Dióxido de carbono (CO₂): propiedades, usos industriales y soluciones sostenibles

¿Qué es el dióxido de carbono (CO₂)?

El dióxido de carbono, un gas incoloro e inodoro, es un compuesto que tiene una molécula lineal formada por un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno. Aunque está naturalmente presente en pequeñas cantidades en la atmósfera terrestre, es crucial para la vida, ya que las plantas lo convierten en oxígeno durante la fotosíntesis.

El CO₂ es un gas versátil que puede existir en diferentes estados físicos según la temperatura y la presión:

• Gaseoso: Se encuentra en este estado a temperatura y presión ambiente.
• Líquido: La forma más común para el transporte y el almacenamiento a bajas temperaturas y bajo presión.
• Sólido: Conocido como "hielo seco," se utiliza principalmente para refrigeración.
• Supercrítico (sCO₂): Una fase fluida que presenta propiedades intermedias entre las de un líquido y un gas, utilizada en aplicaciones especializadas.

Propiedades físicas y químicas

Sus principales propiedades físicas son:

• Peso molecular: 44,01 g/mol
• Punto de sublimación: -78,5 °C (a presión atmosférica)
• Densidad: 1,977 kg/m³ (aproximadamente 1,5 veces más denso que el aire)
• Solubilidad en agua: Muy soluble (forma ácido carbónico)
• Inflamabilidad: No inflamable

A nivel químico, el CO₂ (gas carbónico) es generalmente un gas estable y relativamente inerte en condiciones normales. Sin embargo, participa en reacciones clave como la fotosíntesis y puede reaccionar con ciertos metales a altas temperaturas. Aunque no es tóxico a bajas concentraciones, presenta riesgos en niveles elevados.

Papel clave en procesos industriales y equilibrio medioambiental

El dióxido de carbono desempeña un papel doble: es un elemento esencial en los procesos industriales y, al mismo tiempo, un factor crítico en el equilibrio medioambiental del planeta.

En la industria, la versatilidad de este gas carbónico lo hace indispensable para la fabricación, la conservación de alimentos y la purificación de aguas, entre otros usos.

En el medio ambiente, es un componente vital del ciclo del carbono, ayudando a regular la temperatura de la Tierra. Sin embargo, el aumento de su concentración en la atmósfera debido a las actividades humanas es la principal causa del calentamiento global y del cambio climático, un fenómeno que afecta el planeta, ya que atrapa el calor y calienta el planeta. Por ello, la gestión y la reutilización del CO₂ se han convertido en desafíos clave para la sostenibilidad.

Aplicaciones industriales del CO₂ en España

El dióxido de carbono es un gas carbónico industrial extremadamente versátil, con numerosas aplicaciones en una amplia gama de sectores que van desde la depuración de aguas hasta la fabricación de acero.

Tratamiento de aguas

El dióxido de carbono es una alternativa más segura y sostenible para la regulación de pH en los sistemas de tratamiento de aguas, sustituyendo a los ácidos fuertes cuyo manejo y almacenamiento suponen riesgos para la salud humana. En comparación con los ácidos fuertes (como el clorhídrico o el sulfúrico), el CO₂ es un gas no corrosivo, lo que ayuda a reducir el desgaste de las instalaciones, tuberías, tanques y otros equipos. Además, al neutralizar los efluentes alcalinos, el CO₂ forma bicarbonatos que son inertes y no son perjudiciales para el medio ambiente. Se utiliza tanto en la depuración municipal como en la industrial, contribuyendo a una gestión más segura y eficiente del proceso.

Industria agroalimentaria

El CO₂ es un gas de gran importancia para el sector alimentario y los fabricantes de bebidas. Se utiliza para la carbonatación de bebidas (refrescos, aguas con gas y cervezas), para lograr una carbonatación perfecta, lo que se traduce en una efervescencia ideal. También se usa para la estandarización del pH de la leche y la reducción del pH durante la extracción de proteínas. Es fundamental también para el envasado de alimentos en atmósferas protectoras (MAP), en contacto con diferentes tipos de productos alimentarios (solo o en mezcla con nitrógeno o argón), inhibiendo el crecimiento microbiano para prolongar la vida útil de productos frescos y mantener el sabor. En su forma sólida, como hielo seco, se emplea en el transporte y la logística del frío para mantener la temperatura de productos sensibles (productos alimentarios o medicamentos y vacunas, por ejemplo).

