Desarrollo de un modelo matemático para la captura de CO₂ a través de membranas en la industria textil

Abstract

La mitigación del cambio climático representa un reto global que exige el desarrollo e implementación de tecnologías eficientes para la captura y almacenamiento de dióxido de carbono (IEA, 2024). La industria textil, en particular, se enfrenta a una creciente presión para reducir su huella de carbono debido a su significativa contribución a las emisiones de gases de efecto invernadero (European Environment Agency., 2019). En respuesta a esta necesidad, el proyecto VALCO2-T, en el que colaboran el grupo DePRO del Departamento de Ingenierías Química y Biomolecular de la Universidad de Cantabria, Textil Santanderina S.A. y Apria Systems S.L., plantea el diseño y construcción de una planta piloto para la captura y reutilización de CO₂ en la industria textil. Este sistema, basado en el uso de membranas, permitirá capturar y reutilizar el CO₂ en la producción de productos químicos auxiliares, promoviendo un enfoque de economía circular (Santanderina Group, 2022). El objetivo inicial del proyecto es diseñar un sistema de captura de gases que permita la optimización de una planta piloto a escala de laboratorio para capturar 2 L/min de CO₂ con una concentración del 70%. Una vez alcanzado este objetivo, se ampliará el proyecto a escala industrial para capturar hasta 20 L/min de CO₂ con la misma concentración. Como fase preliminar al desarrollo del proyecto VALCO2-T, este Trabajo de Fin de Grado se enfoca en la creación de un modelo matemático para estimar el área total de membrana requerido, permitiendo así una planificación eficiente de la planta de reciclaje de CO₂. Contar con una estimación precisa, es crucial para evitar excesos o deficiencias que afecten tanto el presupuesto como al rendimiento del sistema. Esta información resulta esencial para cumplir los requisitos de concentración y caudal, optimizando así el diseño y la eficiencia del proceso desde sus etapas iniciales.

The mitigation of climate change represents a global challenge that demands the development and implementation of efficient technologies for carbon dioxide capture and storage (IEA, 2024). The textile industry, in particular, faces increasing pressure to reduce its carbon footprint due to its significant contribution to greenhouse gas emissions (European Environment Agency, 2019). In response to this need, the VALCO2-T project, involving the collaboration of the DePRO group from the Department of Chemical and Biomolecular Engineering at the University of Cantabria, Textil Santanderina S.A., and Apria Systems S.L., aims to design and build a pilot plant for CO₂ capture and reuse in the textile industry. This system, based on the use of membranes, will enable the capture and reuse of CO₂ in the production of auxiliary chemical products, promoting a circular economy approach (Santanderina Group, 2022). The initial goal of the project is to design a gas capture system that optimizes a lab-scale pilot plant capable of capturing 2 L/min of CO₂ at a 70% concentration. Once this goal is achieved, the project will be scaled up to an industrial level to capture up to 20 L/min of CO₂ with the same concentration. As a preliminary phase of the VALCO2-T project, this undergraduate thesis focuses on developing a mathematical model to estimate the total membrane area required, thus enabling efficient planning of the CO₂ recycling plant. Having an accurate estimate is crucial to avoid excesses or deficiencies that could impact both the budget and the system's performance. This information is essential to meet the required concentration and flow rate specifications, optimizing the design and efficiency of the process from its early stages.