Gestión Térmica de la Adsorción de Oscilación de Temperatura y Presión Empacada en Gyroid para la Captura de CO2 de Gases de Escape

• El material en forma de gyroid ayuda en la gestión térmica en aplicaciones de captura de CO2. • Se puede obtener CO2 de alta pureza (99%) con una recuperación superior al 90%. • La combinación de adsorbentes selectivos y medios térmicamente conductores mejora la tasa de desorción. Las columnas de adsorción de lecho empacado tradicionales sufren de una mala gestión térmica debido a la baja conductividad térmica efectiva, lo que conduce a una eficiencia reducida durante la operación cíclica. Las estructuras gyroid proporcionan una alternativa prometedora para aumentar la eficiencia, ofreciendo ventajas clave como una menor caída de presión y una transferencia de calor mejorada. Estos beneficios provienen de la alta superficie del marco gyroid y de la conectividad mejorada de las rutas de flujo de gas, que facilitan la transferencia eficiente de masa y calor. La novedad de este estudio es investigar la eficiencia de una estructura compuesta de un marco metálico gyroid altamente conductor con un recubrimiento delgado de adsorbente para mejorar significativamente la transferencia de calor en las columnas de adsorción. Presentamos un análisis de dinámica de fluidos computacional (CFD) tridimensional (3D) de columnas de adsorción basadas en gyroid, donde una matriz inerte con forma de gyroid está recubierta con el adsorbente KAUST-7 para la captura de CO2 de gases de escape. Al emplear un metal térmicamente conductor, como el acero inoxidable, para la matriz interna de la estructura gyroid, la transferencia de calor dentro del proceso TPSA se mejora en varios órdenes de magnitud. El modelo gyroid 3D se traduce a un modelo unidimensional (1D) para reducir el esfuerzo computacional y estudiar el rendimiento de TPSA. En comparación con una columna de adsorción empacada convencional operada en condiciones idénticas, la configuración gyroid optimizada logra aproximadamente un 100% de aumento en la productividad y una mejora de alrededor del 27% en la recuperación de CO2, mientras mantiene una alta pureza del producto superior al 99%. Estos resultados demuestran el potencial de las columnas de adsorción con empacamientos gyroid como una solución plausible para las tecnologías de captura de carbono de próxima generación.