01/09/2021 – 31/08/2024
Truqui al: Projectes d'I+D+i Retos Investigación (ref. PID2020-115023RB-I00)
Descripció del Projecte
Afrontar els reptes ambientals és la tasca que defineix aquesta generació (Pacte Verd de la CE 2020). Un d'aquests reptes, l'objectiu de mantenir l'escalfament global molt per sota dels 2 °C (IPCC 2018; Acord de París 2015), ara només es pot aconseguir mitjançant l'extracció de gasos d'efecte hivernacle atmosfèrics juntament amb la reducció d'emissions i una sèrie d'altres mesures. De la mateixa manera, l'objectiu d'un entorn lliure de tòxics requereix l'eliminació d'una multitud de contaminants existents.
L'objectiu principal del projecte proposat és el desenvolupament, l'anàlisi i l'aplicació de models matemàtics per a l'eliminació de contaminants mitjançant l'adsorció de columna d'un fluid que flueix. L'absorció en columna, és potser el mètode d'absorció pràctic més popular i s'utilitza per a una àmplia gamma de processos, com ara l'eliminació de contaminants emergents, compostos orgànics volàtils, CO2, colorants i sals. Es pot aplicar tant a líquids com a gasos.
La descripció matemàtica de l'absorció de columnes implica l'acoblament d'equacions d'advecció-difusió amb equacions d'enfonsament (eliminació), tot aplicat sobre un domini en evolució. El tema d'investigació s'emmarca dins de l'àmplia categoria de problemes de límits mòbils (MBP). El Grup de Recerca de Matemàtiques Industrials del Centre de Recerca Matemàtica té una llarga trajectòria d'estudi de problemes relacionats en el context del canvi de fase impulsat per la difusió (tant tèrmica com química). L'objectiu d'aquesta proposta és aprofitar aquesta experiència per abordar problemes ambientals urgents, inicialment en el context de l'eliminació de contaminants per sorció. No obstant això, com que aquest estudi és predominantment matemàtic, i amb vista a l'expansió futura del grup, es pretén aplicar tècniques similars a un problema anàleg relacionat amb l'absorció d'energia en cobertes verdes.
L'estudi està motivat per col·laboracions interdisciplinàries així com per preocupacions ambientals.
L'objectiu és, doncs, traslladar les tècniques matemàtiques de canvi de fase a les situacions més complexes que es troben en l'absorció de columnes i la transferència de calor en cobertes verdes i presentar resultats que puguin orientar solucions pràctiques i innovadores. Sobretot, utilitzar les matemàtiques per tenir un impacte positiu significatiu en el medi ambient i ajudar en la lluita contra el canvi climàtic.
Grup de Matemàtiques Industrials
IMPACTE CIENTÍFIC
Malgrat els acords internacionals, els gasos d'efecte hivernacle continuen augmentant des de l'inici de la revolució industrial. El 2019, es van emetre a l'atmosfera uns 43 milions de tones de CO2. Tot i que s'estan fent grans esforços a nivell mundial per controlar aquestes emissions, certes indústries no poden o no volen reduir dràsticament les seves emissions a curt termini. Exemples clàssics d'aquest tipus de polítiques són les indústries basades en l'energia dels hidrocarburs, o les indústries de l'automoció i del ciment. Incorporant equips basats en columnes d'adsorció a les cadenes de producció és possible reduir les emissions en un 90%. La construcció de cobertes verdes als edificis pot ajudar a nivell local i global. Esperem que la publicació dels resultats del nostre treball en revistes adequades, així com la interacció amb grups de recerca de caràcter experimental, contribueixin a que el nostre treball s'utilitzi per millorar les tècniques d'absorció actuals.
