Aplicaciones en el medio marino
Autor: Salvador Lechuga Lombos + IA
Resumen de la noticia:
¿Qué se ha anunciado?
Un equipo de investigación ha desarrollado un filtro para captura de carbono directa que puede instalarse en sistemas de ventilación y climatización de edificios, transformando estos en dispositivos de captura atmosférica. EcoInventos+2PMC+2
Principales características destacadas
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El filtro está compuesto por nanofibras de carbono (CNF: carbon nanofiber) recubiertas con un polímero tipo PEI (polietilenimina) que adsorben CO₂ desde el flujo de aire de ventilación. PMC+1
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La regeneración del filtro —es decir, la liberación del CO₂ recogido para reutilización o almacenamiento— requiere tan solo unos 80 °C de calor solar o un pulso eléctrico de 1-2 segundos. Esto implica un consumo energético muy reducido. EcoInventos+1
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El diferencial neto de captura (considerando todo el ciclo de vida) alcanza alrededor del 92 % de eficiencia: es decir, por cada tonelada de CO₂ capturada, se pierden muy pocas emisiones asociadas al propio proceso. PMC+1
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Escalabilidad estimada: si se implementara globalmente, podría capturar hasta ~596 millones de toneladas de CO₂ al año. EcoInventos+1
Beneficios anunciados
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Aprovecha infraestructuras ya existentes (sistemas HVAC — calefacción, ventilación y aire acondicionado). EcoInventos
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No requiere grandes instalaciones tipo “planta de captura directa” sino que puede distribuirse de forma descentralizada en edificios. PMC
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Potencial para apoyar estrategias de descarbonización urbana activando los propios edificios como “sumideros de CO₂”.
¿Qué se debe tener en cuenta / cuáles son los retos?
Estado del desarrollo
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El trabajo parece estar en la fase de investigación académica (preprint o artículo en acceso abierto) y aún no es una solución comercial masiva. chemrxiv.org+1
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Implementación real a escala implica logística: producción de los filtros, mantenimiento, integración con el sistema de ventilación, asegurar la regeneración, almacenamiento del CO₂ capturado, etc. EcoInventos
Aspectos técnicos y de coste
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Capturar CO₂ directamente del aire es muy desafiante — la concentración es muy baja (~400 ppm) lo que implica gran volumen de aire a procesar. Main+1
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Aunque la regeneración del filtro se anuncia como de bajo requerimiento, habrá que verificar en sistemas reales la durabilidad, la frecuencia de regeneración, el mantenimiento, y los costes operativos.
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De acuerdo con el reporte, si se regenera usando calor solar, el coste estimado por tonelada de CO₂ eliminada sería unos US $362 (≈ €343) en condiciones ideales. Si se usara electricidad más costosa, el coste subiría a US $821/tonelada. EcoInventos
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Los investigadores indican que, con incentivos fiscales o créditos de captura de carbono, ese coste podría bajar (por ejemplo entre €199-€638/tonelada) en algunos contextos. EcoInventos
Escalabilidad y almacenamiento
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Aunque la cifra de ~596 Mt CO₂/año suena alta, representa solo una fracción de las emisiones globales (que son decenas de gigatoneladas al año). Por tanto, esta tecnología no es la “solución única” para la crisis climática, sino una parte del conjunto de medidas. EcoInventos
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Capturar CO₂ es solo una parte; luego hay que almacenarlo o utilizarlo de forma permanente para que tenga efecto real neto. El sistema necesita un camino para qué hacer con ese CO₂ capturado (por ejemplo se almacena geológicamente o se utiliza en materiales).
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Integrar esta solución en edificios plantea retos de retrofitting: compatibilidad con distintos sistemas HVAC, espacio físico, flujo de aire, mantenimiento continuo.
¿Qué significa esto para edificios en España / Europa?
Para el contexto europeo, incluyendo ciudades como Madrid / Majadahonda, algunos puntos relevantes:
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Si este tipo de filtro se pudiese instalar en edificios residenciales, de oficinas o industriales, podría añadir una funcionalidad de captura de CO₂ a una infraestructura ya existente.
