Exploring Carbon Capture and Storage: Bridging the Gap Between Laboratory and Industry

Abstract

Aquesta tesi doctoral investiga la captura i mineralització de CO2 a la indústria siderúrgica, centrant-se en CELSA com a cas pràctic. El capítol 2 avalua les tecnologies de captura de carboni establertes, com ara el fregat d'amines i l'adsorció oscil·lant al buit, trobant-les tècnicament factibles però encara no econòmicament viables per a la implementació immediata a CELSA. Els capítols 3 i 4 aprofundeixen en el prometedor marc orgànic-metall TAMOF-1, demostrant la seva alta selectivitat pel CO2 en diverses mescles de gasos i el seu potencial per a la captura post-combustió i la millora del biogàs. Tant les anàlisis experimentals com les teòriques avalen la seva eficàcia. El capítol 5 centra l'atenció a l'emmagatzematge de CO2, examinant el potencial de les escòries CELSA com a mitjà per a la formació de carbonats. Aquesta caracterització no només contribueix a la gestió dels residus sinó que també avança el concepte d'ús circular de materials. En general, aquesta investigació explora de manera exhaustiva tant la captura com l'emmagatzematge de CO2 a la indústria siderúrgica, aportant coneixements valuosos als esforços en curs per mitigar el canvi climàtic i desenvolupar una economia més sostenible i baixa en carboni.

Esta tesis doctoral investiga la captura y mineralización de CO2 en la industria siderúrgica, centrándose en CELSA como caso de estudio. En el capítulo 2 se evalúan tecnologías de captura de carbono ya establecidas, como la depuración con aminas y la adsorción por oscilación en vacío, y se concluye que son técnicamente factibles pero aún no económicamente viables para su aplicación inmediata en CELSA. Los capítulos 3 y 4 profundizan en el prometedor marco metalorgánico TAMOF-1, demostrando su alta selectividad para el CO2 en varias mezclas de gases y su potencial para la captura postcombustión y la mejora del biogás. Tanto los análisis experimentales como los teóricos avalan su eficacia. El capítulo 5 se centra en el almacenamiento de CO2 y examina el potencial de las escorias de CELSA como medio para la formación de carbonatos. Esta caracterización no sólo contribuye a la gestión de residuos, sino que también avanza en el concepto de uso circular de materiales. En general, esta investigación explora de forma exhaustiva tanto la captura como el almacenamiento de CO2 en la industria siderúrgica, aportando valiosos conocimientos a los esfuerzos en curso para mitigar el cambio climático y desarrollar una economía más sostenible y baja en carbono.

This doctoral thesis investigates CO2 capture and mineralization in the steel industry, focusing on CELSA as a case study. Chapter 2 evaluates established carbon capture technologies like amine scrubbing and vacuum swing adsorption, finding them technically feasible but not yet economically viable for immediate implementation at CELSA. Chapters 3 and 4 delve into the promising metal-organic framework TAMOF-1, demonstrating its high selectivity for CO2 in various gas mixtures and its potential for post-combustion capture and biogas upgrading. Both experimental and theoretical analyses support its effectiveness. Chapter 5 shifts the focus to CO2 storage, examining the potential of CELSA slags as a medium for carbonate formation. This characterization not only contributes to waste management but also advances the concept of circular material usage. Overall, this research comprehensively explores both CO2 capture and storage within the steel industry, contributing valuable insights to the ongoing efforts to mitigate climate change and develop a more sustainable, low-carbon economy.