COMSOL Multiphysics® ha sido herramienta clave para modelizar y analizar el ciclo de adsorción-desorción en un sistema de Direct Air Capture (DAC) basado en adsorbentes sólidos en el artículo titulado “Optimization of direct air capture processes using reactive transport models of adsorption-desorption cycles” [1] recientemente publicado en la revista Computers & Chemical Engineering de la editorial Elsevier. La Figura 1 muestra el diagrama del proceso de captura de aire estudiado.

Figura 1. Ciclo de adsorción para la captura directa de CO₂.

El modelo del ciclo de adsorción se implementó en COMSOL Multiphysics® utilizando un componente unidimensional (1D). Se emplearon varios módulos y físicas de COMSOL Multiphysics®:

• Transport of Concentrated Species, para resolver las ecuaciones de transporte de masa de los componentes adsorbidos.
• Extended Darcy’s Law, para modelar el flujo de fluido en el lecho poroso del adsorbedor.
• Coefficient Form PDE, para formular ecuaciones diferenciales parciales personalizadas; se utilizó dos veces, una para describir la cinética de adsorción y otra para la transferencia de calor (temperatura).
• Chemistry Module, para calcular propiedades termodinámicas del sistema (densidad, viscosidad, difusividades), usando modelos de gas ideal y NRTL para las fases gaseosa y líquida, respectivamente.

La Figura 2 muestra los perfiles de captura de CO₂ y temperatura obtenidos a partir de las simulaciones en COMSOL Multiphysics®. Los resultados obtenidos se integraron posteriormente en Pyomo para formular el problema de optimización y con IPOPT para resolverlo, demostrando cómo la combinación de COMSOL Multiphysics® con herramientas de machine learning y optimización puede acelerar el diseño de sistemas energéticos sostenibles.

Figura 2. Perfiles de captura de CO₂ y temperatura para una geometría 2D axisimétrica, bajo las condiciones óptimas de operación obtenidas mediante el modelo 1D simulado en COMSOL Multiphysics®. a) Perfil de captura de CO₂ durante la etapa de adsorción. b) Perfil de temperatura durante la etapa de adsorción. c) Perfil de captura de CO₂ durante la etapa de desorción. d) Perfil de temperatura durante la etapa de desorción.

Referencias

[1] Pedrozo et al. Optimization of direct air capture processes using reactive transport models of adsorption-desorption cycles, Computers & Chemical Engineering (2026), 204, 109379.