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Título

Residuos biomásicos como precursores de adsorbentes para la captura de CO2 en condiciones de postcombustión

AutorGonzález García, Ana Silvia
DirectorPevida García, Covadonga ; Rubiera González, Fernando
Fecha de publicación2013
Resumen[EN] The current energy system is strongly dependent on fossil fuels. Moreover, an increase in the global energy demand is foreseen in the forthcoming years. Given this scenario, fossil fuels are expected to remain one of the main energy sources in the coming decades, despite the increase in the use of renewable energy. On the other hand, if it is intended to limit the detrimental consequences of the climate change, it is mandatory to reduce the greenhouse gas emissions arising from the use of nonrenewable sources. CO2 Capture and Storage (CCS) technologies aim to separate the CO2 arising from these sources, to avoid its emission to the atmosphere by storing it in a safe place. These technologies, together with measures to improve the energy efficiency of power generation, and the increased share of renewables, will play a key role to satisfy the global energy demand in the transition to a sustainable energy system. The present work falls within the framework of postcombustion CO2 capture by adsorption. This technology aims to reduce the energy penalty associated to the separation of CO2 from flue gases, which constitutes the main cost for the capturetransport- storage chain. In the current PhD Thesis, the use of sustainable adsorbents produced from lowcost biomass residues is proposed. In the course of the research, different precursors were evaluated: coffee grounds, olive stones and almond shells. Moreover, different activation procedures (chemical with KOH and NaOH, and physical activation with air and CO2) were also evaluated to develop microporous activated carbon adsorbents. These activated carbons were chemically and texturally characterised, and their CO2 adsorption capacity was preliminarily evaluated in pure CO2 flow by means of a thermogravimetric analyser between 25 and 100 °C at atmospheric pressure. Once the most promising materials were identified, they were produced in sufficient amount to carry out adsorption experiments at a higher scale. The equilibrium of adsorption of the main flue gas components (N2, CO2 and water vapour) were measured at different temperatures, relevant to the postcombustion case. Finally, dynamic adsorption experiments were carried out with multicomponent mixtures in a purpose-built equipment: first to assess the separation of binary mixtures of N2 and CO2, and then adding water vapour to the previous mixture to assess the effect of moisture over CO2 adsorption, trying to mimic the composition of real flue gases. The breakthrough curves of the aforementioned components were obtained in conditions representative of postcombustion capture, and different regeneration strategies were evaluated: Temperature Swing Adsorption (TSA), Vacuum Swing Adsorption (VSA) and a combination of both (VTSA).
[ES] El sistema energético actual depende en gran medida de los combustibles fósiles y, en los próximos años, se espera un aumento de la demanda energética a nivel mundial. Por ello, se prevé que los combustibles fósiles continúen siendo una de las principales fuentes de energía durante las próximas décadas, a pesar del aumento que están experimentando las energías renovables en el consumo energético. No obstante, si se quieren limitar los efectos nocivos del cambio climático, es necesario reducir las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas al uso de fuentes de energía no renovables. Las tecnologías de captura y almacenamiento de carbono (CAC), consisten en separar el CO2 procedente de dichas fuentes para evitar su emisión a la atmósfera, almacenándolo en lugar seguro. Estas tecnologías, junto con medidas de mejora de la eficiencia energética o el aumento de la participación de las energías renovables, constituyen una vía especialmente importante para satisfacer la demanda energética mundial, en la transición hacia un sistema energético sostenible. El presente trabajo se enmarca dentro de la temática de captura de CO2 postcombustión mediante adsorción con sólidos. Esta tecnología pretende reducir la penalización energética del proceso de separación del CO2 de los gases de combustión, ya que supone el mayor consumo energético de la cadena captura-transportealmacenamiento. En esta Tesis Doctoral se propone el uso de adsorbentes sostenibles y de bajo coste obtenidos a partir de residuos biomásicos. En el transcurso de la investigación se han evaluado distintos precursores: residuos de café postconsumo, cáscaras de almendra y huesos de aceituna. Además, se han evaluado distintos métodos de activación: química (con KOH y NaOH) y física (con aire y CO2). Los adsorbentes obtenidos fueron caracterizados química y texturalmente, y su capacidad de adsorción de CO2 fue evaluada de forma preliminar en un analizador termogravimétrico entre 25 y 100 °C a presión atmosférica. Una vez identificados los adsorbentes con mayor potencial para ser aplicados en captura postcombustión, se obtuvieron en cantidad suficiente para realizar estudios de adsorción a mayor escala. Para los materiales seleccionados se estudió el equilibrio de adsorción de los principales componentes de los gases de combustión: N2, CO2 y H2O, a distintas temperaturas. En último lugar se realizaron experimentos dinámicos de adsorción multicomponente, primero con mezclas binarias de CO2 y N2, y después con mezclas ternarias de CO2, N2 y vapor de agua, con composiciones representativas de los gases de combustión. Para ello se puso a punto un dispositivo experimental de adsorción en lecho fijo, que permite obtener las curvas de ruptura así como ensayar diferentes estrategias de regeneración: con reducción de presión (VSA), mediante el incremento de temperatura (TSA), o bien una combinación de ambas (VTSA).
DescripciónTesis doctoral presentada en el Departamento de Energía de la Universidad de Oviedo, 2013
URIhttp://hdl.handle.net/10261/137883
Aparece en las colecciones: (INCAR) Tesis
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