Diseño de una unidad móvil de ensayo de captura de CO2 mediante carbonatación

Abstract

La carbonatació és un procés d’envelliment natural de materials alcalins que capturen CO₂ de l’atmosfera a través de la neutralització del gas àcid amb el mineral alcalí.

Amb la finalitat de promoure la descarbonatació industrial es vol construir una planta pilot mòbil de captura i ús de CO₂ per testejar els resultats en diverses empreses cementeres i siderúrgiques i estudiar posteriorment una futura aplicació a escala industrial.

Aquest treball presenta el disseny i desenvolupament de la planta pilot per a la captura de diòxid de carboni (CO₂) mitjançant el procés de carbonatació d'òxids de calci (CaO). El sistema està concebut com a una unitat transportable, destinada a validar la viabilitat tècnica de la tecnologia en diferents entorns industrials.

Els resultats esperats permetran avaluar tant la cinètica de la reacció com el rendiment global del sistema en condicions reals i analitzar la viabilitat del projecte a gran escala.

Es conclou que aquesta planta pilot constitueix una eina clau per al desenvolupament de tecnologies de captura de CO₂ basades en residus alcalins, i representa un pas important cap al seu escalat industrial amb la finalitat de mitigar les emissions en processos industrials intensius.

La carbonatación es un proceso de envejecimiento natural de materiales alcalinos que capturan CO2 de la atmósfera a través de la neutralización del gas ácido con el mineral alcalino. Con el fin de promover la descarbonatación industrial se quieren construir una planta piloto móvil de captura y uso de CO2 para testear los resultados en diversas empresas cementeras y siderúrgicas y estudiar posteriormente una futura aplicación a nivel industrial. Este trabajo presenta el diseño y desarrollo de la planta piloto para la captura de dióxido de carbono (CO2) mediante el proceso de carbonatación de óxidos de calcio (CaO). El sistema está concebido como una unidad transportable, destinada a validar la viabilidad técnica de esta tecnología en distintos entornos industriales. El gas de entrada, con una concentración aproximada del 10% de CO2, se introduce en un reactor de tambor rotatorio junto a los residuos industriales y se lleva a cabo la reacción de carbonatación. El proyecto abarca el diseño del reactor, los sistemas de control de flujo y temperatura, y las condiciones de operación necesarias para maximizar la eficiencia de captura. Se espera que esta planta piloto contribuya a demostrar el potencial de la carbonatación como estrategia efectiva y escalable para la mitigación de emisiones industriales de CO2 y siente las bases para futuras aplicaciones a mayor escala. Se estima que la planta podrá capturar hasta 250 kg de CO2 por día, con tiempos de residencia en el reactor comprendidos entre 5 y 20 minutos, lo que permite adaptar la operación a diferentes condiciones de caudal y temperatura del gas residual. Los resultados esperados permitirán evaluar tanto la cinética de reacción como el rendimiento global del sistema en condiciones reales y analizar la viabilidad del proyecto a gran escala. Se concluye que esta planta piloto constituye una herramienta clave para el desarrollo de tecnologías de captura de CO2 basadas en residuos alcalinos, y representa un paso importante hacia su escalado industrial con el fin de mitigar las emisiones en procesos industriales intensivos.

This project presents the engineering of a mobile pilot plant for carbon dioxide (CO2) capture through gas–solid carbonation of calcium oxide (CaO). The system is designed to validate the feasibility and scalability of CaO-based carbonation under industrial flue gas conditions, with a CO2 concentration of approximately 10%. A rotary drum reactor serves as the core of the process, enabling continuous operation and control of gas–solid contact time, which can be adjusted between 5 and 20 minutes to optimize reaction kinetics. The pilot unit is expected to achieve a CO2 capture capacity of up to 250kg per day. The project includes the design of auxiliary systems for thermal regulation, gas distribution, and reaction monitoring. Preliminary assessments suggest that the configuration is suitable for adapting carbonation performance to varying industrial environments. The plant will be tested in different production facilities, and the resulting data will be used to evaluate operational stability, capture efficiency, and the potential for industrial integration. The system has been conceived with a modular, preassembled design integrated within an ISO 668–compliant standardized structure, allowing for easy transport and deployment across multiple industrial sites. This approach enables on-site validation of carbonation processes in facilities producing alkaline solid residues. The plant is fully fabricated in workshop conditions and complies with the European Machinery Regulation (EU) 2023/1230, reducing the legal and administrative requirements for commissioning and operation at each location. The ultimate goal of the pilot plant is to support the advancement of dry carbonation-based CO2 capture from Technology Readiness Level (TRL) 4/5 to TRL 6/7, through a pathway that is economically viable, socially accepted, and scientifically robust. The project aims to foster cross-sectoral industrial synergies and contribute to the development of scalable and sustainable carbon capture technologies.