Captura/separação de gases de pós-combustão com contactores de membrana gás-líquido e solventes não voláteis

To achieve the European Commission targets and reduce the GHG by 20% by 2030, developing novel gas capture/separation processes is of crucial importance. Although gas separation has long been used in the natural gas industry, due to the increased value of the post-treated gas, post-combustion treatment processes are still a poorly efficient, and costly. Furthermore, climate change mitigation policies pose unique challenges for CO₂ emissions as capture, overcome only by implementing new CO2 absorption technologies based on novel solvent formulations. Over the last years, the research community has been proposing several approaches for the enhancement of CO₂ chemical absorption, namely with ionic liquids. The use and optimization through the incorporation of greener solvents such as water, fatty acids, carboxylic acids or amino acids, as well as their functionalization with amine groups, has demonstrated the high potential of these compounds for carbon dioxide capture. Despite all these being considered “green”, there are still some concerns related to the development and dimensioning of separation units capable of satisfying industry requirements. So, to overcome the ILs limitations, taking advantage of their excellent selectivity and non-volatility, the development of low-cost process for carbon capture, viscosity and heat capacity must be addressed from a process engineering viewpoint. Various technologies have been investigated, like the development of hollow carbonaceous sub-microcapsules in which one could encapsulate the IL, coated at a hollow fiber membrane surface, integrated into dense membrane matrix or the use of a gas-liquid membrane contactor. It was shown that incorporating absorbers into a membrane contactor can improve the separation selectivity and the mass transfer driving force, allowing high membrane fluxes and low gas outlet CO₂ concentration, increasing the potential of the technology to take advantage of the greener solvents and make the carbon dioxide capture and storage a reality. Here, we propose the combination of chemisorption, as a capture mechanism, using ionic liquids encapsulated in submicro particles and immobilized on the surface of a polymeric structure. This unique approach will support the development of a post-combustion gas capture process, through a compact, low weight and cost-effective process.Com o objetivo de atingir as metas definidas pela comissão europeia, e reduzir os gases de efeito de estufa em 20% até 2030, o desenvolvimento de novos processos para a captura e separação de gás é de extrema importância. Embora a separação de gás seja usada há imenso tempo na indústria do gás natural, devido ao aumento do valor do gás após tratamento, o tratamento de gás de pós-combustão é ainda um processo visto como pouco eficiente e caro. Além disso, as políticas de mitigação para as alterações climáticas, apresentam desafios únicos para as emissões de CO₂, tais como a captura, que podem apenas ser superados com a implementação de novas tecnologias de absorção de dióxido de carbono, tendo por base a formulação de novos solventes. Ao longo dos últimos anos, a comunidade científica tem proposto várias abordagens para o aprimoramento da absorção química do CO₂, nomeadamente com líquidos iónicos. A utilização e otimização, pela incorporação de solventes mais verdes como água, ácidos gordos, ácidos carboxílicos ou aminoácidos, bem como a sua funcionalização com grupos aminas, tem demonstrado o elevado potencial destes compostos para a captura de dióxido de carbono. Apesar de todos estes compostos serem considerados ecologicamente “verdes”, ainda existem algumas preocupações relacionadas ao desenvolvimento e dimensionamento de unidades de separação capazes de atender às exigências industriais. Portanto, para superar as limitações associadas aos líquidos iónicos, aproveitando a sua excelente seletividade e não volatilidade, o desenvolvimento de um processo de baixo custo para a captura de dióxido de carbono, tendo em conta a viscosidade e capacidade calorifica deve ser abordado do ponto de vista de engenharia de processo. Diferentes tecnologias têm sido propostas, como o desenvolvimento de sub-microcápsulas de carbono para encapsulação do solvente, o revestimento da superfície de membrana de fibra oca, integração em membranas densas ou compósitas, e a utilização de um contactor de membrana gás-líquido. A incorporação de absorventes em um contactor de membrana pode melhorar a seletividade de separação e a força motriz de transferência de massa, permitindo altos fluxos de membrana e baixa concentração de CO₂ de saída de gás, aumentando o potencial da tecnologia para aproveitar os solventes mais verdes e fazer da captura de dióxido de carbono e seu armazenamento uma realidade. Aqui, propomos a combinação da quimissorção, como mecanismo de captura de CO₂, usando líquidos iónicos encapsulados em partículas submicro e imobilizados na superfície de uma estrutura polimérica. A abordagem única proposta permitirá suportar o desenvolvimento de um processo de captura de gás de pós-combustão, através de um processo compacto, de baixo peso e elevado custo-benefício.Programa Doutoral em Engenharia Químic