PROCESSES POWER-TO-X FOR CO2 VALORISATION IN STRUCTURED CATALITIC REACTORS (Q3201484): Difference between revisions
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PROCESSES POWER-TO-X FOR CO2 VALORISATION IN STRUCTURED CATALITIC REACTORS | |||
Revision as of 07:39, 12 October 2021
Project Q3201484 in Spain
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | PROCESSES POWER-TO-X FOR CO2 VALORISATION IN STRUCTURED CATALITIC REACTORS |
Project Q3201484 in Spain |
Statements
121,000.0 Euro
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242,000.0 Euro
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50.0 percent
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1 January 2019
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31 December 2021
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UNIVERSIDAD PUBLICA DE NAVARRA
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42°49'6.42"N, 1°38'39.34"W
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31201
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LA TECNOLOGIA ¿POWER-TO-X (PTX)¿ TIENE COMO OBJETIVO EL ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (PREFERENTEMENTE RENOVABLE) EN PRODUCTOS QUIMICOS. DICHOS PRODUCTOS PUEDEN USARSE LUEGO COMO COMBUSTIBLES O COMO MOLECULAS PLATAFORMA PARA OTRAS SINTESIS QUIMICAS. POR TANTO, ESTA TECNOLOGIA JUEGA UN PAPEL FUNDAMENTAL INCREMENTANDO LA FRACCION RENOVABLE DEL MIX ENERGETICO EN LINEA CON LOS OBJETIVOS DE LA UE PARA LA REDUCCION DE EMISIONES DE GASES CON EFECTO INVERNADERO. LA PRODUCCION DE H2 POR ELECTROLISIS DE AGUA PARA PTX ES UNA TECNOLOGIA MADURA DISPONIBLE COMERCIALMENTE QUE PUEDE SER USADA DURANTE LOS PERIODOS VALLE DE CONSUMO DE ENERGIA RENOVABLES._x000D_ POR OTRO LADO, EL CO2 ES UNA FUENTE DE CARBONO DESAPROVECHADA POR LO QUE EL USO COMBINADO DE H2 RENOVABLE Y CO2 AÑADE UN IMPORTANTE PLUS AL PROCESO PTX YA QUE EL CO2 ASOCIADO A LAS EMISIONES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO ES REINTEGRADO CONTRIBUYENDO A LA ECONOMIA CIRCULAR Y LA DESCARBONIZACION. ESTA ES LA IDEA CENTRAL QUE GUIA LA PRESENTE PROPUESTA. EN PARTICULAR, SE TRATA DE LLEVAR A CABO LAS SIGUIENTES REACCIONES: HIDROGENACION DE CO2 A METANO (TAMBIEN LLAMADA METANACION DE CO2 O REACCION DE SABATIER), LA REACCION REVERSA ¿WATER-GAS-SHIFT¿ (ACTIVACION DEL CO2 Y AJUSTE DE LA RELACION H2/CO), SINTESIS DE BIOCOMBUSTIBLES (DIMETIL ETER Y SFT) Y PRODUCCION DE ACIDO ACETICO. ESTAS REACCIONES OFRECEN NOTABLES RETOS QUIMICO-INGENIERILES EN ASPECTOS COMO: I) DESARROLLO DE CATALIZADORES MULTIFUNCIONALES ADECUADOS; II) GESTION TERMICA DE REACCIONES FUERTEMENTE EXOTERMICAS; III) CONTROL DE LA SELECTIVIDAD EN REACCIONES MULTIPLES EN SERIE POR ACCION CONJUNTA DE LA TEMPERATURA, EL TIEMPO DE RESIDENCIA, LA FORMULACION DEL CATALIZADOR Y EL DISEÑO DEL REACTOR. EL CONOCIMIENTO ADQUIRIDO POR EL CONSORCIO EN LOS PROYECTOS PREVIOS (MAT2006-12386, ENE2009-14522, ENE2012-37431 Y ENE2015-66975) NOS PERMITE PROPONER DE UNA MANERA SOLIDA Y FUNDAMENTADA EL USO DE CATALIZADORES