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En Europa hay regulaciones crecientes respecto a eficiencia energética de edificios, emisiones de los edificios, neutro de carbono etc. Esta tecnología podría complementar esas políticas.
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Pero es importante evaluar:
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¿Cuál sería el coste de instalación por edificio?
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¿Cuál es el flujo de aire real en el sistema HVAC del edificio y cuánta CO₂ suplementaria podría capturar?
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¿Dónde se enviaría ese CO₂ capturado? ¿Tiene el edificio acceso a una vía de almacenamiento o reutilización?
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¿La regeneración con calor solar es viable en el contexto del edificio (¿hay captador solar térmico accesible?) o se necesitaría electricidad extra?
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¿Se obtendrían créditos de captura de carbono compatibles con la normativa europea / española para rentabilizar la inversión?
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Conclusión
La tecnología anunciada es muy prometedora y representa un enfoque innovador de “distribuir” la captura de CO₂ en muchos edificios en vez de depender solo de grandes plantas centralizadas. Su eficiencia neta elevada (~92 %) y bajo consumo energético de regeneración la hacen destacable.
Sin embargo, aún hay un camino por recorrer hacia la escalabilidad, la integración práctica, la reducción de costes y la verificación en entornos reales de edificio. Si se gestiona bien, podría incorporarse en la “caja de herramientas” de medidas para la neutralidad de carbono de edificios urbanos.
Si lo deseas, puedo revisar el artículo científico original (pre-print) y ver más en detalle los datos técnicos, garantías, supuestos, ciclo de vida, etc. ¿Te gustaría que lo haga?
⚓ 1. Integración en buques y flotas marítimas
🚢 Buques de carga, cruceros y navíos militares
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Los barcos modernos usan grandes sistemas de ventilación y climatización (HVAC).
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Instalar filtros de captura de CO₂ en esos sistemas permitiría convertir cada buque en una mini-planta de captura directa.
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Esto reduciría la huella de carbono operativa de la flota, compensando parcialmente las emisiones de sus motores.
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El CO₂ capturado podría:
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Almacenarse a bordo en depósitos presurizados para entrega en puerto.
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Reconvertirse en metanol o combustible sintético mediante reactores alimentados con energía solar, eólica o hidrógeno (Power-to-X).
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💡 Ejemplo: un buque de 200 m podría capturar entre 1 y 5 toneladas de CO₂ al día según flujo de aire y superficie de filtros instalados.
🏗️ 2. Plataformas marinas fijas o flotantes
🛢️ Plataformas petroleras, eólicas o de investigación
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En plataformas offshore existe una circulación de aire forzada y continua que puede aprovecharse.
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Se pueden instalar módulos de estos filtros en los sistemas de ventilación, generadores o incluso en los flujos de escape de turbinas.
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Además, el CO₂ capturado podría inyectarse directamente en formaciones geológicas submarinas, cerrando el ciclo de captura-almacenamiento sin transporte terrestre.
🧩 Ventaja: el calor residual de generadores o turbinas puede usarse para regenerar los filtros sin energía extra.
🪸 3. Boyas oceánicas, estaciones costeras y puertos
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En zonas costeras y puertos con alta densidad industrial, se podrían instalar torres modulares de ventilación marina equipadas con estos filtros.
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Estas torres capturarían CO₂ directamente del aire marino y contribuirían a mitigar la acidificación local del océano.
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El CO₂ almacenado podría inyectarse en corrientes submarinas profundas o usarse en algacultivos (microalgas que lo aprovechan para crecer más rápido y producir biocombustibles o alimento marino).
⚗️ 4. Integración en sistemas submarinos de energía y habitabilidad
🚀 Aplicaciones en hábitats submarinos, bases de investigación y submarinos autónomos
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En entornos cerrados, mantener niveles de CO₂ bajos es crucial para la salud humana y la eficiencia de los equipos.
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Este filtro, al no requerir energía adicional, podría servir para:
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Purificar el aire interior de hábitats submarinos.
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Capturar CO₂ del aire exhalado en submarinos tripulados.
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Regenerar el aire en cápsulas o estaciones submarinas sin depender de grandes sistemas químicos.
