Aprovechamiento industrial del aire como fuente de gases

En general, el aire que nos rodea se puede aprovechar tanto para usos químicos como industriales separando de forma física y/o química los gases atmosféricos que lo componen. Así se obtienen N₂, O₂ y otros gases nobles, los cuales, en conjunto o por separado, tienen aplicaciones tecnológicas muy demandadas en la actualidad. Es este interés industrial por los gases que componen el aire atmosférico lo que justifica el desarrollo de las diferentes tecnologías de separación, fundamentalmente por su abundancia y su bajo coste de obtención frente a otras fuentes gaseosas.

El Nitrógeno es, junto con el Potasio y el Fósforo, uno de los tres nutrientes mayoritarios de los vegetales. Estos lo toman del suelo agrícola, donde determinadas bacterias lo fijan del aire combinándolo en moléculas más o menos complejas solubles y asimilables por las plantas. La fertilización artificial requiere aportar Nitrógeno en forma amoniacal, como Nitrato o como Urea. La primera materia prima para la producción de fertilizantes nitrogenados es el Amoníaco (NH₃) que se produce industrialmente a partir del N₂ del aire, por reacción química con el H₂, la principal reacción química que permitió el desarrollo de la industria química, tal y como la conocemos en la actualidad:

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

A partir del Amoníaco se obtiene el resto de productos químicos sintéticos que contienen Nitrógeno en sus moléculas. En forma gaseosa, entre otras aplicaciones, sirve para inertizar atmósferas, para evitar degradaciones de tipo oxidativo (envasado en atmósferas inertes), o para eliminar el H₂ del gas de coque. En estado líquido puede emplearse como refrigerante en la congelación de alimentos, en criobiología y en criocirugía. Cuantitativamente puede utilizarse en estado puro o acompañando al O₂ como diluyente en reacciones químicas.

El Oxígeno en concentraciones iguales o superiores a las normales en el aire atmosférico (aire enriquecido) se utiliza como comburente para producir energía por combustión. Se considera enriquecido cuando su concentración es de hasta el 85%, de baja pureza hasta el 95%; y de alta pureza estándar a partir del 98,5% o superior al 99% y hasta el 99,9%. Como oxidante se aplica en las industrias siderúrgica y metalúrgica, tiene un papel importante en la industria química y en la aeroespacial, se utiliza en hospitales, aviación, etc.

El Argón se utiliza en soldaduras «bajo Argón» de aceros inoxidables y de otros metales como el Aluminio, donde el Oxígeno puede producir Óxidos y el Nitrógeno Nitruros. Se utiliza en lámparas especiales. Mezclas de Argón–Oxígeno permiten descarbonatar aceros inoxidables.

El Helio, puede obtenerse del aire, pero se separa más fácilmente del Gas Natural proveniente de algunos yacimientos en los que es componente minoritario. Puede usarse en laboratorios de investigación, en superconductividad, en equipos de Resonancia Magnética Nuclear (RMN), etc. Siendo su aplicación más conocida la de la industria aeroestática por su poder ascensional como sustituto del H₂.

El Neón se utiliza en buceo mezclado con Helio para obtener atmósferas artificiales que permitan la presurización y despresurización de buceadores y submarinistas. Puede usarse en lámparas y tubos de iluminación artificial (junto con Kriptón y Xenón), para construir equipos de rayos X, etc.

El Hidrógeno se produce mayoritariamente a partir del vapor de agua (electrolisis). Puede obtenerse por reducción de Hidrocarburos y por gasificación del Carbón. Para su comercialización como gas embotellado se prefiere el de origen electrolítico por su mayor pureza y control de calidad en su fabricación.

El Dióxido de Carbono puro se separa preferentemente de los gases de combustión del Gas Natural, debido a que es un combustible que contiene y origina menos impurezas. Se obtiene en grandes cantidades por descomposición de los Carbonatos de las rocas calizas (hornos de cal) y Dolomíticas (fabricación de magnesia calcinada para ladrillos refractarios).

Como puede verse, la separación de gases atmosféricos está plenamente justificada por el uso industrial, médico y farmacéutico de los mismos. Toma como materia prima fundamental la atmósfera normal que nos rodea para obtenerlos, aunque puede aplicarse a otras fuentes de gases y/o procesos químicos menos visibles, los cuales son también fuente de gases valorizables.

Aparte del uso industrial como gas atmosférico, el CO₂ tiene el impacto medioambiental descrito en este blog, donde se describe su mayor importancia debido a su comportamiento como principal Gas de efecto Invernadero (GEI) puesto que el “Cambio Climático” observado parece ser directamente proporcional al incremento de su concentración atmosférica, por lo que cualquiera de las tecnologías propuestas para separar Dióxido de Carbono a partir de mezclas de gases pueden ser susceptibles de ayudar a controlar su incremento provocado a partir de la quema incontrolada de combustibles fósiles como fuente principal de Energía Primaria. Medidas de contención como la aplicación de técnicas de separación industrial de gases atmosféricos pueden llegar a permitir disminuir su emisión atmosférica hasta en un 19% del exceso de emisiones respecto de lo requerido por el Protocolo de Kioto en 2050, lo que convierte a la Captura y Concentración de CO₂ en una de las técnicas disponibles con mayor impacto como contención del problema medioambiental asociado.

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