Herramienta abierta para captura de CO₂ en cemento y acero

El problema

El cemento y el acero emiten CO₂ que no se puede eliminar solo con electricidad limpia: parte sale de la química misma del proceso. Capturarlo en la chimenea es una de las pocas opciones, pero la tecnología madura (aminas) regenera el solvente con mucho calor.

Mi tesis explora otra ruta: absorber el CO₂ con hidróxido de sodio y regenerar ese hidróxido con una celda electroquímica, sin calor. La pregunta: ¿cuánto cuesta capturar una tonelada así, y qué lo decide?

Lo que construí

• Un modelo abierto en Python que toma el gas de chimenea de una planta y calcula, paso a paso, la torre de absorción (transferencia de masa, reacción química, hidráulica del empaque), la celda que regenera el solvente y el costo nivelado de capturar (LCOC).
• Un prototipo físico: una torre de acrílico con empaque de superficie mínima triplemente periódica (TPMS) impreso en 3D, y una celda de electrolito sólido poroso.
• Una herramienta web donde cualquiera puede cambiar el caso y ver, para cada resultado, la ecuación que lo produce, los valores que se usaron y de qué artículo sale.

Qué encontré

Para una cementera colombiana de 150 000 Nm³/h de gas con 25 % de CO₂, capturando el 90 %:

• La torre es la parte barata. Dos torres de 6.7 m de diámetro y 4.5 m de lecho, con anillos Pall, cuestan menos de 1 USD por tonelada capturada.
• La celda decide todo. Con los costos de electrolizador del modelo DOE H2A y electricidad de red a 0.12 USD/kWh, el costo es de unos 450 USD/t: más de la mitad es electricidad y un tercio es la inversión en la celda.
• El precio de la electricidad manda. Con el precio de la subasta solar colombiana de 2024 (0.018 USD/kWh), el mismo diseño baja a unos 244 USD/t.
• Con la red, la captura neta se reduce. La electricidad que consume la celda emite cerca del 42 % de lo que se captura con la red colombiana; con energía solar esa cuenta casi desaparece.

La conclusión práctica: para que esta tecnología sea viable hace falta electricidad renovable barata y celdas más baratas por metro cuadrado. La torre no es el cuello de botella.

Cómo está hecho

El modelo usa correlaciones publicadas y las cita: Billet & Schultes para el empaque, Pohorecki & Moniuk para la cinética, Weisenberger & Schumpe para la solubilidad, Zhang et al. para la celda y sus costos. Cada ecuación tiene una ficha con su significado, sus unidades, su rango de validez y si viene de teoría, de literatura o de un cierre propio. El código tiene pruebas automáticas que comparan contra datos publicados.

Es una herramienta de pre-factibilidad (AACE clase 5): sirve para comparar opciones y entender órdenes de magnitud, no para diseñar una planta.

Tesis de Ingeniería Mecánica, Universidad de los Andes (2026). Asesores: A. González Mancera y R. Sierra Ramírez. Texto completo en el repositorio de Uniandes. Reconocimiento de sostenibilidad en la Feria de Innovación de Ingeniería Mecánica.