On the decarbonization of chemical and energy industries: Power-to-X design strategies

Abstract

[ES]Hoy en día, la preocupación por la sostenibilidad está dando lugar a todo un nuevo sistema económico. Este nuevo paradigma afecta a todos los sectores como la agricultura, la industria, el sector financiero, etc. Dos de los más afectados son la industria química y el sistema energético debido a su configuración actual y, estos dos sectores son particularmente estudiados en esta tesis. En cuanto a la industria química, la producción electroquímica es uno de los métodos más atractivos para producir productos químicos de forma sostenible dejando atrás la producción tradicional no renovable. En esta tesis se ha prestado especial atención a la producción sostenible de amoníaco. Se han evaluado dos rutas diferentes, la primera utiliza la electrólisis del agua y evalúa diferentes tecnologías de separación del aire en función de la escala, y la segunda utiliza la biomasa como materia prima. Utilizando estos productos electroquímicos, es posible construir una nueva industria química sostenible. En esta tesis se propone la síntesis de carbo- nato de dimetilo (DMC) utilizando metanol renovable, amoníaco y dióxido de carbono capturado. En cuanto al sector energético, la introducción de fuentes renovables es esencial para alcanzar los objetivos propuestos. En este punto, el almacenamiento de energía será crucial para garantizar la satisfacción de la demanda debido a las fluctuaciones inherentes a las energías solar y eólica. Esta tesis se centra en la evaluación de productos químicos como forma potencial de almacenamiento o como vectores de energía. Se estudia la transformación del amoníaco en electricidad a escala de proceso proporcionando los resultados necesarios para implementar esta alternativa a escala de red. El diseño y el funcionamiento de las insta- laciones basadas en renovables se abordan simultáneamente, incluyendo la ubicación de las unidades debido a que los recursos renovables estan distri- buidos. Se propone un sistema integrado para utilizar productos químicos como vectores energéticos para diferentes aplicaciones energéticas en una región de España, calculando las capacidades, la operación y la ubicación óptima de las instalaciones. Además, se realiza la integración de diferentes energías renovables intermitentes y no intermitentes junto con diferentes tecnologías de almacenamiento desde una perspectiva económica y social para satisfacer una determinada demanda eléctrica. Todos estos sistemas y herramientas propuestos contribuyen a crear un escenario futuro en el que los sectores químico y energético se transforman para ser menos impactantes en el medio ambiente que nos rodea