Captura directa de carbono en el aire mediante estructuras metalorgánicas (MOF): Rendimiento técnico-económico de los sistemas de adsorción por oscilación de temperatura y vacío (TVSA)
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Universidad de Montevideo
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Direct Air Carbon Capture (DACC) technology is used to remove CO₂ directly from the atmosphere, helping tackle climate change and excessive greenhouse gas emissions efficiently. In this study, a techno-economic analysis of DACC has been carried out, including its working mechanisms, energy needs, and costs, as well as a summary of the current research status. This research compares two leading metal-organic frameworks (MOFs) — MIL-101(Cr)-PEI-800 and mmen-Mg₂(dobpdc) — focusing on their energy consumption, CO₂ adsorption, and cost. This study investigates the performance of these MOFs in a temperature vacuum swing adsorption (TVSA) process, which cyclically varies temperature and pressure to capture CO₂ and regenerate adsorbents. Among all materials, mmen-Mg₂(dobpdc) achieves the best performance with a much higher capacity and a favourable nonlinear isotherm shape, indicating significantly improved efficiency and lower energy input. DACC systems based on advanced MOFs hold great promise for minimizing non-point source emissions and should thus be considered essential components of a climate change mitigation strategy. This study contributes to direct future research and development toward more efficient and cost-effective MOFs in DACC applications.
La tecnología de Captura Directa de Carbono en el Aire (DACC) se utiliza para eliminar CO₂ directamente de la atmósfera, lo que contribuye a combatir eficientemente el cambio climático y las emisiones excesivas de gases de efecto invernadero. En este estudio, se realizó un análisis tecnoeconómico de la DACC, incluyendo sus mecanismos de funcionamiento, necesidades energéticas y costes, así como un resumen del estado actual de la investigación. Esta investigación compara dos estructuras metalorgánicas (MOF) líderes —MIL-101(Cr)-PEI-800 y mmen-Mg₂(dobpdc)—, centrándose en su consumo energético, adsorción de CO₂ y coste. Este estudio investiga el rendimiento de estas MOF en un proceso de adsorción por oscilación de temperatura y vacío (TVSA), que varía cíclicamente la temperatura y la presión para capturar CO₂ y regenerar los adsorbentes. Entre todos los materiales, mmen-Mg₂(dobpdc) alcanza el mejor rendimiento, con una capacidad mucho mayor y una forma de isoterma no lineal favorable, lo que indica una eficiencia significativamente mejorada y un menor consumo de energía. Los sistemas DACC basados en MOF avanzados son muy prometedores para minimizar las emisiones de fuentes no puntuales y, por lo tanto, deberían considerarse componentes esenciales de una estrategia de mitigación del cambio climático. Este estudio contribuye a orientar la investigación y el desarrollo futuros hacia MOF más eficientes y rentables en aplicaciones DACC.
A tecnologia de Captura Direta de Carbono no Ar (DACC) é usada para remover CO₂ diretamente da atmosfera, ajudando a combater as mudanças climáticas e as emissões excessivas de gases de efeito estufa de forma eficiente. Neste estudo, foi realizada uma análise técnico-econômica do DACC, incluindo seus mecanismos de funcionamento, necessidades energéticas e custos, bem como um resumo do status atual da pesquisa. Esta pesquisa compara duas estruturas metal-orgânicas (MOFs) líderes — MIL-101(Cr)-PEI-800 e mmen-Mg₂(dobpdc) — com foco em seu consumo de energia, adsorção de CO₂ e custo. Este estudo investiga o desempenho dessas MOFs em um processo de adsorção por oscilação de temperatura e vácuo (TVSA), que varia ciclicamente a temperatura e a pressão para capturar CO₂ e regenerar adsorventes. Entre todos os materiais, o mmen-Mg₂(dobpdc) atinge o melhor desempenho com uma capacidade muito maior e uma forma isotérmica não linear favorável, indicando eficiência significativamente melhorada e menor consumo de energia. Os sistemas DACC baseados em MOFs avançados são bastante promissores para minimizar as emissões de fontes difusas e, portanto, devem ser considerados componentes essenciais de uma estratégia de mitigação das mudanças climáticas. Este estudo contribui para direcionar futuras pesquisas e desenvolvimentos em direção a MOFs mais eficientes e econômicos em aplicações DACC.