Industria química y farmacéutica

El dióxido de carbono en su estado supercrítico es un potente solvente para la extracción de compuestos activos en las industrias farmacéutica y cosmética y en su estado gaseoso es crucial para la producción de medicamentos en biorreactores. Además, se utiliza en procesos de neutralización, y como materia prima para la síntesis de productos como el bicarbonato. También es un gas clave en laboratorios para crear entornos controlados y regular el pH.

Metalurgia y fabricación

El CO₂ tiene aplicaciones importantes en este sector: se utiliza en los procesos de soldadura MAG como gas de protección para evitar la oxidación del baño de fusión, o en mezclas con argón para mejorar la velocidad y la calidad de la soldadura. Esta mezcla también ayuda a garantizar la integridad de las características mecánicas y metalúrgicas de las uniones soldadas a largo plazo. En la producción de acero y hormigón, el CO₂ se usa en procesos que mejoran la eficiencia. Finalmente, se emplea en tratamientos térmicos y procesos de corte, ayudando a mejorar el rendimiento de los procesos y la calidad de los materiales.

Captura, reutilización y sostenibilidad del CO₂

La Captura, Utilización y Almacenamiento de Carbono (CCUS) representa un conjunto de tecnologías diseñadas para evitar que el dióxido de carbono entre en la atmósfera o para retirarlo una vez emitido. Este proceso abarca tres fases principales: la captura, el transporte y el almacenamiento, así como la utilización. Para ello, se emplean tecnologías de captura que extraen el CO₂ de las fuentes industriales o directamente del aire. Los principales métodos de captura son:

• Captura postcombustión: Un método consolidado que extrae el CO₂ de los gases de escape después de la combustión, a menudo utilizando solventes.
• Oxicombustión: Implica la combustión de combustibles en oxígeno puro, lo que produce un gas de combustión altamente concentrado en CO₂, facilitando su separación y purificación.
• Captura directa del aire (DAC): Una tecnología emergente que captura el CO₂ directamente del aire ambiente, con un inmenso potencial para mitigar las emisiones difusas.

En lugar de un almacenamiento permanente, el CO₂ capturado puede ser utilizado como un recurso valioso en diversos procesos industriales. Se puede emplear como materia prima para producir una amplia gama de productos químicos, como polímeros o metanol, e incorporarse a materiales de construcción como el cemento. También puede convertirse en combustibles sintéticos que reemplacen a los combustibles fósiles.

Para descarbonizar la industria en España, se están impulsando proyectos con el objetivo de promover iniciativas que ayuden a responder a los retos medioambientales y a impulsar la sostenibilidad industrial.

El uso de las tecnologías de captura, junto con la valorización del CO₂ capturado, permite crear una economía circular del carbono. En esta economía, el CO₂ se gestiona como una materia prima, se utiliza y se recicla, en lugar de ser un simple gas residual. Esto es un pilar fundamental para alcanzar la neutralidad de carbono y los objetivos de descarbonización a nivel global.

¿Por qué elegir Air Liquide para su suministro de CO₂?

Air Liquide le ofrece un conjunto de soluciones, equipos y servicios precisamente adaptados a sus necesidades.