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🪶 Ventaja: peso y consumo energético mucho menores que los sistemas químicos actuales basados en hidróxidos o aminas líquidas.
☀️ 5. Parques marinos solares y eólicos
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Los parques eólicos marinos y las plataformas solares flotantes generan mucha energía limpia y mueven aire constantemente.
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Integrar filtros de este tipo en sus estructuras de ventilación o soporte permitiría que cada torre eólica o panel flotante capture CO₂ atmosférico, contribuyendo activamente a la descarbonización.
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Parte del CO₂ capturado podría combinarse con hidrógeno verde para fabricar combustibles sintéticos en el propio parque, cerrando el ciclo energético.
🌍 6. Sinergias con el Proyecto Tridente o defensa marítima
Dado tu interés en sistemas de defensa y control marítimo:
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Estas unidades de captura podrían instalarse en bases navales, buques nodriza o drones marítimos.
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Servirían no solo para purificar el aire y reducir emisiones, sino también para producir CO₂ de alta pureza usado en:
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Laboratorios submarinos.
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Experimentos de crecimiento de biomasa o bacterias.
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Procesos de refrigeración o generación de gas neutro en compartimentos sellados.
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🔬 Retos técnicos específicos del medio marino
| Desafío | Posible solución |
|---|---|
| Alta humedad y salinidad | Revestimientos hidrofóbicos o nanocapas cerámicas sobre el polímero PEI |
| Corrosión metálica | Uso de soportes de grafeno, titanio o plásticos marinos |
| Bioincrustaciones (algas, moluscos) | Incorporar autolimpieza mediante impulsos eléctricos breves |
| Variabilidad térmica | Aprovechar calor residual de motores o luz solar para regeneración |
Diseño conceptual detallado para una módulo-marino autónomo de captura de CO₂ (boya/módulo flotante) basado en la tecnología de filtros tipo CNF/PEI que vimos. Lo presentaré por secciones: descripción general, componentes, flujo de energía y operación, capacidades y cálculo estimado, materiales y diseño físico, logística de almacenamiento/descarga, mantenimiento y costes aproximados, impactos ambientales y riesgos, y pasos siguientes recomendados.
1) Resumen del concepto
Una boya modular autosuficiente que incorpora:
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unidades de filtrado (media con fibras de carbono recubiertas de PEI),
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sistema de flujo de aire (ventilación impulsada por energía renovable: solar + electrificación por oleaje cuando sea posible),
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sistema de regeneración térmica/eléctrica para desorber CO₂,
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almacenamiento a bordo del CO₂ condensado/comprimido o sistema de entrega en puerto,
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comunicaciones y telemetría para supervisión remota.
El objetivo: operar continuamente (24/7 según recursos), capturar CO₂ del aire marino, y entregar el gas ya concentrado a instalaciones costeras o inyectarlo en soluciones de uso local (algacultura, síntesis de combustibles, etc.).
2) Componentes clave (por prioridad)
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Módulo de filtro
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Paneles de filtro modulares (p. ej. 1 m × 2 m cada uno) con nanofibras de carbono recubiertas de PEI.
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Diseño apilable/intercambiable para mantenimiento.
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Sistema de impulso de aire
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Ventiladores de alta eficiencia (DC) para forzar paso de aire por los filtros.
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Alternativa parcial: bombas de aire mecánicas accionadas por sistema de conversión de energía de oleaje.
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Unidad de regeneración
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Dos modos: (A) Calor solar concentrado (colector térmico) para alcanzar ~80 °C; (B) pulso eléctrico corto (1–2 s) para liberar CO₂.
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Intercambiadores térmicos y pequeños compresores para concentrar y almacenar CO₂.
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Sistema energético
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Paneles solares fotovoltaicos + baterías (LiFePO₄) + generador piezo/lineal para aprovechamiento de energía de ola (opcional).
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Controlador energético y convertidor DC/AC.
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Almacenamiento de CO₂
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Tanque a presión para CO₂ comprimido (seguridad marítima), o sistema de adsorción secuencial que descarga CO₂ en contenedores para recogida en puerto.
