Global warming potential reduction by carbon dioxide utilization in the production of synthesis gas and its derivatives

Resumen

Las emisiones anuales de CO2 alcanzan nuevos máximos año tras año. Este exceso de CO2 en la atmósfera altera fenómenos naturales por todo el mundo. Para disminuir estas emisiones y paliar la problemática del cambio climático, los procesos de Captura y Utilización de Carbono (CCU) tratan de solventar la situación reutilizando el gas como materia de productos, eliminando el CO2 en el proceso. Sin embargo, el consumo de CO2 en CCU es muy inferior al de las emisiones globales. El objetivo de esta tesis es el estudio de sistemas de consumo de CO2, con la intención de aumentar la demanda del consumo del gas en la industria. Esta tesis estudia los efectos medioambientales y económicos de incluir consumo de CO2 en procesos industriales. La metodología empleada esta resumida en los siguientes puntos: • Propuesta de una superestructura de proceso del sistema estudiado que incluye varias opciones de materias primas, rutas de síntesis y tecnologías de separación cuando están disponibles. • Uso de la Programación Disyuntiva Generalizada (GDP) para modelar la superestructura. • Transformación del modelo GDP en ecuaciones algebraicas que incluyen variables binarias mediante las reformulaciones de evolvente convexa y M grande. • Resolución del modelo no lineal con variables enteras (MINLP) resultante usando el método de la restricción epsilon en optimizaciones multiobjetivo. El consumo de CO2 en la síntesis de de un syngas de ratio H2/CO igual a 1 y 1 bar de presión, así como de CO puro, es tal que el indicador medioambiental GWP (Global Warming Potential) de su producción es negativo, lo que indica que el consumo de CO2 es mayor que la emisión debida al uso de materias primas y energía. Estos gases se pueden integrar en la producción de otros productos, tales como metanol, etanol, ácido acético o dimetil carbonato, lo que reduce drásticamente los indicadores GWP de la síntesis. El resultado más relevante se obtiene en el estudio de la producción de etanol, donde bajo las condiciones adecuadas, se puede producir un bioetanol de índice GWP negativo, cuyo uso como combustible tiene el potencial de reducir las emisiones globales hasta un 50 %.