Análisis multiescala de la eficiencia de un sistema de captura de carbono dentro de un ciclo de carbonato de calcio usando roca caliza para captura directa de aire

Este trabajo presenta una evaluación multiescala del desempeño cíclico de una caliza natural colombiana utilizada como sorbente en procesos de captura directa de CO₂ del aire (DAC), mediante el ciclo reversible CaCO₃ ↔ CaO. El estudio se diseñó para cuantificar la eficiencia térmica, textural y funcional del material a lo largo de 15 ciclos consecutivos de calcinación–carbonatación, bajo condiciones contrastantes: un entorno controlado tipo reactor con atmósfera enriquecida (4 % CO₂, HR 90–100 %) y un entorno ambiental tipo DAC (900 ppm CO₂, HR 70–80 %). Se analizaron 16 configuraciones experimentales combinando tamaños de partícula (75, 106, 125 y 180 µm), espesores de lecho (5 y 12 mm) y entorno de captura. La caracterización multiescala incluyó técnicas térmicas (TGA–DSC–MS), texturales y morfológicas (BET, BJH, SEM), estructurales (XRD), funcionales (FT-IR) y composicionales (XRF), permitiendo rastrear los mecanismos de degradación asociados a cada condición. Se identificaron tres fenómenos clave que explican la pérdida progresiva de eficiencia: (i) sinterización superficial;(ii) pérdida de grupos funcionales OH⁻; y (iii) formación de fases densas y pasivantes. Las eficiencias de calcinación y carbonatación cayeron entre 30–35 % en todos los casos, con mayor impacto en fracciones finas bajo condiciones de reactor. El análisis estadístico (ANOVA) confirmó que la granulometría es la variable con mayor influencia sobre la eficiencia inicial, mientras que el entorno de captura determina la estabilidad funcional a largo plazo. Las pruebas en aire exterior mostraron una degradación cíclica más lenta, atribuible a efectos de rehidratación superficial inducidos por la humedad, los cuales permitieron conservar bandas OH y hasta un 25 % más de eficiencia al final del experimento. Los resultados demuestran que la eficiencia del ciclo CaO–CaCO₃ no depende exclusivamente de la reactividad intrínseca del sorbente, sino de su capacidad para mantener textura porosa y funcionalidad superficial frente a condiciones operativas cíclicas. Se concluye que la caliza colombiana evaluada posee potencial para aplicaciones DAC en contextos climáticos templados y húmedos, y que su desempeño puede mejorarse mediante estrategias operativas que mitiguen la sinterización y estabilicen los grupos funcionales activos.

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