<secondary-title/> </titles> <doi/> <pages/> <volume/> <number/> <keywords> <keyword>proceso bayer</keyword> <keyword>descarbonización</keyword> <keyword>residuo de bauxita</keyword> <keyword>eficiencia térmica</keyword> <keyword>economía circular</keyword> </keywords> <dates> <year>2025</year> <pub-dates> <date>2025</date> </pub-dates> </dates> <abstract>El aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, particularmente de CO2, es causado principalmente por actividades humanas, lo que plantea un desafio global crítico, ya que está provocando graves impactos medioambientales como eventos climáticos extremos, el aumento del nivel del mar y la pérdida de biodiversidad. El sector industrial, responsable de una parte significativa de las emisiones de CO2, debe efectuar la transición hacia métodos de producción con bajas emisiones de carbono para mitigar estos efectos, para lo cual se requieren soluciones innovadoras y diversificadas. La producción de aluminio, responsable de aproximadamente el 3% de las emisiones industriales globales de CO2, enfrenta importantes desafios medioambientales debido al alto consumo energético y a la generación y gestión de los residuos de los procesos Bayer y Hall-Héroult. La naturaleza intensiva en energía de estos procesos, junto con las emisiones de CO2 derivadas del uso de energía de combustibles fósiles y el consumo de ánodos de carbono, contribuye de manera significativa a la huella de carbono del sector. Aunque importantes avances, como el uso de electricidad renovable y ánodos inertes, están mejorando las emisiones en las fundiciones de aluminio del proceso Hall-Héroult, las refinerías de alúmina que siguen el proceso Bayer provocan todavía las consecuencias de las altas demandas de energía térmica y la generación de residuos peligrosos de bauxita. La electrificación y las tecnologías de captura, utilización y almacenamiento de carbono ofrecen soluciones potenciales, pero desafios como los altos costos de inversión y la necesidad de soluciones a medida dificultan su implementación generalizada. Además, los esfuerzos para neutralizar y valorizar los residuos de bauxita siguen siendo insuficientemente explorados, lo que presenta un desafio significativo para la sostenibilidad de la industria. En consecuencia, esta tesis propone el estudio de la industria actual de la alúmina y la posterior propuesta y evaluación de estrategias alternativas que podrían aplicarse para reducir su huella medioambiental. El primer objetivo de la tesis es medir el rendimiento ambiental de las refinerías de alúmina actuales. Para ello, se propone el modelado de una refinería convencional europea de alúmina utilizando herramientas de simulación adecuadas, como el software Aspen Plus Vl2, y referencias industriales y bibliográficas fiables. Los resultados de la modelización muestran que el consumo energético de la producción de alúmina se encuentra en el rango de 8,61-11,94 GJ por tonelada de alúmina producida. La calidad y la forma del mineral son factores clave que influyen en su rendimiento energético, siendo la bauxita laterítica el mineral preferido para minimizar la demanda energética del proceso. Los resultados del modelo de producción de alúmina también son validados por empresas industriales, cuyos consumos energéticos muestran cifras y variabilidades similares, en el rango de 7,99-13,70 GJ por tonelada de alúmina. Los resultados obtenidos del modelo se recopilan para servir como base para un análisis ambiental, siguiendo la metodología del Análisis del Ciclo de Vida. Los hallazgos del estudio muestran la variabilidad del rendimiento ambiental de la producción de alúmina en función del combustible empleado, las características del mineral inicial y la logística de la cadena de suministro. La producción de 1 tonelada de alúmina a partir de bauxita se estima que emite alrededor de 0,99-1,26 toneladas de CO2 equivalente. Por lo tanto, los resultados revelan la necesidad de que los productores de alúmina tomen medidas para reducir las emisiones de CO2 debidas a su actividad. Por ello, las siguientes actividades de la investigación se centran en proponer y evaluar diferentes estrategias de descarbonización que podrían integrarse en las refinerías de alúmina existentes, mitigando sus impactos medioambientales. Los productores actuales de alúmina ya están trabajando en la búsqueda de tecnologías más limpias para reducir los efectos medioambientales asociados con la producción de alúmina. Aunque se están realizando esfuerzos para reducir la generación de