STRATEGIES FOR CAPTURING CO2 USING HYDRATES: THEORETICAL ANALYSIS BASED ON MOLECULAR SIMULATION AND QUANTUM METHODS AB INITIO (Q3151019): Difference between revisions
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(Created claim: summary (P836): LES CLATRATES HYDRATES ET GAZEUSES REPRÉSENTENT AUJOURD’HUI UN DOMAINE DE RECHERCHE TRÈS ACTIF POUR DE NOMBREUSES RAISONS. LA PLUS ÉVIDENTE EST L’ÉNORME QUANTITÉ DE GAZ NATUREL QUI A ÉTÉ DÉCOUVERTE PIÉGÉE DANS DES DÉPÔTS D’HYDRATES DANS LES FONDS OCÉANIQUES ET LE PERGÉLISOL, CE QUI SIGNIFIE UNE SOURCE ÉNERGÉTIQUE DONT L’EXPLOITATION EST UN OBJECTIF STRATÉGIQUE NON DÉVELOPPÉ. CEPENDANT, LES HYDRATES SONT IMPLIQUÉS DANS DE NOMBREUSES AUTRES APPLIC...) |
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STRATEGIEN ZUR CO2-ABSCHEIDUNG MIT HYDRATEN: THEORETISCHE ANALYSE AUF BASIS MOLEKULARER SIMULATION UND QUANTENMETHODEN AB INITIO | |||||||||||||||
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HYDRATE UND GAS CLATRATES STELLEN HEUTE AUS VIELEN GRÜNDEN EIN SEHR AKTIVES FORSCHUNGSGEBIET DAR. AM OFFENSICHTLICHSTEN IST DIE RIESIGE MENGE AN ERDGAS, DIE IN DEN FEUCHTEN ABLAGERUNGEN IN DEN MEERESBÖDEN UND PERMAFROST GEFANGEN WURDE, D. H. EINE ENERGETISCHE QUELLE, DEREN AUSBEUTUNG EIN UNERSCHLOSSENES STRATEGISCHES ZIEL IST. ALLERDINGS SIND HYDRATE IN VIELEN ANDEREN ANWENDUNGEN BETEILIGT, UND EINER DER WICHTIGSTEN IST IHR EINSATZ IN DER CO2-ABSCHEIDUNG UND -SPEICHERUNG. ES IST BEKANNT, DASS DIE SELEKTIVITÄT VON HYDRATEN FÜR VERSCHIEDENE GASE UNTERSCHIEDLICH IST, UND EXPERIMENTELLE STUDIEN HABEN GEZEIGT, DASS DIE VERWENDUNG VON ADDITIVEN ODER EINIGEN ORGANISCHEN CLATRATES FÜR DIE TRENNUNG VON CO2 VON INDUSTRIELLEN ABLEITUNGSGASEN NÜTZLICH SEIN KANN. ANDERE ARBEITEN HABEN AUF DIE MÖGLICHKEIT HINGEWIESEN, CH4 DURCH CO2 IN NATÜRLICHEN FEUCHTIGKEITSVORKOMMEN ZU ERSETZEN UND EINEN DOPPELTEN NUTZEN MIT EINER OPTIMALEN UMWELTBILANZ ZU ERZIELEN. DIE ENTWICKLUNG DIESER PROZESSE ERFORDERT JEDOCH EINE GRÜNDLICHE KENNTNIS DER HYDRATEN, EINSCHLIESSLICH PHASENBILANZ, TERMOPHSICAS- UND TRANSPORTEIGENSCHAFTEN SOWIE NUKLEIERUNGS- UND DISSOZIATIONSDYNAMIK. DERZEIT GELINGT ES DEN BESTEHENDEN MOLEKULAREN THEORIEN NUR, DIE EINFACHSTEN HYDRATE ZU BESCHREIBEN, DA SIE NOTWENDIGE BEITRÄGE SIND, UM IHR PHYSIKALISCH-CHEMISCHES VERHALTEN IM DETAIL ZU VERSTEHEN. DIESES PROJEKT SCHLÄGT IN DIESER LINIE EINE DETAILLIERTE THEORETISCHE STUDIE ZU HYDRATEN VOR, DIE SICH AUF SYSTEME MIT POTENZIELLER ANWENDUNG AUF CO2-ABSCHEIDUNG UND -SPEICHERUNG KONZENTRIERT. DAZU GEHÖREN: I) MISCHHYDRATE VON CH4 UND CO2, EIN BISHER SEHR WENIG UNTERSUCHTES SYSTEM, II) WIRKUNG VON ZUSATZSTOFFEN TERMODINAMICOS DER FAMILIE DER ZYKLISCHEN ETHER, III) ORGANISCHE KLATRATES ANDERER MOLEKÜLE WIE HYDROCHINON, MIT GROSSER SELEKTIVITÄT AUF CO2. DIE VORGESCHLAGENE STRATEGIE KOMBINIERT DREI THEORETISCHE ANSÄTZE, DIE UNTERSCHIEDLICHE BERECHNUNGSEBENEN VON DER THERMODYNAMIK MACROSCOPICA BIS HIN ZU ATOMQUANTENBERECHNUNGEN DARSTELLEN, UND STELLEN DIE FORTSCHRITTLICHSTEN VORHANDENEN INSTRUMENTE DAR, DIE AUF DEN BEREICH DER HYDRATEN ANGEWANDT WERDEN. DER ERSTE SCHRITT SIND MOLEKULARE ZUSTANDSGLEICHUNGEN, DIE DAS SAFT-MODELL ALS REFERENZ VERWENDEN, KOMBINIERT MIT DER NÄHERUNG VON VAN DER WAALS PLATTEEUW, UM PHASENGLEICHGEWICHTSSCHÄTZUNGEN