Nuevas estrategias medioambientales para la captura y transformación de CO2 en productos de interés industrial
- Autores: Abdessamad Gueddari Aourir
- Directores de la Tesis: Santiago García-Yuste (dir. tes.), Jesús Canales Vázquez (codir. tes.), Carlos Alonso Moreno (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Castilla-La Mancha ( España ) en 2022
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan José Hernández Adrover (presid.), Sergio Alvarez Gallego (secret.), Montserrat Olíván Esco (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias y Tecnologías aplicadas a la Ingeniería Industrial por la Universidad de Castilla-La Mancha
- Materias:
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- Resumen
En las tres últimas décadas se ha producido un aumento drástico de más del 70% de emisiones de uno de los principales gases de efecto invernadero como es el CO2. Este aumento está causando un impacto negativo sin precedentes sobre el entorno natural y el calentamiento global. Por su parte, estas emisiones de CO2 están desequilibrando el balance global del carbono hasta unos límites que hacen que las medidas relacionadas con el uso de energías renovables y la adopción de las mejores técnicas disponibles para el aumento de la eficiencia energética sean insuficientes, lo cual obliga a considerar nuevas medidas complementarias para evitar los peores presagios, como son las estrategias de emisiones negativas basadas en la reducción de la concentración de CO2 en la atmósfera.
En este contexto, nace el desarrollo de la estrategia CO2-AFP Strategy con un marcado carácter de lucha contra el cambio climático y sus consecuencias desde el enfoque CDU (Carbon Dioxide Utilization). Esta estrategia investigada en la presente Tesis Doctoral tiene como objetivo principal la captura y, por ende, la no emisión del CO2 procedente del proceso de fermentación alcohólica, como residuo, hacia la obtención de un producto de alto valor añadido como es el carbonato de sodio (Na2CO3). Para ello, la estrategia precisa de otro reactivo químico como es el hidróxido de sodio (NaOH), un álcali muy abundante, obtenido como subproducto de la industria Cloro-álcali, de tal forma que con esta “simbiosis industrial” de economía circular se obtiene Na2CO3 de muy alta pureza. Además, este es uno de los productos químicos más demandados por la industria a nivel global. La demanda de este producto se encuentra mayormente cubierta por el método Solvay, un método intensivo en energía y altamente contaminador. Por ello, esta investigación abordó el reto de implementar una ruta alternativa, técnica, ambiental y económicamente viable y rentable, en la que se aprovechan los procesos de fermentación alcohólica. Se trata de un desarrollo totalmente innovador y audaz, sin precedentes en la captura de CO2 en industrias fermentativas.
En el marco de la presente tesis se han llevado a cabo una serie de trabajos enfocados en avanzar en el desarrollo y la obtención de evidencias acerca de la viabilidad técnica, medioambiental y económica de la implementación de los procesos de captura de CO2 fermentativo altamente concentrado para la obtención del Na2CO3, conforme a los preceptos de la eco-innovadora estrategia medioambiental denominada CO2-AFP Strategy en un modelo real de negocio, aplicado en las instalaciones de la empresa colaboradora Alcoholes de Tomelloso S.A. (ALTOSA).
Para ello, se diseñó, desarrolló y patentó un nuevo concepto de reactor que permitió superar la barrera y limitación técnica hallada en la industria para la reacción directa de fases de CO2 y NaOH altamente concentradas. Dada la novedad del proceso y la actividad inventiva buscadas en la presente Tesis Doctoral, se aplicó un innovador y adecuado diseño de proceso y de planta que permitieron alcanzar la máxima eficiencia requerida bajo condiciones realistas. En un período inferior a tres años se ha logrado proponer, diseñar y escalar este novedoso proceso de captura de CO2 desde la escala de laboratorio hasta incluso la escala piloto. Concretamente, el proceso CO2-AFP Strategy fue estudiado bajo condiciones experimentales de manera progresiva: (1) a escala de laboratorio, con un reactor de 3,0 L de capacidad máxima; (2) a escala pre-piloto con una prueba de concepto ejecutada en planta con un volumen de reactor de 200 L; y (3) escalado a planta piloto con un reactor de volumen máximo de hasta 790 L. El escalado pre-piloto y a planta piloto fueron ejecutadas in situ dentro de las instalaciones de ALTOSA. Este proceso de investigación, desarrollo e innovación (I+D+i) permitió generar y transferir importante know-how de gran utilidad para el tejido social. Este trabajo ha resultado en el desarrollo de la patente PCT “CO2 Capture Using Alkaline Media for the Preparation of Sodium Carbonate”, así como la aprobación de la empresa spin-off “CO2-AFP Solutions” con el objetivo de explotar la idea en el mercado.
También se analizó el efecto de la integración de la estrategia CO2-AFP Strategy en el modelo productivo de la empresa desde la perspectiva económica y medioambiental. En el primer caso, se estudiaron cuantificadores económicos tanto deterministas como no deterministas, con el fin de ayudar en el proceso de toma de decisiones sobre la continuación de desarrollo de la implementación de la estrategia de forma objetiva y racional. En segundo lugar, se estudió el impacto medioambiental de la estrategia evaluando el balance global de la huella de carbono, cuantificando primeramente su valor desde el enfoque “cradle-to-gate”, para posteriormente determinar el potencial de captura y la compensación de la huella de carbono conseguida aplicando un modelo híbrido mejorado MRIO-ACV.
Finalmente, se analizaron las ventajas socioeconómicas y medioambientales de la implementación de la estrategia a nivel regional, nacional e internacional, obteniendo como resultado que su desarrollo en los países con mayor producción de vino permitiría reducir la emisión de más de 157,18 Mt de CO2 de aquí a 2050, representando una gran revolución socioeconómica en el sistema de producción mundial. Estos resultados han hecho que la estrategia haya sido nombrada proyecto tractor por la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha en las declaraciones de interés de los Proyectos Estratégicos para la Recuperación y Transformación Económica. Por su parte, estos resultados fueron divulgados en relevantes congresos internacionales, así como en la prestigiosa revista “Renewable and Sustainable Energy Reviews”.