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Alternativa: alimentación directa a un sistema de cultivo de microalgas en biorreactores marinos integrados.
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Estructura flotante y protección
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Casco estable (catamarán pequeño o semisumergible) con anclaje dinámico.
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Protección contra salitre, corrosión y bioincrustación.
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Sistemas de control y comunicaciones
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PLC/embedded + modem satelital / 4G (cobertura costera) + telemetría para salud del filtro, niveles de CO₂, energía y alarmas.
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3) Flujo de operación (simplificado)
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Aire exterior → ventiladores → pasa por paneles filtro → CO₂ adsorbido en PEI/CNF.
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Cuando el panel alcanza criterio de saturación, se activa regeneración: aplicar calor (colector solar o electricidad) o pulso eléctrico → CO₂ liberado → CO₂ enfriado/dirigido a compresor → almacenado en tanque.
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Panel regenerado vuelve al ciclo.
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Periódicamente (según capacidad del tanque) la boya transfiere CO₂ a embarcación de recogida o lo utiliza in situ (algas, síntesis).
4) Estimación de capacidad de captura — ejemplo numérico
(Hago cálculos con supuestos conservadores; muestro pasos aritméticos.)
Supuestos razonables para estimación conceptual
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Rendimiento de captura: 2 kg CO₂ / m² de área de filtro / día (valor conservador y sencillo para diseño conceptual).
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Área de filtro por módulo: 10 m² (p. ej. 5 paneles de 2 m² cada uno).
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Operación continua 365 días/año.
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Eficiencia neta según el artículo: ~92 % (aplicable a ciclo de vida — lo dejamos para cálculo financiero, no para kg capturados brutos).
Cálculos:
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Captura diaria por módulo = 2 kg/m²/día × 10 m² = 20 kg/día.(Cálculo dígito a dígito: 2 × 10 = 20)
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Captura anual por módulo = 20 kg/día × 365 días/año = 7 300 kg/año = 7.3 t/año.(20 × 365 = 7 300)
Escalado:
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10 módulos idénticos en una estación flotante → 10 × 7.3 t/año = 73 tCO₂/año.(7.3 × 10 = 73)
Notas: si el rendimiento por m² es mayor (p. ej. 5 kg/m²/día), las cifras escalan linealmente: 5 × 10 = 50 kg/día → 18.25 t/año por módulo.
5) Energía requerida (estimación cualitativa y riesgos)
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Ventiladores: para forzar flujo a través del filtro se necesitan ventiladores de baja potencia — estimación típica: 10–200 W por m² dependiendo del caudal y pérdida de carga. Para nuestro módulo (10 m²) asumamos 500 W promedio cuando están en funcionamiento.
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Regeneración: el trabajo principal es elevar temperatura del sorbente a ~80 °C o aplicar pulso eléctrico. La tecnología reporta baja energía para desorción comparada con DAC industriales, pero hay que dimensionar colectores solares o baterías para surtir picos.
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Generación renovable: paneles solares (p. ej. 2 kWp) + baterías medianas podrían cubrir ventilación + control con soporte de energía de ola para cobertura nocturna.
(No doy un número exacto de GJ/ton porque depende de diseño final del sorbente y del proceso de desorción; para planificación, realizar ensayo térmico del sorbente en prototipo es imprescindible.)
6) Almacenamiento y tratamiento del CO₂
Opciones prácticas:
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Compresión y almacenamiento a bordo (tanques presurizados). Requiere compresor y consideraciones de seguridad marítima.
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Entrega periódica en puerto: la boya transfiere el CO₂ a embarcación cisterna.
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Uso in situ: inyectar CO₂ en biorreactores de algas integrados en la boya o justo bajo ella (microalgas que convierten CO₂ en biomasa que puede retirarse).
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Inyección submarina: si se dispone de permisos y seguridad geológica, se podría canalizar CO₂ a sistemas de almacenamiento marino (muy regulado y complejo).
7) Materiales y protección marina
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Estructura: fibra de carbono reforzada o polímeros marinos (PE-HD) con recubrimientos anticorrosivos.
