Autoras: Sagrario Beltrán Calvo y María Teresa Sanz.
El dióxido de carbono (CO2) es probablemente el gas del que más hemos oído hablar en los últimos años y no parece tener muy buena prensa. Esto es porque, aunque se encuentra en la atmósfera en muy baja concentración, actividades humanas, como la combustión de combustibles fósiles y la deforestación, han hecho que su concentración haya crecido alrededor de un 35 % desde la revolución industrial (véase Figura 1). En la actualidad estamos emitiendo más de 35 mil millones de toneladas de CO2 a la atmósfera cada año y esta cantidad aumentará con toda seguridad, ya que está directamente relacionada con la población mundial (actualmente 7.300 millones de personas), y la ONU prevé que seremos 1.200 millones más en 2030 y continuaremos creciendo hasta ser un total de 9.700 millones en 2050.
El CO2 es un gas de efecto invernadero (GEI) y el aumento de su concentración en la atmósfera afecta a la temperatura de la tierra contribuyendo al calentamiento global del clima planetario. Este calentamiento se puede detectar en que cada año, y cada vez más rápido, se baten los records de altas temperaturas en todas las épocas del año. De ahí viene su mala prensa.
Sin embargo, el CO2 es un ingrediente necesario en el ciclo de vida de animales y plantas, se libera en la respiración de los seres vivos y es retenido por las plantas en forma de carbono a través de la fotosíntesis. En nuestra vida diaria estamos permanentemente relacionados con el CO2 ya que nuestro cuerpo transforma en energía los alimentos que ingerimos, liberando CO2 que expulsamos de forma natural a la atmósfera mediante la respiración.
Pero no solamente tiene esta función natural. Es un gas que utilizamos de multitud de productos: en las bebidas carbonatadas (coca cola, cerveza,…), la efervescencia se produce con CO2; se utiliza para generar atmósferas protectoras en productos envasados para mejorar su conservación; en concentraciones superiores al 10%, inhibe el crecimiento de la mayoría de los microorganismos que alteran los alimentos; es muy efectivo en desinsectación de productos alimentarios; se utiliza en el aturdimiento de animales en mataderos; lo podemos encontrar en extintores de fuego donde actúa desplazando el oxígeno necesario para la combustión; se utiliza para el crecimiento acelerado de plantas en invernaderos, para neutralización de aguas residuales con CO2, para la remineralización carbónica de aguas potables, para el tratamiento de aguas de recreo con CO2 en vez de con cloro o hipoclorito sódico y un largo etcétera.
En todas estas aplicaciones se utiliza el CO2 como el gas que es en condiciones atmosféricas, es decir a temperatura ambiente y presión atmosférica (1 atmósfera). Sin embargo, modificaciones moderadas en su presión y temperatura pueden hacer que el CO2 sea sólido, líquido o fluido supercrítico, con propiedades muy diferentes en cada caso. Conocer bien el comportamiento del CO2 en cada uno de estos estados ha hecho posible su aplicación en distintos procesos industriales.
En su forma sólida, se encuentra a una temperatura de 78 grados bajo cero y se utiliza para refrigeración, congelación y transporte refrigerado. Se conoce como hielo seco porque cuando sube su temperatura sublima, es decir pasa directamente de sólido a gas, no a líquido como sucede con el hielo convencional (agua congelada), y por ello, no “moja” los productos que refrigera.
Cuando el CO2 pasa de sólido a gas (sublimación) se produce una niebla artificial que, se utiliza en efectos especiales en el cine, bebidas o espectáculos.
Los cambios entre los estado líquido y gaseoso del CO2 permiten el funcionamiento de algunas máquinas de refrigeración
En los últimos años se han implantado varios procesos industriales que lo utilizan cuando se encuentra en condiciones supercríticas, es decir a temperaturas superiores a 31 °C y 73 atm de presión, que son las condiciones críticas del CO2. En estas condiciones, presenta una densidad similar a la de los líquidos, y además es variable según sus condiciones de presión y temperatura, lo que le confiere un poder disolvente variable y selectivo para su uso en innumerables procesos en los que es necesario utilizar disolventes. Además, al ser un disolvente inocuo, frente a otros disolventes frecuentemente utilizados (hexano, acetato de etilo, etanol, acetona, etc.) y pasar a estado gaseoso en condiciones ambientales, su efecto sobre las matrices tratadas es mínimo.