ZU ERHALTEN. ALS NÄCHSTES WERDEN MOLEKULARE DYNAMIKBERECHNUNGEN DURCHGEFÜHRT, UM DIE VERSCHIEDENEN MOLEKULAREN MODELLE, DIE FÜR DIE BETEILIGTEN ARTEN VORGESCHLAGEN WERDEN, ZU BEWERTEN UND EINE QUANTITATIVE BESCHREIBUNG DES PHASENGLEICHGEWICHTS, DER TERMOPHSICAS- UND DER TRANSPORTEIGENSCHAFTEN ZU SUCHEN. SCHLIESSLICH WERDEN QUANTIC AB INITIO BERECHNUNGEN MIT HILFE DER FUNKTIONSDICHTE THEORIE DURCHGEFÜHRT, UM GENAUE INFORMATIONLN AUF MIKROSKOPISCHE DETAILS WIE STRUKTUR, ART DER INTERMOLEKULAREN WECHSELWIRKUNGEN, DIFFUSION, RAMAN UND INFRAROT-SPEKTREN ZU ERHALTEN. DIE KOMBINATION DIESER TECHNIKEN BIETET, WIE IN UNSEREN VORSTUDIEN FÜR EINFACHE HYDRATE GEZEIGT WURDE, EIN BESSERES VERSTÄNDNIS DER PHYSIK DIESER SYSTEME, DIE OFT NICHT EXPERIMENTELL AUFGRUND DER SKALEN VON ENTFERNUNG UND ZEIT ZUGÄNGLICH IST. DER VERGLEICH DER GESCHÄTZTEN EIGENSCHAFTEN MIT DEN BEGRENZTEN VERFÜGBAREN EXPERIMENTELLEN INFORMATIONEN WIRD DAZU BEITRAGEN, DIE GENANNTEN THEORIEN UND MODELLE ZU VERFEINERN UND QUANTITATIVE EFFIZIENZ IN DEN SYSTEMEN DER CO2-ABSCHEIDUNG UND -SPEICHERUNG ZU ERREICHEN. (German) | |||||||||||||||
| Property / summary: HYDRATE UND GAS CLATRATES STELLEN HEUTE AUS VIELEN GRÜNDEN EIN SEHR AKTIVES FORSCHUNGSGEBIET DAR. AM OFFENSICHTLICHSTEN IST DIE RIESIGE MENGE AN ERDGAS, DIE IN DEN FEUCHTEN ABLAGERUNGEN IN DEN MEERESBÖDEN UND PERMAFROST GEFANGEN WURDE, D. H. EINE ENERGETISCHE QUELLE, DEREN AUSBEUTUNG EIN UNERSCHLOSSENES STRATEGISCHES ZIEL IST. ALLERDINGS SIND HYDRATE IN VIELEN ANDEREN ANWENDUNGEN BETEILIGT, UND EINER DER WICHTIGSTEN IST IHR EINSATZ IN DER CO2-ABSCHEIDUNG UND -SPEICHERUNG. ES IST BEKANNT, DASS DIE SELEKTIVITÄT VON HYDRATEN FÜR VERSCHIEDENE GASE UNTERSCHIEDLICH IST, UND EXPERIMENTELLE STUDIEN HABEN GEZEIGT, DASS DIE VERWENDUNG VON ADDITIVEN ODER EINIGEN ORGANISCHEN CLATRATES FÜR DIE TRENNUNG VON CO2 VON INDUSTRIELLEN ABLEITUNGSGASEN NÜTZLICH SEIN KANN. ANDERE ARBEITEN HABEN AUF DIE MÖGLICHKEIT HINGEWIESEN, CH4 DURCH CO2 IN NATÜRLICHEN FEUCHTIGKEITSVORKOMMEN ZU ERSETZEN UND EINEN DOPPELTEN NUTZEN MIT EINER OPTIMALEN UMWELTBILANZ ZU ERZIELEN. DIE ENTWICKLUNG DIESER PROZESSE ERFORDERT JEDOCH EINE GRÜNDLICHE KENNTNIS DER HYDRATEN, EINSCHLIESSLICH PHASENBILANZ, TERMOPHSICAS- UND TRANSPORTEIGENSCHAFTEN SOWIE NUKLEIERUNGS- UND DISSOZIATIONSDYNAMIK. DERZEIT GELINGT ES DEN BESTEHENDEN MOLEKULAREN THEORIEN NUR, DIE EINFACHSTEN HYDRATE ZU BESCHREIBEN, DA SIE NOTWENDIGE BEITRÄGE SIND, UM IHR PHYSIKALISCH-CHEMISCHES VERHALTEN IM DETAIL ZU VERSTEHEN. DIESES PROJEKT SCHLÄGT IN DIESER LINIE EINE DETAILLIERTE THEORETISCHE STUDIE ZU HYDRATEN VOR, DIE SICH AUF SYSTEME MIT POTENZIELLER ANWENDUNG AUF CO2-ABSCHEIDUNG UND -SPEICHERUNG KONZENTRIERT. DAZU GEHÖREN: I) MISCHHYDRATE VON CH4 UND CO2, EIN BISHER SEHR WENIG UNTERSUCHTES SYSTEM, II) WIRKUNG VON ZUSATZSTOFFEN TERMODINAMICOS DER FAMILIE DER ZYKLISCHEN ETHER, III) ORGANISCHE KLATRATES ANDERER MOLEKÜLE WIE HYDROCHINON, MIT GROSSER SELEKTIVITÄT AUF CO2. DIE VORGESCHLAGENE STRATEGIE KOMBINIERT DREI THEORETISCHE ANSÄTZE, DIE UNTERSCHIEDLICHE BERECHNUNGSEBENEN VON DER THERMODYNAMIK MACROSCOPICA BIS HIN ZU ATOMQUANTENBERECHNUNGEN DARSTELLEN, UND STELLEN DIE FORTSCHRITTLICHSTEN VORHANDENEN INSTRUMENTE DAR, DIE AUF DEN BEREICH DER HYDRATEN ANGEWANDT WERDEN. DER ERSTE