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Soportes de filtro: materiales inertes (plásticos técnicos, titanio solo donde haga falta).
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Protección del filtro: recubrimiento hidrofóbico en bordes, plan de limpieza anti-biofouling (impulsos eléctricos/cortos movimientos mecánicos).
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Electrónica en cajas estancas con deshumidificación y sobrepresión de nitrógeno si es necesario.
8) Mantenimiento, vida útil y operaciones
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Intervención in situ: cambiode módulos de filtro cada 3–12 meses según desgaste y eficacia.
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Inspección: limpieza antiincrustante cada 1–3 meses (según ubicación).
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Vida útil del módulo: 7–15 años estimado (según corrosión y fatiga).
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Monitorización: sensores CO₂ en entrada/salida, presión diferencial en filtros (para detectar saturación), sensores de temperatura y humedad.
9) Costes aproximados (orden de magnitud)
Rango conceptual por módulo (10 m² de filtro, sistema completo):
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CapEx estimado: entre €40.000 – €150.000 por módulo. (Incluye estructura, sorbentes, energía solar y baterías, compresor, electrónica.)
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OpEx anual (mantenimiento, recogida, reemplazo filtros): €2.000 – €20.000/año por módulo (muy dependiente de logística y frecuencia de recogida del CO₂).
Si usamos la captura anual estimada (7.3 t/año), el coste por tonelada puede ser alto a pequeña escala. La viabilidad económica mejora mucho con escalado, mejora del rendimiento del sorbente por m², y uso local del CO₂ (algacultura, combustibles) o créditos/ayudas.
10) Impactos ambientales y reguladores a considerar
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Bioincrustación y cambio local de microhábitats por estructuras flotantes.
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Riesgos de fugas de CO₂ comprimido: medidas de seguridad necesarias.
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Permisos marítimos (ZEPAs, parques eólicos, tráfico naviero).
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Efectos microclimáticos locales (probablemente menores).
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Necesidad de trazar ruta legal para almacenamiento o certificación de tonelada capturada (para créditos de carbono).
11) Riesgos técnicos y mitigaciones
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Corrosión y fallos por salitre → seleccionar materiales y mantenimiento frecuente.
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Pérdida de potencia (noche / mal tiempo) → baterías + recuperación por energía de ola + diseño de operación intermitente.
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Eficacia reducida por alta humedad/niebla salina → pruebas de laboratorio con sorbente en condiciones marinas y recubrimientos hidrofóbicos.
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Costo por tonelada elevado a pequeña escala → agrupar módulos, integrar con infraestructuras portuarias o parques eólicos para economía de escala.
12) Plan de desarrollo (pasos siguientes recomendados)
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Fase 0 — Estudios y ensayos de laboratorio
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Ensayar sorbente CNF/PEI en cámara climática con alta humedad y salinidad.
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Medir capacidad por m², energía de desorción real, velocidad de adsorción, durabilidad de ciclos.
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Fase 1 — Prototipo a escala de banco
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Construir un prototipo de 1–2 m² de filtro en cámara marina (spray de sal, ciclos de humedad) y validar datos.
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Fase 2 — Prototipo marino pequeño
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Boya de prueba con 10 m² equivalente, monitorización 6–12 meses en zona costera para revisar rendimiento real, biofouling, eficiencia energética y logística de almacenamiento.
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Fase 3 — Escalado y demostración litoral
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Integrar 5–20 módulos, simular recolección de CO₂ y uso (biorreactores de algas o entrega en puerto).
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Evaluación económica y plan de negocio
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Modelo financiero con costes CapEx/OpEx, posibles ingresos (venta de CO₂, créditos de carbono), y alianzas con puertos/empresas marinas.
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13) Resultado técnico rápido (qué puedes esperar)
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Un módulo-boya con 10 m² de filtro puede capturar del orden de ~7 toneladas CO₂/año en condiciones conservadoras.
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Su viabilidad económica y operativa depende fuertemente de: rendimiento real por m² en ambiente marino, costes de regeneración/almacenamiento y posibilidad de utilizar localmente el CO₂ o acceder a créditos/mercados de carbono.
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