlo vuelve a su estado natural, a gas, pudiendo ser recuperado y empleado nuevamente en otros procesos de extracción.  Sin duda la cara oculta del CO₂ va asomando poco a poco; ahora bien, ¿tiene alguna aplicación industrial el CO₂ supercrítico? Sí.

Aunque en 1890 ya eran conocidas las propiedades que tienen los fluidos supercríticos de actuar como solventes, hasta mediados del siglo XX no empezaron a usarse en la industria. El primer proceso en el que se utilizó el CO₂ como disolvente fue para eliminar la cafeína del café, con una patente de Kurt Zosel en el año 1960. Esta patente usaba  CO₂-SC para la extracción de cafeína (alcaloide presente en el café en concentraciones entre 0.8 y 2%) y lúpulo. En los procesos convencionales la cafeína se extrae usando disolventes orgánicos como acetato de etilo o utilizando agua. El primer proceso tiene la desventaja del uso de disolventes orgánicos que presentan una serie de problemas: síntesis compleja, toxicidad en determinadas concentraciones, generación del residuos, necesidad de separar la cafeína disuelta en el propio disolvente…El segundo proceso basado en agua tiene la ventaja de la no toxicidad del agua, pero tiene la gran desventaja de que el agua no es un disolvente selectivo, es decir, extrae toda sustancia presente en el café que es soluble en agua. El CO₂-SC tiende a resolver parte de la problemática: es selectivo hacia la cafeína, no es tóxico, es inerte (con lo que no afecta al grano de café) y la cafeína extraída puede separarse con facilidad del CO₂ simplemente despresurizándolo: la extracción de la cafeína se realiza a presiones entre 160 y 200bar, mientras que la despresurización y recuperación de la cafeína se realiza a 40-50bar. En estas condiciones el CO₂ vuelve a fase gas, siendo la cafeína insoluble en el CO₂ gas. Este CO₂ una vez liberado de la cafeína podría reutilizarse para seguir extrayendo cafeína, siendo recomprimido hasta llegar a las condiciones necesarias para extraer cafeína de nuevo. Este proceso tiene la desventaja de los costes asociados a recomprimir el CO₂ y unos mayores costes de construcción de los equipos que deben soportar presiones moderadas. Como datos económicos Lack y Seidlitz[1] estiman que descafeinar un kilo de café puede tener unos costes entre 0.55 a 1€, en función de la capacidad de la planta y de la capacidad de recuperar la cafeína. Existen plantas de descafeinado por CO₂ supercrítico en Europa (HAG AG (Bremen Alemania), Barth&Co (Wolnzach Alemania), SKF/Trostberg (Venefro Italia) o EEUU (Kraft Foods), que en conjunto producen 67.000T/año en Europa y 40.000T/año en EEUU.

Existen muchos más ejemplos de uso del CO₂-SC como disolvente en procesos desarrollados a escala industrial. Por ejemplo la empresa DIAM utiliza CO₂-SC para extraer los tricloroanisoles (TCA) del corcho en una planta localizada en San Vicente de Alcántara (Badajoz). Los TCA son ésteres aromáticos volátiles que alteran las propiedades organolépticas del vino, o dicho de otra forma que contribuyen “a que se pique el vino”. Existe un campo en el cual CO₂-SC tiene un papel preponderante: la extracción de aceites, aceites esenciales y especias. Este campo está especialmente desarrollado en Asia. Por ejemplo Corea del Sur cuenta desde el año 2006 con dos plantas industriales dedicadas a la extracción de aceite de sésamo, que generan un producto percibido por los consumidores como más natural y de mayor calidad y por el cual están dispuestos a pagar más dinero. También en el sureste asiático se emplea el CO₂-SC para tratar arroz y eliminar restos de pesticidas.

A lo largo de estas líneas se ha presentado la cara menos conocida del CO₂, la que tiene como disolvente verde cuando se encuentra en condiciones supercríticas. Aunque no fuéramos conscientes de ello hemos podido comprobar que el CO₂-SC es ampliamente utilizado en la industria alimentaria; quizás por ello tengamos que dejar de hablar de la paradoja del CO₂ para hablar de la dicotomía del CO₂: la cara hasta ahora visible del CO₂ como gas de efecto invernadero va a seguir estando está ahí y tiene que ser enfrentada, sin embargo la cara hasta ahora oculta ha de ser difundida y presentada como lo que es, una oportunidad para mejorar procesos y productos usando una tecnología más limpia y respetuosa con el medio ambiente. Existen numerosas aplicaciones y campos donde el CO₂-SC puede ser empleado (no solo en procesos de extracción); es cuestión de seguir trabajando en el desarrollo de estas aplicaciones… Y en ello estamos.

[1] Lack, E.; Seidlitz, H. Economics of high pressure processes. Bertucco, A. Vetter, G. Eds. Elsevier. 2001; 437-452.