SCHRITT SIND MOLEKULARE ZUSTANDSGLEICHUNGEN, DIE DAS SAFT-MODELL ALS REFERENZ VERWENDEN, KOMBINIERT MIT DER NÄHERUNG VON VAN DER WAALS PLATTEEUW, UM PHASENGLEICHGEWICHTSSCHÄTZUNGEN ZU ERHALTEN. ALS NÄCHSTES WERDEN MOLEKULARE DYNAMIKBERECHNUNGEN DURCHGEFÜHRT, UM DIE VERSCHIEDENEN MOLEKULAREN MODELLE, DIE FÜR DIE BETEILIGTEN ARTEN VORGESCHLAGEN WERDEN, ZU BEWERTEN UND EINE QUANTITATIVE BESCHREIBUNG DES PHASENGLEICHGEWICHTS, DER TERMOPHSICAS- UND DER TRANSPORTEIGENSCHAFTEN ZU SUCHEN. SCHLIESSLICH WERDEN QUANTIC AB INITIO BERECHNUNGEN MIT HILFE DER FUNKTIONSDICHTE THEORIE DURCHGEFÜHRT, UM GENAUE INFORMATIONLN AUF MIKROSKOPISCHE DETAILS WIE STRUKTUR, ART DER INTERMOLEKULAREN WECHSELWIRKUNGEN, DIFFUSION, RAMAN UND INFRAROT-SPEKTREN ZU ERHALTEN. DIE KOMBINATION DIESER TECHNIKEN BIETET, WIE IN UNSEREN VORSTUDIEN FÜR EINFACHE HYDRATE GEZEIGT WURDE, EIN BESSERES VERSTÄNDNIS DER PHYSIK DIESER SYSTEME, DIE OFT NICHT EXPERIMENTELL AUFGRUND DER SKALEN VON ENTFERNUNG UND ZEIT ZUGÄNGLICH IST. DER VERGLEICH DER GESCHÄTZTEN EIGENSCHAFTEN MIT DEN BEGRENZTEN VERFÜGBAREN EXPERIMENTELLEN INFORMATIONEN WIRD DAZU BEITRAGEN, DIE GENANNTEN THEORIEN UND MODELLE ZU VERFEINERN UND QUANTITATIVE EFFIZIENZ IN DEN SYSTEMEN DER CO2-ABSCHEIDUNG UND -SPEICHERUNG ZU ERREICHEN. (German) / rank | |||||||||||||||
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| Property / summary: HYDRATE UND GAS CLATRATES STELLEN HEUTE AUS VIELEN GRÜNDEN EIN SEHR AKTIVES FORSCHUNGSGEBIET DAR. AM OFFENSICHTLICHSTEN IST DIE RIESIGE MENGE AN ERDGAS, DIE IN DEN FEUCHTEN ABLAGERUNGEN IN DEN MEERESBÖDEN UND PERMAFROST GEFANGEN WURDE, D. H. EINE ENERGETISCHE QUELLE, DEREN AUSBEUTUNG EIN UNERSCHLOSSENES STRATEGISCHES ZIEL IST. ALLERDINGS SIND HYDRATE IN VIELEN ANDEREN ANWENDUNGEN BETEILIGT, UND EINER DER WICHTIGSTEN IST IHR EINSATZ IN DER CO2-ABSCHEIDUNG UND -SPEICHERUNG. ES IST BEKANNT, DASS DIE SELEKTIVITÄT VON HYDRATEN FÜR VERSCHIEDENE GASE UNTERSCHIEDLICH IST, UND EXPERIMENTELLE STUDIEN HABEN GEZEIGT, DASS DIE VERWENDUNG VON ADDITIVEN ODER EINIGEN ORGANISCHEN CLATRATES FÜR DIE TRENNUNG VON CO2 VON INDUSTRIELLEN ABLEITUNGSGASEN NÜTZLICH SEIN KANN. ANDERE ARBEITEN HABEN AUF DIE MÖGLICHKEIT HINGEWIESEN, CH4 DURCH CO2 IN NATÜRLICHEN FEUCHTIGKEITSVORKOMMEN ZU ERSETZEN UND EINEN DOPPELTEN NUTZEN MIT EINER OPTIMALEN UMWELTBILANZ ZU ERZIELEN. DIE ENTWICKLUNG DIESER PROZESSE ERFORDERT JEDOCH EINE GRÜNDLICHE KENNTNIS DER HYDRATEN, EINSCHLIESSLICH PHASENBILANZ, TERMOPHSICAS- UND TRANSPORTEIGENSCHAFTEN SOWIE NUKLEIERUNGS- UND DISSOZIATIONSDYNAMIK. DERZEIT GELINGT ES DEN BESTEHENDEN MOLEKULAREN THEORIEN NUR, DIE EINFACHSTEN HYDRATE ZU BESCHREIBEN, DA SIE NOTWENDIGE BEITRÄGE SIND, UM IHR PHYSIKALISCH-CHEMISCHES VERHALTEN IM DETAIL ZU VERSTEHEN. DIESES PROJEKT SCHLÄGT IN DIESER LINIE EINE DETAILLIERTE THEORETISCHE STUDIE ZU HYDRATEN VOR, DIE SICH AUF SYSTEME MIT POTENZIELLER ANWENDUNG AUF CO2-ABSCHEIDUNG UND -SPEICHERUNG KONZENTRIERT. DAZU GEHÖREN: I) MISCHHYDRATE VON CH4 UND CO2, EIN BISHER SEHR WENIG UNTERSUCHTES SYSTEM, II) WIRKUNG VON ZUSATZSTOFFEN TERMODINAMICOS DER FAMILIE DER ZYKLISCHEN ETHER, III) ORGANISCHE KLATRATES ANDERER MOLEKÜLE WIE HYDROCHINON, MIT GROSSER SELEKTIVITÄT AUF CO2. DIE VORGESCHLAGENE STRATEGIE KOMBINIERT DREI THEORETISCHE ANSÄTZE, DIE