Membranas de poliimida de alta eficiencia para la captura de CO2 en la industria cementera

Abstract

La industria cementera es una de las mayores emisoras de dióxido de carbono (CO₂) a nivel global, tanto por el elevado consumo energético de sus hornos como por la descarbonatación del carbonato cálcico durante la calcinación. Por ello, resulta imprescindible incorporar tecnologías de captura de CO₂ que sean eficientes, viables y capaces de integrarse en las plantas sin alterar significativamente su funcionamiento. Entre las distintas alternativas, las membranas poliméricas destacan por su bajo consumo energético, operación sencilla y diseño modular. Sin embargo, la mayor parte de los estudios se han llevado a cabo con gases sintéticos en condiciones ideales, lo que no refleja el desempeño real frente a corrientes que contienen impurezas (vapor de agua, partículas sólidas, NOₓ, SOₓ, etc.). Este Trabajo Fin de Grado tiene por objetivo evaluar el rendimiento de una membrana comercial de fibra hueca de poliimida bajo condiciones reales, alimentada directamente con emisiones sin pretratamiento de la planta cementera del Grupo Cementos Portland Valderrivas en el marco del proyecto “Mejora de la Sostenibilidad Ambiental de la Industria Cementera mediante la Utilización de Emisiones de CO2 bajo un Enfoque de Economía Circular”. Se analizan su eficiencia de captura, pureza y flujo de permeado de CO₂, y se comparan dichos resultados con los obtenidos con mezclas sintéticas y los valores típicamente reportados en la literatura.

The cement industry is one of the largest emitters of carbon dioxide (CO₂) globally, both due to the high energy consumption of its kilns and the decarbonation of calcium carbonate during calcination. Therefore, it is essential to incorporate CO₂ capture technologies that are efficient, viable, and capable of being integrated into plants without significantly altering their operation. Among the various alternatives, polymeric membranes stand out for their low energy consumption, simple operation, and modular design. However, most studies have been carried out with synthetic gases under ideal conditions, which does not reflect actual performance against streams containing impurities (water vapor, solid particles, NOₓ, SOₓ, etc.). This Final Degree Project aims to evaluate the performance of a commercial polyimide hollow fiber membrane under real-world conditions, fed directly with unpretreated emissions from the Cementos Portland Valderrivas cement plant as part of the project "Improving the Environmental Sustainability of the Cement Industry by Utilizing CO₂ Emissions under a Circular Economy Approach." Its CO₂ capture efficiency, purity, and permeate flux are analyzed, and these results are compared with those obtained with synthetic mixtures and with values typically reported in the literature.