Nuevas metodologías y estrategias para recuperación de gases fluorados

El cambio climático es un fenómeno real, causado por la actividad humana y, más notoriamente, por las emisiones de gases de efecto invernadero. Aunque las emisiones de CO₂ representan dos tercios de las emisiones mundiales de estos gases, otros compuestos – como el metano, los óxidos de nitrógeno o los gases fluorados – también contribuyen al aumento de las mismas.

El caso de los gases fluorados (gases-F) es especialmente crítica, dado que tienen un elevado potencial de calentamiento global (PEG), hasta 12400 veces superior al CO₂. Los HCFs (hidrofluorocarbonos) representan la mayoría de estas emisiones, al ser unos gases ampliamente utilizados en sistemas de refrigeración, tanto a nivel doméstico como industrial, sin que exista actualmente ninguna tecnología bien desarrollada para poder recuperarlos o reutilizarlos. Por tanto, se envían a incinerar cuando finaliza su ciclo de vida. En el 2016, se firmó en Kigali (Rwanda) un acuerdo internacional para su sustitución progresiva por otras sustancias de menor PEG.

La tesis doctoral del Dr. Daniel Jovell Hidalgo se enmarca en esta búsqueda de soluciones para la recuperación y utilización de los HFCs. Realizada y defendida en el Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales de IQS School of Engineering, bajo el título Design and Optimization of the Recovery and Recycling of Fluorinated Working Fluids Using a Multiscale Simulation Approach, la tesis ha sido codirigida por el Dr. Félix Llovell Ferret y por el Dr. Rafael González Olmos. 

En un contexto combinado de investigación fundamental y aplicada, el objetivo general de la tesis se ha focalizado en el desarrollo de iniciativas de economía circular, como resultado del acuerdo de Kigali. Por un lado, la tesis ha explorado el diseño de modelos de separación y reutilización de mezclas de gases-F con nuevos disolventes alternativos, como son los líquidos iónicos y los disolventes eutécticos profundos, mediante herramientas de termodinámica avanzada y utilizando ecuaciones de estado, como la soft-SAFT (de las siglas Statistic Association Fluid Theory), entre otras. 

Además, el Dr. Jovell ha utilizado estas herramientas para explorar la sustitución de los HFCs empleando actualmente para otras alternativas más sostenibles.

Recuperación y reutilización de gases-F

La recuperación y reutilización de los gases-F es una estrategia prometedora que prolonga su vida útil, a la vez que reduce la cantidad de nuevos gases-F introducidos en el mercado y su eventual liberación a la atmosfera, impulsando el concepto de economía circular. Para alcanzar este primer objetivo, el Dr. Jovell realizó el diseño y la simulación de recuperación de mezclas de refrigerantes por técnicas de absorción en líquidos iónicos y solventes eutécticos profundos. Utilizando combinaciones de herramientas de modelaje mutilescala, desde cálculos moleculares hasta simulaciones de proceso, desarrolló unos modelos simplificados, que mantienen la información termo física básica de la molécula, y que permiten describir la solubilidad y la capacidad de recuperación de los HCFs en estos disolventes. Además, a partir de estos modelos se estimaron los costes energéticos y ambientales asociados a la separación y recuperación de mezclas de HCFs.

Buscando alternativas a los gases-F

En la segunda parte de su investigación, el Dr. Jovell evaluó el uso de productos alternativos para sustituir los gases-F de elevado PEG, como son las hidrofluoroolefinas (HFOs) y los hidrofluoroéteres (HFEs), dos familias de compuestos consideradas como la cuarta generación de refrigerantes fluorados y muy prometedores para una amplia gama de aplicaciones.

La combinación de herramientas computacionales y simulaciones moleculares permitió alcanzar conocimiento, tanto del comportamiento termo físico de los nuevos candidatos, como de su capacidad de sustituir los actuales HCFs en aplicaciones específicas, y dar paso a nuevas formulaciones con menor PGE.

Los resultados de la tesis del Dr. Jovell ofrecen, por tanto, una variedad de posibilidades de actuación en el marco de la emergencia climática, y, sobre todo, aportan un amplio conocimiento sobre las mismas, de acuerdo a las nuevas legislaciones, como contribución a la sostenibilidad del planeta.

Esta tesis doctoral se ha llevado a cabo estableciendo diversas colaboraciones con la Universidad de Barcelona (UB), la Universidad Rovira i Virgili (URV), la Universidad Nova de Lisboa, la Universidad de Concepción (UdeC) de Chile, y la Universidad de Talca (UTalca), también de Chile.

Publicaciones relacionadas

Asensio-Delgado, S., Jovell, D., Zarca, G., Urtiaga, A., & Llovell, F. (2020). Thermodynamic and process modeling of the recovery of R410A compounds with ionic liquids, International Journal of Refrigeration, 118, 365–375.

Jovell, D., B. Gómez, S., Zakrzewska, M. E., Nunes, A. V., Araújo, J. M., Pereiro, A.
B., & Llovell, F. (2020). Insight on the solubility of R134a in fluorinated ionic liquids
and deep eutectic solvents, Journal of Chemical & Engineering Data, 65(10), 4956–4969.

Jovell, D., O. Pou, J., Llovell, F., & Gonzalez-Olmos, R. (2022). Life Cycle Assessment of the Separation and Recycling of Fluorinated Gases Using Ionic Liquids in a Circular
Economy Framework,  ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 10(1), 71–80.

Jovell D., Gonzalez-Olmos R., & Llovell F. (2022). A computational drop-in assess-
ment of hydrofluoroethers in Organic Rankine Cycles, Energy, 254, 124319. 

Esta tesis ha recibido financiación del proyecto KET4F-Gas (SOE2/P1/P083), cofinanciado por la European Regional Development Fund, en el marco del programa Interreg SUDOE, y del proyecto STOP-F-GAS (PID2019-108014RB-C21), financiado dentro del Programa Estatal de I+D+i orientada a los Retos de la Sociedad del Plan Nacional del Ministerio de Ciencia e Innovación – Agencia Estatal de Investigación