Noves metodologies i estratègies per a la recuperació de gasos fluorats

El canvi climàtic és un fenomen real, causat per l’activitat humana i, més notòriament, per les emissions de gasos d’efecte hivernacle. Tot i que les emissions de CO₂ representen dos terços de les emissions mundials d’aquests gasos, altres compostos – com el metà, els òxids de nitrogen o els gasos fluorats – també contribueixen a l’augment d’aquestes. 

El cas dels gasos fluorats (gasos-F) és especialment crític, ja que tenen un elevat potencial d’escalfament global (PEG), fins a 12400 vegades superior al CO₂. Els HFCs (hidrofluorocarbonis) representen la majoria d’aquestes emissions, en ser uns gasos àmpliament utilitzats en sistemes de refrigeració, tant a nivell domèstic com industrial, sense que existeixi actualment cap tecnologia ben desenvolupada per tal de poder-los recuperar o reutilitzar. Per tant, s’envien a incinerar quan s’acaba el seu cicle de vida. L’any 2016, es va signar a Kigali (Rwanda) un acord internacional per a la seva substitució progressiva per noves substàncies de més baix PEG. 

La tesi doctoral del Dr. Daniel Jovell Hidalgo s’emmarca en aquesta cerca de solucions per a la recuperació i reutilització dels HFCs. Realitzada i defensada en el Departament d’Enginyeria Química i Ciència de Materials d’IQS School of Engineering, sota el títol Design and Optimization of the Recovery and Recycling of Fluorinated Working Fluids Using a Multiscale Simulation Approach, la tesi ha estat codirigida pel Dr. Félix Llovell Ferret i pel Dr. Rafael González Olmos. 

En un context combinat de recerca fonamental i aplicada, l’objectiu general de la tesi s’ha focalitzat en el desenvolupament d’iniciatives d’economia circular, com a resultat de l’acord de Kigali. Per una banda, la tesi ha explorat el disseny de models de separació i reutilització de mescles de gasos-F amb nous solvents alternatius, com els líquids iònics i solvents eutèctics profunds, mitjançant eines de termodinàmica avançada i emprant equacions d’estat, com la soft-SAFT (de les sigles Statistic Association Fluid Theory), entre d’altres. 

A més, el Dr. Jovell ha utilitzat aquestes eines per explorar la substitució dels HFCs emprats actualment per altres alternatives més sostenibles.

Recuperació i reutilització de gasos-F

La recuperació i reutilització dels gasos-F és una estratègia prometedora que perllonga 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 el concepte d’economia circular. Per assolir aquest primer objectiu, el Dr. Jovell va realitzar el disseny i simulació d’un procés de recuperació de mescles de refrigerants per tècniques d’absorció en líquids iònics i solvents eutèctics profunds. Utilitzant combinacions d’eines de modelatge multiescala, des de càlculs moleculars fins a simulacions de procés, va desenvolupar uns models simplificats, que mantenen la informació termo física bàsica de la molècula, i que permeten descriure la solubilitat i la capacitat de recuperació dels HFCs en aquests dissolvents. A més, a partir d’aquests models es van poder estimar els costos energètics i ambientals associats a la separació i recuperació de les mescles de HFCs.

Buscant alternatives als gasos-F

En la segona part de la seva recerca, el Dr. Jovell va avaluar l’ús de productes alternatius per substituir els gasos-F d’elevat PEG, com són les hidrofluorolefines (HFOs) i els hidrofluoroèters (HFEs), dues famílies de compostos considerades com la quarta generació de refrigerants fluorats i molt prometedores per a una àmplia gamma d’aplicacions. 

La combinació d’eines computacionals i simulacions moleculars va permetre assolir coneixement, tant del comportament termo físic dels nous candidats com de la seva capacitat per a substituir als actuals HFCs en aplicacions específiques, i donar pas a noves formulacions amb menor PEG.

Els resultats de la tesi del Dr. Jovell ofereixen, per tant, una varietat de possibilitats d’actuació en el marc de l’emergència climàtica i, sobretot, aporten un ampli coneixement sobre aquestes, d’acord amb les noves legislacions, tot contribuint a la sostenibilitat del planeta. 

Aquesta tesi doctoral s’ha dut a terme establint diverses col·laboracions amb la Universitat de Barcelona (UB), la Universitat Rovira i Virgili (URV), la Universitat Nova de Lisboa, la Universidad de Concepción (UdeC) de Xile i la Universidad de Talca (UTalca), també de Xile. 

Publicacions relacionades

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. 

Aquesta tesi ha rebut finançament del projecte KET4F-Gas (SOE2/P1/P083), cofinançat per la European Regional Development Fund en el marc del programa Interreg SUDOE, i del projecte STOP-F-GAS (PID2019-108014RB-C21), finançat dins del Programa Estatal d’R+D+I orientada als Reptes de la Societat del Pla Nacional del Ministerio de Ciencia e Innovación – Agencia Estatal de Investigación.