residuos de bauxita y buscar aplicaciones potenciales para estos residuos, las principales estrategias en desarrollo para reducir las emisiones de CO2 derivadas del uso de combustibles fósiles son la electrificación directa e indirecta de los procesos. Así, muchas empresas han informado sobre actividades y ensayos en el uso de compresión mecánica de vapor y calefacción resistiva directa como estrategias de electrificación directa que actualmente se encuentran en investigación. La producción de hidrógeno verde a través de electrólisis y su uso como combustible también es una alternativa innovadora de electrificación indirecta que está siendo investigada por las empresas de alúmina. Sin embargo, otras estrategias de descarbonización con un alto nivel de preparación tecnológica, como las tecnologías de captura de CO2, no están siendo desarrolladas públicamente por los productores de alúmina en el momento de presentar esta tesis. Por lo tanto, otro objetivo de esta tesis es evaluar los desafios técnicos y el rendimiento ambiental de tres estrategias de descarbonización integradas en la industria de la alúmina: la electrificación directa de los procesos de baja temperatura, la electrificación indirecta mediante la producción de hidrógeno verde y la captura y almacenamiento de CO2 postcombustión mediante una configuración de calcio-looping. Se explora el potencial de utilizar una planta fotovoltaica solar para satisfacer las necesidades de energía térmica de una planta de producción de alúmina mediante la electrificación directa de procesos de baja y media temperatura (hasta 400ºC). A pesar de los impactos ambientales positivos, los resultados indican un efecto muy limitado en la reducción del consumo de combustibles fósiles, ya que la mayor parte de la demanda energética térmica se produce a altas temperaturas. Así, las emisiones directas de CO2 de la configuración propuesta se reducen en un 29%, disminuyendo de 599 a 428 kg de CO2 por tonelada de alúmina. Las reducciones adicionales deberían provenir de estrategias alternativas para descarbonizar la etapa de calcinación, que presenta la mayor demanda de energía térmica. En este sentido, también se propone la electrificación indirecta de esta etapa mediante el uso de un electrolizador para producir hidrógeno. El rendimiento ambiental del hidrógeno verde como fuente de energía térmica se considera altamente favorable, evitando casi todas las emisiones de CO2. Sin embargo, se identifican incertidumbres con respecto a su viabilidad económica y técnica debido a las altas demandas de energía térmica del proceso de extracción de alúmina y la alta inversión energética requerida para la implementación de un electrolizador. Además, la ineficiencia de la electrólisis del agua aumenta excesivamente la penalización energética del CO2 evitado. El coste energético de la implementación de la electrificación indirecta se estima entre 6,41-9 ,08 GJ por tonelada de CO2 evitado. Por esta razón, esta tesis también propone examinar la viabilidad de usar una planta de captura de CO2 basada en el sistema de calcium-looping, una propuesta novedosa para reducir las emisiones de CO2 en la producción de alúmina. El modelo de calcium-looping desarrollado muestra una baja penalización energética, de aproximadamente el 7% en comparación con el proceso Bayer convencional, junto con un coste energético específico de 1,45 GJ por tonelada de CO2 evitada, lo que lo convierte en una solución prometedora para mitigar las emisiones debidas a la extracción de alúmina. Los resultados favorables de la implementación de una planta de captura de CO2 como estrategia para mitigar los efectos medioambientales de la producción de alúmina llevan a la búsqueda de rutas alternativas para producir alúmina y la posible implementación de configuraciones similares de calciumlooping para mitigar las emisiones de CO2 de estas rutas. Las líneas de investigación más comunes respecto a la producción de alúmina son la idoneidad de mejoras al proceso Bayer, como la adecuación de la bauxita antes de ingresar al proceso o la subdivisión de la etapa de digestión del mineral en varios subprocesos. En cuanto a los métodos no basados en el proceso Bayer, el interés de la comunidad investigadora en el proceso Pedersen está creciendo como una ruta prometedora para obtener alúmina a partir de bauxita, gracias a la valorización del contenido de hierro del mineral, evitando la generación de residuos de bauxita. Recientemente, también ha crecido el interés por minerales alternativos que contienen