UNTERSCHIEDLICHE BERECHNUNGSEBENEN VON DER THERMODYNAMIK MACROSCOPICA BIS HIN ZU ATOMQUANTENBERECHNUNGEN DARSTELLEN, UND STELLEN DIE FORTSCHRITTLICHSTEN VORHANDENEN INSTRUMENTE DAR, DIE AUF DEN BEREICH DER HYDRATEN ANGEWANDT WERDEN. DER ERSTE SCHRITT SIND MOLEKULARE ZUSTANDSGLEICHUNGEN, DIE DAS SAFT-MODELL ALS REFERENZ VERWENDEN, KOMBINIERT MIT DER NÄHERUNG VON VAN DER WAALS PLATTEEUW, UM PHASENGLEICHGEWICHTSSCHÄTZUNGEN ZU ERHALTEN. ALS NÄCHSTES WERDEN MOLEKULARE DYNAMIKBERECHNUNGEN DURCHGEFÜHRT, UM DIE VERSCHIEDENEN MOLEKULAREN MODELLE, DIE FÜR DIE BETEILIGTEN ARTEN VORGESCHLAGEN WERDEN, ZU BEWERTEN UND EINE QUANTITATIVE BESCHREIBUNG DES PHASENGLEICHGEWICHTS, DER TERMOPHSICAS- UND DER TRANSPORTEIGENSCHAFTEN ZU SUCHEN. SCHLIESSLICH WERDEN QUANTIC AB INITIO BERECHNUNGEN MIT HILFE DER FUNKTIONSDICHTE THEORIE DURCHGEFÜHRT, UM GENAUE INFORMATIONLN AUF MIKROSKOPISCHE DETAILS WIE STRUKTUR, ART DER INTERMOLEKULAREN WECHSELWIRKUNGEN, DIFFUSION, RAMAN UND INFRAROT-SPEKTREN ZU ERHALTEN. DIE KOMBINATION DIESER TECHNIKEN BIETET, WIE IN UNSEREN VORSTUDIEN FÜR EINFACHE HYDRATE GEZEIGT WURDE, EIN BESSERES VERSTÄNDNIS DER PHYSIK DIESER SYSTEME, DIE OFT NICHT EXPERIMENTELL AUFGRUND DER SKALEN VON ENTFERNUNG UND ZEIT ZUGÄNGLICH IST. DER VERGLEICH DER GESCHÄTZTEN EIGENSCHAFTEN MIT DEN BEGRENZTEN VERFÜGBAREN EXPERIMENTELLEN INFORMATIONEN WIRD DAZU BEITRAGEN, DIE GENANNTEN THEORIEN UND MODELLE ZU VERFEINERN UND QUANTITATIVE EFFIZIENZ IN DEN SYSTEMEN DER CO2-ABSCHEIDUNG UND -SPEICHERUNG ZU ERREICHEN. (German) / qualifier | |||||||||||||||
point in time: 9 December 2021
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Revision as of 08:32, 9 December 2021
Project Q3151019 in Spain
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | STRATEGIES FOR CAPTURING CO2 USING HYDRATES: THEORETICAL ANALYSIS BASED ON MOLECULAR SIMULATION AND QUANTUM METHODS AB INITIO |
Project Q3151019 in Spain |
Statements
45,496.0 Euro
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56,870.0 Euro
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80.0 percent
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1 January 2016
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31 December 2019
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UNIVERSIDAD DE VIGO
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42°14'15.58"N, 8°43'28.99"W
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36057
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LOS HIDRATOS Y CLATRATOS DE GAS REPRESENTAN UN AMBITO DE INVESTIGACION MUY ACTIVO EN LA ACTUALIDAD POR NUMEROSAS RAZONES. LA MAS EVIDENTE ES LA INGENTE CANTIDAD DE GAS NATURAL QUE SE HA DESCUBIERTO ATRAPADO EN DEPOSITOS DE HIDRATOS EN LOS FONDOS OCEANICOS Y EL PERMAFROST, SIGNIFICANDO UNA FUENTE ENERGETICA CUYA EXPLOTACION ES UN OBJETIVO ESTRATEGICO TODAVIA NO DESARROLLADO. SIN EMBRAGO, LOS HIDRATOS ESTAN INVOLUCRADOS EN MUCHAS OTRAS APLICACIONES, Y UNA DE LAS MAS IMPORTANTES ES SU EMPLEO EN LA CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2. ES BIEN CONOCIDO QUE LA SELECTIVIDAD DE LOS HIDRATOS ES DIFERENTE PARA DIFERENTES GASES, Y ESTUDIOS EXPERIMENTALES HAN MOSTRADO QUE EL USO DE ADITIVOS O ALGUNOS CLATRATOS ORGANICOS PUEDEN SER UTILES PARA LA SEPARACION DEL CO2 DE GASES EFLUENTES