Qualsevol contribució del projecte proposat en termes de millora de costos o eficiència, per petita que sigui, podria ser extremadament important en la lluita contra el canvi climàtic. Qualsevol idea que pugui ajudar a reduir la transferència de contaminants a corrents d'aigua o sòls fèrtils representa una gran contribució al medi ambient. Si podem utilitzar els resultats matemàtics per donar pautes senzilles que motivin els ajuntaments a construir cobertes verdes o promoure que aquestes s'instal·lin a nivell privat, aleshores farem un pas cap a reduir l'escalfament global alhora que millorem la qualitat de vida dels seus ciutadans.
El projecte és de naturalesa matemàtica, però la temàtica implicada és interdisciplinària i els resultats tenen aplicacions pràctiques rellevants. Concretament, en l'àmbit de les columnes d'absorció, actualment els resultats que existeixen són principalment numèrics i/o experimentals. La introducció de models acuradament desenvolupats, i l'anàlisi matemàtica de les equacions que els regeixen, permetran un major grau de comprensió dels mecanismes dominants, permetent així millores en els processos i en futurs dissenys. És important no menysprear la importància d'aportar solucions analítiques, ja que en aquestes apareix de manera clara i precisa el paper de cada paràmetre del sistema i per tant mostrar com modificar-les per millorar l'eficiència en l'extracció de contaminants. Utilitzant aquest enfocament també, per exemple, sobre múltiples contaminants i reaccions exotèrmiques, s'espera que el treball afecti una àmplia gamma de processos industrials. Fins ara, la necessitat d'anàlisi de cobertes verdes ha sorgit d'iniciatives mediambientals privades i de la societat civil. La millora del coneixement dels processos matemàtics implicats permet oferir unes directrius clares i rigorosament justificades que poden servir per assessorar els governs locals d'arreu del món sobre la necessitat d'instal·lar cobertes i espais verds.
Els nostres objectius i la filosofia de l'equip de recerca s'adapten perfectament als reptes 3 (energia neta) i 5 (canvi climàtic), però al mateix temps esperem que, millorant la qualitat de l'aire, també puguem tenir alguna cosa a aportar. al repte 1 (salut i benestar) a causa de la contaminació ambiental.
Equip d'investigació del projecte
EQUIP DE TREBALL
PUBLICACIONS
2024
|
Auton LC, Aguareles M, Valverde A, Myers TG, Calvo-Schwarzwalder M. Una investigació analítica sobre el transport i la sorció de soluts mitjançant la difusió intrapartícules al límit de doble porositat. Modelització Matemàtica Aplicada. 2024 d'abril de 3. | ENLLAÇ |
Amar MB, Mallek M, Valverde A, Monclús H, Myers TG, Salvadó V, Cabrera-Codony A. Adsorció competitiva de metalls pesants a petxines de pinya: modelització matemàtica de la columna de llit fix i coneixements d'interacció superficial. Ciència del Medi Ambient Total. 2024 de març de 20;917:170398.
|
ENLLAÇ | |
Valverde A, Cabrera-Codony A, Calvo-Schwarzwalder M, Myers TG. Investigar l'impacte de la mida de les partícules adsorbents en la cinètica d'adsorció de la columna mitjançant un model matemàtic. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2024 de gener de 1;218:124724.
|
ENLLAÇ | |
2023
|
M Aguareles, M Calvo-Schwarzwalder, F Font, TG Myers. Un model matemàtic de l'energia emmagatzemada a les cobertes verdes. Modelització matemàtica aplicada, 2023, 115, 513-540
|
ENLLAÇ |
TG Myers, A Cabrera-Codony, A Valverde. Sobre el desenvolupament d'un model matemàtic coherent per a l'adsorció en una columna empaquetada (i per què fallen els models estàndard). International Journal of Heat and Mass Transfer, 2023, 202, 123660
|
ENLLAÇ | |
M Aguareles Carrero, E Barrabés Vera, T Myers, A Valverde. Anàlisi matemàtica d'un model basat en Sips per a l'adsorció de columnes. © Physica D: Fenòmens no lineals, 2023, vol. 448, art. núm. 133690
|
ENLLAÇ |