Pongamos por ejemplo el descafeinado de café. El descafeinado de café se hace convencionalmente utilizando acetato de etilo para disolver la cafeína y así separarla del café; pero una vez separada la cafeína, hay que eliminar todo resto de disolvente en el café para evitar sabores extraños. En la actualidad se utiliza CO2 en muchas empresas para disolver la cafeína del café con varias ventajas. Por una parte, el CO2 es inocuo, abundante y por tanto barato, no es combustible por lo que es seguro cuando se opera en plantas industriales y se separa fácilmente del café cuando se vuelve a condiciones ambientales en las que el CO2 es un gas. Sería como una “limpieza en seco” del café, donde el café no se ve afectado en su perfil de aromas y sabores porque solo lo hemos “limpiado” selectivamente de cafeína.
Del mismo modo se puede utilizar el CO2 para extraer el aceite de las semillas que no se verían afectadas por el proceso. Además el aceite obtenido, directamente libre de disolvente, es de mayor calidad que cuando se utiliza hexano, que es el disolvente convencional para este tipo de procesos.
El CO2 supercrítico también se está utilizando industrialmente en muchos otros procesos: para reducir la nicotina del tabaco, para extracción y fraccionamiento del lúpulo que se utiliza para la elaboración de la cerveza, para la eliminación de plaguicidas y productos no deseados en cereales, para producir lecitina en polvo, para la microencapsulación de aceites esenciales, para la formulación de ácidos grasos omega-3 y varios productos farmacéuticos, para inactivación de microorganismos, para limpieza en seco, para impregnación de madera con fungicidas orgánicos, para teñido de fibras, como medio de reacción en la hidrogenación de aceites, en la síntesis de nuevos materiales, en el procesado de plásticos, en equipos electrónicos…
En nuestro país se han llevado a escala industrial varios procesos que utilizan CO2 en condiciones supercríticas (SC-CO2): en San Vicente de Alcántara (Badajoz) se encuentra una planta de limpieza de corcho con CO2 para evitar el “sabor a corcho” que a veces se detecta en el vino embotellado, con una capacidad para tratar 5500 toneladas de corcho al año; en el Parque Tecnológico de Valencia se encuentra ALTEX, empresa que trabaja a maquila, aportando sus instalaciones para realizar extracciones con CO2 supercrítico y procesos de purificación a las industrias que las requieran; Super Extractos S.L., en Murcia, produce un extracto de pimentón rico en carotenoides utilizando SC-CO2; Solutex, en Mallén, Zaragoza, ha desarrollado tecnologías de extracción y cromatografía utilizando CO2 supercrítico para producir aromas y fragancias así como productos funcionales como licopeno y omega-3; etc.
En la Universidad de Burgos, el grupo de investigación “Biotecnología Industrial y Medioambiental” trabaja desde 1996 en diferentes tecnologías de fluidos supercríticos habiendo estudiado varias aplicaciones en coordinación con la Industria Alimentaria. En la actualidad estudia la capacidad del CO2 para inactivar enzimas y de este modo evitar el deterioro que estas enzimas pueden producir en los alimentos.
Todos estos procesos utilizan el CO2 como un recurso. Es decir, se utiliza el CO2 que se produce en otros procesos en los que tienen lugar reacciones de combustión y oxidación de materiales que contienen carbono, pero las aplicaciones mencionadas no generan CO2, son procesos que no contribuyen al cambio climático; es más, el CO2 es considerado un disolvente verde y los procesos en que se utiliza en sustitución de otros disolventes son procesos más limpios y ecológicos.
Sin embargo, es absolutamente necesario reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera para evitar el cambio climático. La captura y almacenamiento de CO2, los nuevos proyectos que estudian su reactividad para transformarlo en otros productos o su utilización en los numerosos procesos industriales previamente mencionados no acaban de solucionar el problema del exceso de CO2 en la atmósfera y tenemos que seguir buscando vías de reducción de la intensidad energética de la economía, basadas sobre todo en la mejora del rendimiento energético y en la disminución del consumo de materiales para conseguir lanzar menos CO2 a la atmosfera.
Los Acuerdos de Paris para proseguir los esfuerzos para limitar el aumento de la temperatura global del planeta a 1,5 °C con respecto a los niveles preindustriales, reconociendo que de este modo se reducirían considerablemente los riesgos y los efectos del cambio climático, o la apuesta por la economía circular realizada por la Unión Europea, van en esta dirección.