INDUSTRIALES, POR EJEMPLO. OTROS TRABAJOS HAN APUNTADO LA POSIBILIDAD DE REEMPLAZAR CH4 POR CO2 EN LOS DEPOSITOS NATURALES DE HIDRATOS, OBTENIENDO UN DOBLE BENEFICIO CON UN BALANCE MEDIOAMBIOENTAL OPTIMO. SIN EMBARGO, EL DESARROLLO DE ESTOS PROCESOS NECESITA DE UN CONOCIMIENTO PROFUNDO DE LOS HIDRATOS, INCLUYENDO EQUILIBRIO DE FASES, PROPIEDADES TERMOFISICAS Y DE TRANSPORTE, Y DINAMICA DE NUCLEACION Y DISOCIACION. EN LA ACTUALIDAD, LAS TEORIAS MOLECULARES EXISTENTES SOLO CONSIGUEN DESCRIBIR LOS HIDRATOS MAS SIMPLES, SIENDO PRECISAS APORTACIONES PARA COMPRENDER EN DETALLE SU COMPORTAMIENTO FISICO-QUIMICO. ESTE PROYECTO PROPONE, EN ESTA LINEA, UN ESTUDIO TEORICO DETALLADO SOBRE HIDRATOS, ENFOCANDOSE EN LOS SISTEMAS CON APLICACION POTENCIAL A CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2. ESTO INCLUYE: I) HIDRATOS MIXTOS DE CH4 Y CO2, UN SISTEMA MUY POCO ESTUDIADO HASTA LA FECHA, II) EFECTO DE ADITIVOS TERMODINAMICOS DE LA FAMILIA DE LOS ETERES CICLICOS, III) CLATRATOS ORGANICOS DE OTRAS MOLECULAS COMO LA HIDROQUINONA, CON GRAN SELECTIVIDAD SOBRE EL CO2. LA ESTRATEGIA PROPUESTA COMBINA TRES APROXIMACIONES TEORICAS, QUE REPRESENTAN NIVELES DE CALCULO DIFERENTES DESDE TERMODINAMICA MACROSCOPICA A CALCULOS CUANTICOS ATOMICOS, Y CONSTITUYEN LAS HERRAMIENTAS EXISTENTES MAS AVANZADAS APLICADAS AL AMBITO DE LOS HIDRATOS. EL PRIMER PASO SON LAS ECUACIONES DE ESTADO MOLECULARES, USANDO EL MODELO SAFT COMO REFERENCIA, COMBINADO CON LA APROXIMACION DE VAN DER WAALS PLATTEEUW PARA OBTENER ESTIMACIONES DE EQUILIBRIO DE FASES. A CONTINUACION, SE REALIZARAN CALCULOS DE DINAMICA MOLECULAR, CON EL OBJETO DE EVALUAR LOS DIFERENTES MODELOS MOLECULARES PROPUESTOS PARA LAS ESPECIES INVOLUCRADAS, BUSCANDO UNA DESCRIPCION CUANTITATIVA DE EQUILIBRIO DE FASES, PROPIEDADES TERMOFISICAS Y DE TRANSPORTE. FINALMENTE, SE REALIZARAN CALCULOS CUANTICOS AB INITIO USANDO LA TEORIA FUNCIONAL DE LA DENSIDAD PARA OBTENER INFORMACIONLN PRECISA SOBRE DETALLES MICROSCOPICOS COMO ESTRUCTURA, NATURALEZA DE LAS INTERACCIONES INTERMOLECULARES, DIFUSION, Y ESPECTROS RAMAN E INFRARROJO. LA COMBINACION DE ESTAS TECNICAS PROPORCIONA, COMO SE HA MOSTRADO EN NUESTROS ESTUDIOS PRELIMINARES PARA HIDRATOS SENCILLOS, UNA COMPRENSION MEJORADA DE LA FISICA DE ESTOS SISTEMAS, LO QUE A MENUDO NO ES ACCESIBLE EXPERIMENTALMENTE DEBIDO A LAS ESCALAS DE DISTANCIA Y TIEMPO INVOLUCRADAS. LA COMPARACION DE LAS PROPIEDADES ESTIMADAS CON LA ESCASA INFORMACION EXPERIMENTAL EXISTENTE AYUDARA A REFINAR LAS TEORIAS Y MODELOS CITADOS, BUSCANDO EFICIENCIA CUANTITATIVA EN LOS SISTEMAS INVOLUCRADOS EN LOS PROCESOS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2. (Spanish)
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HYDRATES AND GAS CLATRATES REPRESENT A VERY ACTIVE RESEARCH AREA TODAY FOR MANY REASONS. THE MOST OBVIOUS IS THE HUGE AMOUNT OF NATURAL GAS THAT HAS BEEN DISCOVERED TRAPPED IN HYDRATE DEPOSITS IN THE OCEANIC BOTTOMS AND PERMAFROST, MEANING AN ENERGETIC SOURCE WHOSE EXPLOITATION IS AN UNDEVELOPED STRATEGIC OBJECTIVE. HOWEVER, HYDRATES ARE INVOLVED IN MANY OTHER APPLICATIONS, AND ONE OF THE MOST IMPORTANT IS THEIR USE IN CO2 CAPTURE AND STORAGE. IT IS WELL KNOWN THAT THE SELECTIVITY OF HYDRATES IS DIFFERENT FOR DIFFERENT GASES, AND EXPERIMENTAL STUDIES