alúmina, como la anortosita, que, mediante el proceso AlSiCal, se puede transformar en tres materias primas críticas, como son la alúmina, la sílice y el carbonato de calcio. Como consecuencia, la última parte de esta tesis propone el modelado y evaluación de ambas rutas para producir alúmina: los procesos Pedersen y AlSiCal. Además del estudio de las ventajas y desafios técnicos de cada alternativa, se propone la implementación de un sistema de captura de CO2 mediante calcium-looping en ambos procesos, con el objetivo también de encontrar posibles sinergias con la utilización del calcio de cada ruta, así como establecer una comparación equitativa con la investigación realizada sobre el proceso Bayer. Los resultados destacan el rendimiento prometedor de ambas alternativas como rutas complementarias para producir alúmina, siendo competitivas en términos energéticos con el estado actual de la industria de alúmina, al mismo tiempo que evitan los residuos de bauxita. El proceso Pedersen muestra resultados especialmente favorables al tratar bauxitas con alto contenido de hierro, manifestando una demanda energética de 1 O, 16 GJ por tonelada de productos. Además, la penalización energética de implementar un sistema de captura de CO2 basado en calcium-looping también resulta significativamente baja, gracias al uso de carbonato de calcio como materia prima durante el proceso. El coste energético estimado de la captura de CO2 varía en el rango de 0,95-2,52 GJ por tonelada de CO2 evitada, dependiendo del grado de sustitución del CaCO3 requerido en el proceso Pedersen mediante el uso de CaO purgado del sistema de calcium-looping. Por otro lado, el proceso AlSiCal también muestra resultados prometedores, ya que su demanda energética se estima en 10,84 GJ por tonelada de productos. Sin embargo, la integración de un sistema de calcium-looping muestra resultados menos favorables debido a la alta intensidad energética de esta tecnología. No obstante, los resultados identifican el gran potencial de estas rutas para avanzar hacia una industria más limpia y eficiente en el uso de recursos, mostrando potenciales sinergias entre las diferentes rutas y entre otras industrias, como la del hierro o la sílice. </abstract> </record> </records> </xml>

Sáez De Guinoa Sentre, Javier <secondary-title/> </titles> <doi/> <pages/> <volume/> <number/> <keywords> <keyword>proceso bayer</keyword> <keyword>descarbonización</keyword> <keyword>residuo de bauxita</keyword> <keyword>eficiencia térmica</keyword> <keyword>economía circular</keyword> </keywords> <dates> <year>2025</year> <pub-dates> <date>2025</date> </pub-dates> </dates> <abstract>El aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, particularmente de CO2, es causado principalmente por actividades humanas, lo que plantea un desafio global crítico, ya que está provocando graves impactos medioambientales como eventos climáticos extremos, el aumento del nivel del mar y la pérdida de biodiversidad. El sector industrial, responsable de una parte significativa de las emisiones de CO2, debe efectuar la transición hacia métodos de producción con bajas emisiones de carbono para mitigar estos efectos, para lo cual se requieren soluciones innovadoras y diversificadas. La producción de aluminio, responsable de aproximadamente el 3% de las emisiones industriales globales de CO2, enfrenta importantes desafios medioambientales debido al alto consumo energético y a la generación y gestión de los residuos de los procesos Bayer y Hall-Héroult. La naturaleza intensiva en energía de estos procesos, junto con las emisiones de CO2 derivadas del uso de energía de combustibles fósiles y el consumo de ánodos de carbono, contribuye de manera significativa a la huella de carbono del sector. Aunque importantes avances, como el uso de electricidad renovable y ánodos inertes, están mejorando las emisiones en las fundiciones de aluminio del proceso Hall-Héroult, las refinerías de alúmina que siguen el proceso Bayer provocan todavía las consecuencias de las altas demandas de energía térmica y la generación de residuos peligrosos de bauxita. La electrificación y las tecnologías de captura, utilización y almacenamiento de carbono ofrecen soluciones potenciales, pero desafios como los altos costos de inversión y la necesidad de soluciones a medida dificultan su implementación generalizada. Además, los esfuerzos para neutralizar y valorizar los residuos de bauxita siguen siendo insuficientemente explorados, lo que presenta un desafio significativo para la sostenibilidad de la