1. Gases con pureza certificada adaptados a cada sector: Air Liquide garantiza la pureza y la calidad de sus gases a través de gamas específicas para cada aplicación.
   • ALIGAL™ para la industria agroalimentaria y PHARGALIS™ para el sector farmacéutico. Todos nuestros productos cumplen con las normativas más exigentes, como la ISO 22000 y la FSSC 22000, lo que le asegura una calidad certificada para su producción.
   • ALPHAGAZ™ para laboratorio.
   • LASAL™ para la soldadura y corte a laser.
   • ARCAL™ Force para la soldadura por arco, en MAG donde la adición de dióxido de carbono (entre el 8 % y el 18 %) al argón garantiza la integridad de las características mecánicas y metalúrgicas de las uniones soldadas a largo plazo.
2. Soluciones de suministro: Nos adaptamos a sus necesidades de consumo, ya sean pequeñas o grandes. Ofrecemos diferentes modos de suministro, como botellas o bloques de gas carbónico a 200 bar para necesidades de volúmenes más pequeñas, entrega de CO₂ líquido a granel en tanques criogénicos para consumos mayores.
3. Soporte técnico especializado por aplicación industrial: Nuestros expertos están a su disposición para ofrecerle un soporte técnico especializado y consejos a medida para cada aplicación industrial. Podemos ayudarle en todas las etapas, desde la optimización de sus procesos hasta la implementación de equipos.
4. Infraestructura logística robusta y cobertura nacional: Air Liquide, unos de los líderes en la industria, cuenta con una infraestructura logística robusta y una red de distribución amplia para asegurar un suministro fiable y seguro.
5. Compromiso con la sostenibilidad y la innovación: Estamos firmemente comprometidos con la sostenibilidad y la innovación. Ofrecemos soluciones como el CO₂ ECO ORIGIN™, producido a partir de fuentes de energía biogénica y participamos en el desarrollo de tecnologías de Captura, Utilización y Almacenamiento de Carbono (CCUS) para acelerar la descarbonización industrial.

Seguridad, normativa y buenas prácticas

Aunque el CO₂ es un gas no inflamable, puede presentar problemas significativos para la salud humana, especialmente en espacios cerrados. La exposición a altas concentraciones puede provocar varios efectos adversos, como dificultades en la respiración, dolores de cabeza, mareos y desorientación. A medida que la concentración de CO₂ aumenta, el corazón puede acelerar su ritmo para compensar la reducción de los niveles de oxígeno, lo que en casos extremos puede llevar a la pérdida de consciencia y a la muerte por asfixia.

La presurización es también un riesgo a tener en cuenta. El CO₂ se almacena bajo presión en botellas o tanques criogénicos, y es crucial manejar estos recipientes con cuidado para evitar daños físicos o fugas. Además, el CO₂ en su forma sólida ("hielo seco") puede causar quemaduras graves al contacto debido a su temperatura extremadamente baja.

Para garantizar la seguridad en el uso del CO₂, es obligatorio cumplir con la normativa y las regulaciones aplicables en España y en el resto de Europa. Estas normas se centran en la protección del medio ambiente, la gestión de la contaminación y la seguridad del transporte y la manipulación de gases a presión.

Air Liquide se compromete con una gestión responsable del CO₂. Para ello, ofrece formación a colaboradores y responsables de seguridad sobre los riesgos y los procedimientos de emergencia. Este acompañamiento técnico especializado es vital para asegurar una manipulación y un uso seguros del gas, lo que incluye la correcta ventilación de los espacios y la utilización de los Equipos de Protección Individual (EPI) adecuados.

FAQ – Preguntas frecuentes sobre el CO₂ industrial

¿Qué diferencia hay entre CO₂ alimentario e industrial?
El CO₂ alimentario se produce con una pureza certificada para garantizar la seguridad en el contacto con alimentos y bebidas. Debe cumplir con las regulaciones de aditivos, como el E290. El CO₂ industrial no tiene este requisito de pureza tan estricto.

¿Es peligroso el CO₂ en espacios cerrados?
Sí. El CO₂ es más pesado que el aire y, en espacios cerrados, puede acumularse a altas concentraciones, desplazando el oxígeno y causando asfixia.

¿Puede el CO₂ utilizarse como alternativa sostenible en mi industria?
Sí. El CO₂ puede reemplazar a los ácidos fuertes en procesos de neutralización de aguas residuales, reduciendo el impacto ambiental. Además, Air Liquide ofrece CO₂ de bajas emisiones de carbono, producido a partir de fuentes biogénicas.

¿Qué tipos de envases ofrece Air Liquide para el CO₂?
Air Liquide suministra CO2 en botellas o bloques para necesidades de  pequeños volúmenes y en tanques criogénicos para grandes consumos.

¿Se puede reutilizar o reciclar el CO₂? 
Sí, a través de tecnologías de Captura, Utilización y Almacenamiento de Carbono (CCUS), el CO₂ capturado se puede reutilizar como materia prima para la producción de materiales, combustibles sintéticos y productos químicos, creando una economía circular del carbono.