HAVE SHOWN THAT THE USE OF ADDITIVES OR SOME ORGANIC CLATRATES CAN BE USEFUL FOR THE SEPARATION OF CO2 FROM INDUSTRIAL EFFLUENT GASES, FOR EXAMPLE. OTHER WORKS HAVE POINTED TO THE POSSIBILITY OF REPLACING CH4 WITH CO2 IN NATURAL HYDRATE DEPOSITS, OBTAINING A DOUBLE BENEFIT WITH AN OPTIMAL ENVIRONMENTAL BALANCE. HOWEVER, THE DEVELOPMENT OF THESE PROCESSES REQUIRES A THOROUGH KNOWLEDGE OF HYDRATES, INCLUDING PHASE BALANCE, TERMOPHSICAS AND TRANSPORT PROPERTIES, AND NUCLEATION AND DISSOCIATION DYNAMICS. CURRENTLY, THE EXISTING MOLECULAR THEORIES ONLY MANAGE TO DESCRIBE THE SIMPLEST HYDRATES, BEING NECESSARY CONTRIBUTIONS TO UNDERSTAND IN DETAIL THEIR PHYSICAL-CHEMICAL BEHAVIOR. THIS PROJECT PROPOSES, IN THIS LINE, A DETAILED THEORETICAL STUDY ON HYDRATES, FOCUSING ON SYSTEMS WITH POTENTIAL APPLICATION TO CO2 CAPTURE AND STORAGE. THIS INCLUDES: I) MIXED HYDRATES OF CH4 AND CO2, A SYSTEM VERY LITTLE STUDIED TO DATE, II) EFFECT OF ADDITIVES TERMODINAMICOS OF THE FAMILY OF CYCLIC ETHERS, III) ORGANIC CLATRATES OF OTHER MOLECULES SUCH AS HYDROQUINONE, WITH GREAT SELECTIVITY ON CO2. THE PROPOSED STRATEGY COMBINES THREE THEORETICAL APPROACHES, REPRESENTING DIFFERENT LEVELS OF CALCULATION FROM MACROSCOPICA THERMODYNAMICS TO ATOMIC QUANTUM CALCULATIONS, AND CONSTITUTE THE MOST ADVANCED EXISTING TOOLS APPLIED TO THE FIELD OF HYDRATES. THE FIRST STEP IS MOLECULAR STATE EQUATIONS, USING THE SAFT MODEL AS A REFERENCE, COMBINED WITH VAN DER WAALS PLATTEEUW’S APPROXIMATION TO OBTAIN PHASE EQUILIBRIUM ESTIMATES. NEXT, MOLECULAR DYNAMICS CALCULATIONS WILL BE PERFORMED, IN ORDER TO EVALUATE THE DIFFERENT MOLECULAR MODELS PROPOSED FOR THE SPECIES INVOLVED, SEEKING A QUANTITATIVE DESCRIPTION OF PHASE EQUILIBRIUM, TERMOPHSICAS AND TRANSPORT PROPERTIES. FINALLY, QUANTIC AB INITIO CALCULATIONS WILL BE PERFORMED USING THE FUNCTIONAL DENSITY THEORY TO OBTAIN PRECISE INFORMATIONLN ON MICROSCOPIC DETAILS SUCH AS STRUCTURE, NATURE OF INTERMOLECULAR INTERACTIONS, DIFFUSION, AND RAMAN AND INFRARED SPECTRA. THE COMBINATION OF THESE TECHNIQUES PROVIDES, AS HAS BEEN SHOWN IN OUR PRELIMINARY STUDIES FOR SIMPLE HYDRATES, AN IMPROVED UNDERSTANDING OF THE PHYSICS OF THESE SYSTEMS, WHICH IS OFTEN NOT ACCESSIBLE EXPERIMENTALLY DUE TO THE SCALES OF DISTANCE AND TIME INVOLVED. COMPARING THE ESTIMATED PROPERTIES WITH THE LIMITED EXPERIMENTAL INFORMATION AVAILABLE WILL HELP TO REFINE THE THEORIES AND MODELS CITED, SEEKING QUANTITATIVE EFFICIENCY IN THE SYSTEMS INVOLVED IN CO2 CAPTURE AND STORAGE PROCESSES. (English)
12 October 2021
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LES CLATRATES HYDRATES ET GAZEUSES REPRÉSENTENT AUJOURD’HUI UN DOMAINE DE RECHERCHE TRÈS ACTIF POUR DE NOMBREUSES RAISONS. LA PLUS ÉVIDENTE EST L’ÉNORME QUANTITÉ DE GAZ NATUREL QUI A ÉTÉ DÉCOUVERTE PIÉGÉE DANS DES DÉPÔTS D’HYDRATES DANS LES FONDS OCÉANIQUES ET LE PERGÉLISOL, CE QUI SIGNIFIE UNE SOURCE ÉNERGÉTIQUE DONT L’EXPLOITATION EST UN OBJECTIF STRATÉGIQUE NON DÉVELOPPÉ. CEPENDANT, LES HYDRATES SONT IMPLIQUÉS DANS DE NOMBREUSES AUTRES APPLICATIONS, ET L’UNE DES PLUS IMPORTANTES EST LEUR UTILISATION DANS LE CAPTAGE ET LE STOCKAGE DU CO2. IL EST BIEN CONNU QUE LA SÉLECTIVITÉ DES HYDRATES EST DIFFÉRENTE POUR DIFFÉRENTS GAZ, ET DES ÉTUDES EXPÉRIMENTALES ONT MONTRÉ QUE L’UTILISATION D’ADDITIFS OU DE CERTAINS CLATRATES ORGANIQUES PEUT ÊTRE UTILE POUR SÉPARER LE CO2 DES GAZ D’EFFLUENT INDUSTRIELS, PAR EXEMPLE. D’AUTRES TRAVAUX ONT MIS EN ÉVIDENCE LA POSSIBILITÉ DE REMPLACER LE CH4 PAR DU CO2 DANS DES DÉPÔTS NATURELS D’HYDRATES, EN OBTENANT UN DOUBLE AVANTAGE AVEC UN ÉQUILIBRE ENVIRONNEMENTAL OPTIMAL. CEPENDANT, LE DÉVELOPPEMENT DE CES PROCESSUS NÉCESSITE UNE CONNAISSANCE APPROFONDIE DES HYDRATES, Y COMPRIS L’ÉQUILIBRE DES PHASES, LES TERMOPHSICAS ET LES PROPRIÉTÉS DE TRANSPORT, AINSI QUE LA DYNAMIQUE DE NUCLÉATION ET DE DISSOCIATION. ACTUELLEMENT, LES THÉORIES MOLÉCULAIRES EXISTANTES NE PARVIENNENT QU’À DÉCRIRE LES HYDRATES LES PLUS SIMPLES, ÉTANT DES CONTRIBUTIONS NÉCESSAIRES POUR COMPRENDRE EN DÉTAIL LEUR COMPORTEMENT PHYSICO-CHIMIQUE. CE PROJET PROPOSE, DANS CETTE LIGNE, UNE ÉTUDE THÉORIQUE DÉTAILLÉE SUR LES HYDRATES, AXÉE SUR LES SYSTÈMES SUSCEPTIBLES D’ÊTRE APPLIQUÉS AU CAPTAGE ET AU STOCKAGE DU CO2. IL S’AGIT NOTAMMENT: I) HYDRATES MIXTES DE CH4 ET DE CO2, UN SYSTÈME TRÈS PEU ÉTUDIÉ À CE JOUR, II) EFFET DES ADDITIFS TERMODINAMICOS DE LA FAMILLE DES ÉTHERS CYCLIQUES, III) CLATRATES ORGANIQUES D’AUTRES MOLÉCULES TELLES QUE L’HYDROQUINONE, AVEC UNE GRANDE SÉLECTIVITÉ SUR LE CO2. LA STRATÉGIE PROPOSÉE COMBINE TROIS APPROCHES THÉORIQUES, REPRÉSENTANT DIFFÉRENTS NIVEAUX DE CALCUL, ALLANT DE LA THERMODYNAMIQUE MACROSCOPICA AUX CALCULS QUANTIQUES ATOMIQUES, ET CONSTITUE LES OUTILS EXISTANTS LES PLUS AVANCÉS APPLIQUÉS AU DOMAINE DES HYDRATES. LA PREMIÈRE ÉTAPE EST DES ÉQUATIONS D’ÉTAT MOLÉCULAIRE, UTILISANT LE MODÈLE SAFT COMME RÉFÉRENCE, COMBINÉES AVEC L’APPROXIMATION DE VAN DER WAALS PLATTEEUW POUR OBTENIR DES ESTIMATIONS D’ÉQUILIBRE DE PHASE. ENSUITE, DES CALCULS DE DYNAMIQUE MOLÉCULAIRE SERONT EFFECTUÉS, AFIN D’ÉVALUER LES DIFFÉRENTS MODÈLES MOLÉCULAIRES PROPOSÉS POUR LES ESPÈCES CONCERNÉES, EN CHERCHANT UNE DESCRIPTION QUANTITATIVE DE L’ÉQUILIBRE DE PHASE, DU TERMOPHSICAS ET DES PROPRIÉTÉS DE TRANSPORT. ENFIN, LES CALCULS DE QUANTIC AB INITIO SERONT EFFECTUÉS À L’AIDE DE LA THÉORIE DE LA DENSITÉ FONCTIONNELLE POUR OBTENIR DES INFORMATIONLN PRÉCISES SUR DES DÉTAILS MICROSCOPIQUES TELS QUE LA STRUCTURE, LA NATURE DES INTERACTIONS INTERMOLÉCULAIRES, LA DIFFUSION, ET LES SPECTRES RAMAN ET INFRAROUGE. LA COMBINAISON DE CES TECHNIQUES FOURNIT, COMME NOUS L’AVONS MONTRÉ DANS NOS ÉTUDES PRÉLIMINAIRES SUR LES HYDRATES SIMPLES, UNE MEILLEURE COMPRÉHENSION DE LA PHYSIQUE DE CES SYSTÈMES, QUI N’EST SOUVENT PAS ACCESSIBLE EXPÉRIMENTALEMENT EN RAISON DES ÉCHELLES DE DISTANCE ET DE TEMPS IMPLIQUÉES. LA COMPARAISON DES PROPRIÉTÉS ESTIMÉES AVEC LES INFORMATIONS EXPÉRIMENTALES LIMITÉES DISPONIBLES AIDERA À AFFINER LES THÉORIES ET LES MODÈLES CITÉS, EN RECHERCHANT UNE EFFICACITÉ QUANTITATIVE DANS LES SYSTÈMES IMPLIQUÉS DANS LES PROCESSUS DE CAPTAGE ET DE STOCKAGE DU CO2. (French)
2 December 2021