industria. En consecuencia, esta tesis propone el estudio de la industria actual de la alúmina y la posterior propuesta y evaluación de estrategias alternativas que podrían aplicarse para reducir su huella medioambiental. El primer objetivo de la tesis es medir el rendimiento ambiental de las refinerías de alúmina actuales. Para ello, se propone el modelado de una refinería convencional europea de alúmina utilizando herramientas de simulación adecuadas, como el software Aspen Plus Vl2, y referencias industriales y bibliográficas fiables. Los resultados de la modelización muestran que el consumo energético de la producción de alúmina se encuentra en el rango de 8,61-11,94 GJ por tonelada de alúmina producida. La calidad y la forma del mineral son factores clave que influyen en su rendimiento energético, siendo la bauxita laterítica el mineral preferido para minimizar la demanda energética del proceso. Los resultados del modelo de producción de alúmina también son validados por empresas industriales, cuyos consumos energéticos muestran cifras y variabilidades similares, en el rango de 7,99-13,70 GJ por tonelada de alúmina. Los resultados obtenidos del modelo se recopilan para servir como base para un análisis ambiental, siguiendo la metodología del Análisis del Ciclo de Vida. Los hallazgos del estudio muestran la variabilidad del rendimiento ambiental de la producción de alúmina en función del combustible empleado, las características del mineral inicial y la logística de la cadena de suministro. La producción de 1 tonelada de alúmina a partir de bauxita se estima que emite alrededor de 0,99-1,26 toneladas de CO2 equivalente. Por lo tanto, los resultados revelan la necesidad de que los productores de alúmina tomen medidas para reducir las emisiones de CO2 debidas a su actividad. Por ello, las siguientes actividades de la investigación se centran en proponer y evaluar diferentes estrategias de descarbonización que podrían integrarse en las refinerías de alúmina existentes, mitigando sus impactos medioambientales. Los productores actuales de alúmina ya están trabajando en la búsqueda de tecnologías más limpias para reducir los efectos medioambientales asociados con la producción de alúmina. Aunque se están realizando esfuerzos para reducir la generación de residuos de bauxita y buscar aplicaciones potenciales para estos residuos, las principales estrategias en desarrollo para reducir las emisiones de CO2 derivadas del uso de combustibles fósiles son la electrificación directa e indirecta de los procesos. Así, muchas empresas han informado sobre actividades y ensayos en el uso de compresión mecánica de vapor y calefacción resistiva directa como estrategias de electrificación directa que actualmente se encuentran en investigación. La producción de hidrógeno verde a través de electrólisis y su uso como combustible también es una alternativa innovadora de electrificación indirecta que está siendo investigada por las empresas de alúmina. Sin embargo, otras estrategias de descarbonización con un alto nivel de preparación tecnológica, como las tecnologías de captura de CO2, no están siendo desarrolladas públicamente por los productores de alúmina en el momento de presentar esta tesis. Por lo tanto, otro objetivo de esta tesis es evaluar los desafios técnicos y el rendimiento ambiental de tres estrategias de descarbonización integradas en la industria de la alúmina: la electrificación directa de los procesos de baja temperatura, la electrificación indirecta mediante la producción de hidrógeno verde y la captura y almacenamiento de CO2 postcombustión mediante una configuración de calcio-looping. Se explora el potencial de utilizar una planta fotovoltaica solar para satisfacer las necesidades de energía térmica de una planta de producción de alúmina mediante la electrificación directa de procesos de baja y media temperatura (hasta 400ºC). A pesar de los impactos ambientales positivos, los resultados indican un efecto muy limitado en la reducción del consumo de combustibles fósiles, ya que la mayor parte de la demanda energética térmica se produce a altas temperaturas. Así, las emisiones directas de CO2 de la configuración propuesta se reducen en un 29%, disminuyendo de 599 a 428 kg de CO2 por tonelada de alúmina. Las reducciones adicionales deberían provenir de estrategias alternativas para descarbonizar la etapa de calcinación, que presenta la mayor demanda de energía térmica. En este sentido, también se propone la electrificación indirecta de esta etapa mediante el uso de un electrolizador para producir hidrógeno. El rendimiento ambiental del hidrógeno verde como fuente de energía térmica se considera altamente favorable, evitando casi todas las emisiones de CO2. Sin embargo, se identifican incertidumbres con respecto a su viabilidad económica y técnica debido a las altas demandas de energía térmica del proceso de extracción de alúmina y la alta inversión energética requerida para la implementación de un electrolizador. Además, la ineficiencia de la electrólisis del agua aumenta excesivamente la penalización energética del CO2 evitado. El coste energético de la implementación de la electrificación indirecta se estima entre 6,41-9 ,08 GJ por tonelada de CO2 evitado. Por esta razón, esta tesis también propone examinar la viabilidad de usar una planta de captura de CO2 basada en el sistema de calcium-looping, una propuesta novedosa para reducir las emisiones de CO2 en la producción de alúmina. El modelo de calcium-looping desarrollado muestra una baja penalización energética, de aproximadamente el 7% en comparación con el proceso Bayer convencional, junto con un coste energético específico de 1,45 GJ por tonelada de CO2 evitada, lo que lo convierte en una solución prometedora para mitigar las emisiones debidas a la extracción de alúmina. Los resultados favorables de la implementación de una planta de captura de CO2 como estrategia para mitigar los efectos medioambientales de la producción de alúmina llevan a la búsqueda de rutas alternativas para producir alúmina y la posible implementación de configuraciones similares de calciumlooping para mitigar las emisiones de CO2 de estas rutas. Las líneas de investigación más comunes respecto a la producción de alúmina son la idoneidad de mejoras al proceso Bayer, como la adecuación de la bauxita antes de ingresar al proceso o la subdivisión de la etapa de digestión del mineral en varios subprocesos. En cuanto a los métodos no basados en el proceso Bayer, el interés de la comunidad investigadora en el proceso Pedersen está creciendo como una ruta prometedora para obtener alúmina a partir de bauxita, gracias a la valorización del contenido de hierro del mineral, evitando la generación de residuos de bauxita. Recientemente, también ha crecido el interés por minerales alternativos que contienen alúmina, como la anortosita, que, mediante el proceso AlSiCal, se puede transformar en tres materias primas críticas, como son la alúmina, la sílice y el carbonato de calcio. Como consecuencia, la última parte de esta tesis propone el modelado y evaluación de ambas rutas para producir alúmina: los procesos Pedersen y AlSiCal. Además del estudio de las ventajas y desafios técnicos de cada alternativa, se propone la implementación de un sistema de captura de CO2 mediante calcium-looping en ambos procesos, con el objetivo también de encontrar posibles sinergias con la utilización del calcio de cada ruta, así como establecer una comparación equitativa con la investigación realizada sobre el proceso Bayer. Los resultados destacan el rendimiento prometedor de ambas alternativas como rutas complementarias para producir alúmina, siendo competitivas en términos energéticos con el estado actual de la industria de alúmina, al mismo tiempo que evitan los residuos de bauxita. El proceso Pedersen muestra resultados especialmente favorables al tratar bauxitas con alto contenido de hierro, manifestando una demanda energética de 1 O, 16 GJ por tonelada de productos. Además, la penalización energética de implementar un sistema de captura de CO2 basado en calcium-looping también resulta significativamente baja, gracias al uso de carbonato de calcio como materia prima durante el proceso. El coste energético estimado de la captura de CO2 varía en el rango de 0,95-2,52 GJ por tonelada de CO2 evitada, dependiendo del grado de sustitución del CaCO3 requerido en el proceso Pedersen mediante el uso de CaO purgado del sistema de calcium-looping. Por otro lado, el proceso AlSiCal también muestra resultados prometedores, ya que su demanda energética se estima en 10,84 GJ por tonelada de productos. Sin embargo, la integración de un sistema de calcium-looping muestra resultados menos favorables debido a la alta intensidad energética de esta tecnología. No obstante, los resultados identifican el gran potencial de estas rutas para avanzar hacia una industria más limpia y eficiente en el uso de recursos, mostrando potenciales sinergias entre las diferentes rutas y entre otras industrias, como la del hierro o la sílice. </abstract> </record> </records> </xml>