Diseño de un equipo escala laboratorio para la captura de CO2 atmosférico mediante materiales adsorbentes

Abstract

En 2013, la concentración de CO2 en la atmósfera sobrepasó los 400 [ppm], y se estima que a día de hoy las actividades humanas han ocasionado un calentamiento de 1 [°C] con respecto a los niveles preindustriales. En base a la meta de limitar el calentamiento global a menos de 2 [°C] planteada en el Acuerdo de París, se deben remover aproximadamente 30 [Gt] de CO2 cada año. Teniendo en cuenta lo anterior, la motivación para este trabajo surge a partir de la necesidad de desarrollar tecnologías que permitan mitigar y reducir el impacto del CO2 en el cambio climático.\\

Se diseña y construye un equipo a escala de laboratorio para la captura de CO2 desde el aire atmosférico, mediante el uso de sustratos adsorbentes. Se llevan a cabo ensayos de adsorción y desorción para cuatro muestras de carbón activado, dos de las cuales fueron reactivadas mediante su impregnación con KOH, con la finalidad de aumentar su capacidad de adsorción de CO2. Mediante espectrometría de masa, se cuantifica la cantidad de CO2 capturado por ciclo de adsorción-desorción para cada muestra, siendo la muestra de pellets impregnados la que presenta el mejor rendimiento, adsorbiendo 1,1 x 10^(-3) [gCO2/g adsorbente] de CO2. Este valor es de varios órdenes de magnitud menor en comparación con otros procesos de captura de características similares, no obstante, el proceso usa carbón activado comercial como sustrato adsorbente, el cual ha sido reportado como un adsorbente con rendimiento deficiente para aplicaciones de captura de CO2 atmosférico. Adicionalmente, se estima la huella de carbono asociado al proceso a partir del factor de emisión de energía eléctrica proporcionado por la Comisión Nacional de Energía. A partir de estos resultados, se determina que el proceso no es rentable desde una perspectiva energética.\\

En base a los resultados anteriores, se propone como posible mejora la utilización de otros sustratos adsorbentes, tales como MOFs, sílicas mesoporosas o zeolitas, los cuales pueden ser funcionalizados con aminas, las cuales possen una alta selectividad y afinidad química con el CO2, mejorando la capacidad de captura de estos materiales. Además, se propone el uso de alternativas de bajo consumo energético para suministrar calor a durante la etapa de regeneración del adsorbente, así como también el uso de fuentes de energía con una menor huella de carbono asociada.\\

Se concluye que los objetivos propuestos fueron cumplidos, y si bien los resultados no fueron lo esperado, el equipo diseñado y el método de captura propuesto sirven como un punto de inicio a partir del cual implementar mejoras y modificaciones que permitan mejorar la eficacia del proceso.