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HYDRATE UND GAS CLATRATES STELLEN HEUTE AUS VIELEN GRÜNDEN EIN SEHR AKTIVES FORSCHUNGSGEBIET DAR. AM OFFENSICHTLICHSTEN IST DIE RIESIGE MENGE AN ERDGAS, DIE IN DEN FEUCHTEN ABLAGERUNGEN IN DEN MEERESBÖDEN UND PERMAFROST GEFANGEN WURDE, D. H. EINE ENERGETISCHE QUELLE, DEREN AUSBEUTUNG EIN UNERSCHLOSSENES STRATEGISCHES ZIEL IST. ALLERDINGS SIND HYDRATE IN VIELEN ANDEREN ANWENDUNGEN BETEILIGT, UND EINER DER WICHTIGSTEN IST IHR EINSATZ IN DER CO2-ABSCHEIDUNG UND -SPEICHERUNG. ES IST BEKANNT, DASS DIE SELEKTIVITÄT VON HYDRATEN FÜR VERSCHIEDENE GASE UNTERSCHIEDLICH IST, UND EXPERIMENTELLE STUDIEN HABEN GEZEIGT, DASS DIE VERWENDUNG VON ADDITIVEN ODER EINIGEN ORGANISCHEN CLATRATES FÜR DIE TRENNUNG VON CO2 VON INDUSTRIELLEN ABLEITUNGSGASEN NÜTZLICH SEIN KANN. ANDERE ARBEITEN HABEN AUF DIE MÖGLICHKEIT HINGEWIESEN, CH4 DURCH CO2 IN NATÜRLICHEN FEUCHTIGKEITSVORKOMMEN ZU ERSETZEN UND EINEN DOPPELTEN NUTZEN MIT EINER OPTIMALEN UMWELTBILANZ ZU ERZIELEN. DIE ENTWICKLUNG DIESER PROZESSE ERFORDERT JEDOCH EINE GRÜNDLICHE KENNTNIS DER HYDRATEN, EINSCHLIESSLICH PHASENBILANZ, TERMOPHSICAS- UND TRANSPORTEIGENSCHAFTEN SOWIE NUKLEIERUNGS- UND DISSOZIATIONSDYNAMIK. DERZEIT GELINGT ES DEN BESTEHENDEN MOLEKULAREN THEORIEN NUR, DIE EINFACHSTEN HYDRATE ZU BESCHREIBEN, DA SIE NOTWENDIGE BEITRÄGE SIND, UM IHR PHYSIKALISCH-CHEMISCHES VERHALTEN IM DETAIL ZU VERSTEHEN. DIESES PROJEKT SCHLÄGT IN DIESER LINIE EINE DETAILLIERTE THEORETISCHE STUDIE ZU HYDRATEN VOR, DIE SICH AUF SYSTEME MIT POTENZIELLER ANWENDUNG AUF CO2-ABSCHEIDUNG UND -SPEICHERUNG KONZENTRIERT. DAZU GEHÖREN: I) MISCHHYDRATE VON CH4 UND CO2, EIN BISHER SEHR WENIG UNTERSUCHTES SYSTEM, II) WIRKUNG VON ZUSATZSTOFFEN TERMODINAMICOS DER FAMILIE DER ZYKLISCHEN ETHER, III) ORGANISCHE KLATRATES ANDERER MOLEKÜLE WIE HYDROCHINON, MIT GROSSER SELEKTIVITÄT AUF CO2. DIE VORGESCHLAGENE STRATEGIE KOMBINIERT DREI THEORETISCHE ANSÄTZE, DIE UNTERSCHIEDLICHE BERECHNUNGSEBENEN VON DER THERMODYNAMIK MACROSCOPICA BIS HIN ZU ATOMQUANTENBERECHNUNGEN DARSTELLEN, UND STELLEN DIE FORTSCHRITTLICHSTEN VORHANDENEN INSTRUMENTE DAR, DIE AUF DEN BEREICH DER HYDRATEN ANGEWANDT WERDEN. DER ERSTE SCHRITT SIND MOLEKULARE ZUSTANDSGLEICHUNGEN, DIE DAS SAFT-MODELL ALS REFERENZ VERWENDEN, KOMBINIERT MIT DER NÄHERUNG VON VAN DER WAALS PLATTEEUW, UM PHASENGLEICHGEWICHTSSCHÄTZUNGEN ZU ERHALTEN. ALS NÄCHSTES WERDEN MOLEKULARE DYNAMIKBERECHNUNGEN DURCHGEFÜHRT, UM DIE VERSCHIEDENEN MOLEKULAREN MODELLE, DIE FÜR DIE BETEILIGTEN ARTEN VORGESCHLAGEN WERDEN, ZU BEWERTEN UND EINE QUANTITATIVE BESCHREIBUNG DES PHASENGLEICHGEWICHTS, DER TERMOPHSICAS- UND DER TRANSPORTEIGENSCHAFTEN ZU SUCHEN. SCHLIESSLICH WERDEN QUANTIC AB INITIO BERECHNUNGEN MIT HILFE DER FUNKTIONSDICHTE THEORIE DURCHGEFÜHRT, UM GENAUE INFORMATIONLN AUF MIKROSKOPISCHE DETAILS WIE STRUKTUR, ART DER INTERMOLEKULAREN WECHSELWIRKUNGEN, DIFFUSION, RAMAN UND INFRAROT-SPEKTREN ZU ERHALTEN. DIE KOMBINATION DIESER TECHNIKEN BIETET, WIE IN UNSEREN VORSTUDIEN FÜR EINFACHE HYDRATE GEZEIGT WURDE, EIN BESSERES VERSTÄNDNIS DER PHYSIK DIESER SYSTEME, DIE OFT NICHT EXPERIMENTELL AUFGRUND DER SKALEN VON ENTFERNUNG UND ZEIT ZUGÄNGLICH IST. DER VERGLEICH DER GESCHÄTZTEN EIGENSCHAFTEN MIT DEN BEGRENZTEN VERFÜGBAREN EXPERIMENTELLEN INFORMATIONEN WIRD DAZU BEITRAGEN, DIE GENANNTEN THEORIEN UND MODELLE ZU VERFEINERN UND QUANTITATIVE EFFIZIENZ IN DEN SYSTEMEN DER CO2-ABSCHEIDUNG UND -SPEICHERUNG ZU ERREICHEN. (German)
9 December 2021
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Vigo
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Identifiers
FIS2015-68910-P
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