Design and Optimization of the Recovery and Recycling of Fluorinated Working Fluids Using a Multiscale Simulation Approach
El canvi climàtic és un fenomen real, indubtablement causat per l'activitat humana i, més notòriament, per les emissions de CO2 i altres gasos d'efecte hivernacle procedents de la crema de combustibles fòssils. Tot i que les emissions de CO2 representen almenys dos terços de les emissions...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/687654 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/687654 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Fluorinated gases Molecular simulation Hydrofluoroethers Organic Rankine Cycle soft-SAFT Life cycle assessment Hydrofluoroolefins COSMO-RS Ionic liquids Process simulation Enginyeria, indústria i construcció 536 544 66 |
| Sumario: | El canvi climàtic és un fenomen real, indubtablement causat per l'activitat humana i, més notòriament, per les emissions de CO2 i altres gasos d'efecte hivernacle procedents de la crema de combustibles fòssils. Tot i que les emissions de CO2 representen almenys dos terços de les emissions mundials de gasos d'efecte d'hivernacle, altres compostos, com els gasos fluorats (gasos-F), també contribueixen a l'augment d'aquestes emissions. El cas concret dels gasos-F és especialment alarmant, ja que tenen un potencial d'escalfament global fins a 12.400 vegades superior al del CO2, fet que suposa que fins i tot concentracions atmosfèriques relativament baixes poden influir de manera desproporcionada en el canvi climàtic global. Els hidrofluorocarbonis (HFCs) representen la major part d'aquestes emissions de gasos-F i, el 2020, eren unes 5.700 vegades superiors al valor de 1990 a Europa. A banda de l'evident preocupació ambiental, el problema subjacent relacionat amb aquests gasos és la inexistència d'una tecnologia estandarditzada per al seu tractament. Per tant, s'envien a incinerar amb el corresponent cost ambiental quan acaba el seu cicle de vida. L'objectiu general d'aquesta tesi doctoral és dissenyar mètodes ecotecnològics de recuperació i reciclatge dels HFCs per a donar una solució sostenible a l'actual repte ambiental. La recuperació i reutilització dels gasos-F és una estratègia prometedora que prolonga la seva vida útil, a la vegada que redueix la quantitat de nous gasos-F introduïts al mercat i el seu eventual alliberament a l'atmosfera, impulsant així el mercat cap a una economia circular. Amb aquest propòsit, s'estudia la viabilitat de la recuperació dels HFC mitjançant tècniques d'absorció i dissolvents avançats, com diferents famílies de líquids iònics i dissolvents eutèctics profunds, mitjançant una combinació d'eines de modelatge multiescala que proporcionen diferents nivells de resolució i complexitat per a estudiar aquests sistemes, que van des de càlculs químico-quàntics fins als simuladors de processos comercials i l'anàlisi del cicle de vida. En primer lloc, es van construir models moleculars emprant models coarse-grained relativament senzills per a diversos gasos-F i dissolvents avançats per a realitzar un estudi amb la finalitat de modelar la solubilitat i capacitat de recuperació en aquests dissolvents. Els resultats van guiar dos estudis de simulació de processos amb l'objectiu d'estimar els costos energètics i ambientals aproximats del procés de separació i recuperació de les mescles comercials de HFCs. L'últim pas d'aquest treball comprèn l'estudi d'alternatives als HFC emprats actualment, incloent-hi famílies fluorades prometedores com les hidrofluoroolefines i els hidrofluoroèters en una àmplia gamma d'aplicacions. Una vegada més, es combinen diferents eines computacionals per a conèixer el seu comportament termofísic, mitjançant l'ús de simulacions moleculars, o per adreçar la seva capacitat de substituir als actuals HFC en aplicacions específiques a partir d'una completa anàlisi termodinàmica i energètica mitjançant equacions d'estat SAFT. El propòsit final d'aquesta tesi és oferir una varietat de solucions per a abordar el necessari canvi de model d'una economia lineal a una de circular, així com proporcionar un coneixement bàsic de les alternatives d'acord amb la nova legislació a través d'un enfocament multiescala, contribuint a la sostenibilitat del planeta. |
|---|