Y REACTORES ESTRUCTURADOS PARA SUPERAR ESTOS RETOS._x000D_ POR TANTO, EL OBJETIVO FUNDAMENTAL DE ESTA PROPUESTA ES EL ESTUDIO DE SISTEMAS CATALITICOS ESTRUCTURADOS PARA REACCIONES RELEVANTES DEL PROCESO ¿POWER-TO-X¿ CON CO2 (CO2-PTX)._x000D_ POR OTRO LADO, ESPERAMOS QUE LA INTENSIFICACION QUE APORTAN LOS SISTEMAS ESTRUCTURADOS SOBRE METALES Y LOS PATRONES DE FLUJO DESARROLLADOS EN SISTEMAS COMO ESPUMAS DE PORO ABIERTO JUEGUEN PAPELES DETERMINANTES EN EL CONTROL DE LA TEMPERATURA Y LA SELECTIVIDAD DE LA REACCION. EN ESTE SENTIDO SE ESTUDIARAN DIFERENTES ARQUITECTURAS DE SUSTRATO JUNTO A LAS VARIABLES PRINCIPALES COMO LA DENSIDAD DE CELDA O PORO, EL ESPESOR DE PELICULA CATALITICA O LA ALEACION METALICA DEL SUSTRATO._x000D_ FINALMENTE, PARA APROXIMARNOS A LA APLICACION INDUSTRIAL DE ESTOS SISTEMAS CO2-PTX SE CONSIDERARA LA VALORIZACION DE CO2 PRESENTE EN CORRIENTES DILUIDAS COMO LOS GASES DE COMBUSTION. ESTO SUPONE NUEVOS RETOS DEBIDO A LA BAJA CONCENTRACION DE CO2, ALTOS CAUDALES VOLUMETRICOS Y EFECTOS NEGATIVOS DE OTROS COMPONENTES (H2O, SOX, ETC.) EN LA ACTIVIDAD Y ESTABILIDAD DE LOS CATALIZADORES. SE INVESTIGARAN NUEVAS FORMULACIONES DE CATALIZADORES JUNTO CON ESTRATEGIAS AVANZADAS DE ADSORCION-DESORCION-REACCION DE CO2 SOBRE LOS SUSTRATOS ESTRUCTURADOS ESTUDIADOS._x000D_ GLOBALMENTE, EL PROYECTO SE ESTRUCTURARA EN FORMA MATRICIAL CON TAREAS TRANSVERSALES DE CADA GRUPO BASADAS EN SUS LINEAS DE ESPECIALIZACION (MODELADO, ESTRUCTURACION Y CARACTERIZACION AVANZADA) JUNTO A REACCIONES CONCRETAS DE CADA LABORATORIO QUE CONFORMARAN LAS TAREAS LONGITUDINALES DEL PROYECTO. (Spanish)
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THE MAIN IDEA UNDERLYING THE TERM "POWER-TO-X" IS THE STORAGE OF ENERGY (PREFERABLY RENEWABLE) IN THE FORM OF CHEMICAL PRODUCTS. THEREAFTER, THESE PRODUCTS MAY BE EMPLOYED IN ENERGY-RELATED APPLICATIONS OR AS PLATFORM CHEMICALS. AS A RESULT, THE POWER-TO-X (PTX) PROCESSES PLAY A KEY ROLE IN INCREASING THE PENETRATION RATE OF RENEWABLES IN THE ENERGY MIX IN LINE WITH EUROPEAN UNION¿S LONG-TERM OBJECTIVE OF REDUCING GREENHOUSE GAS (GHG) EMISSIONS BY 80-95 % BY 2050 WHEN COMPARED TO 1990 LEVELS. PRODUCTION OF HYDROGEN BY WATER ELECTROLYSIS IS A MATURE AND COMMERCIALLY AVAILABLE TECHNOLOGY THAT CAN BE USED DURING PERIODS OF LOW DEMAND FOR RENEWABLE ENERGY._x000D_ ON THE OTHER HAND, CO2 IS AN ABUNDANT CARBON SOURCE WITHIN THE EU THAT IS BEING CURRENTLY WASTED SO THE COMBINED USE OF RENEWABLE HYDROGEN AND CO2 RESULTS IN REMARKABLE ADDITIONAL BENEFITS IN THE PTX CONCEPT SINCE CO2 ASSOCIATED TO GHG EMISSIONS IS REINTEGRATED IN THE VALUE CHAIN CONTRIBUTING TO CIRCULAR ECONOMY AND DECARBONIZATION. THIS MAIN IDEA DRIVES THE CO2-PTX PROJECT. SPECIFICALLY, OUR PROPOSAL AIMS TO CARRY OUT THE FOLLOWING REACTIONS IN STRUCTURED CATALYTIC REACTORS: CO2 HYDROGENATION TO METHANE (ALSO CALLED METHANATION OR SABATIER REACTION), THE REVERSE WATER-GAS SHIFT REACTION (CO2 ACTIVATION AND ADJUSTMENT OF THE H2/CO RATIO) AND THE DIRECT SYNTHESIS OF BIOFUELS (DIMETHYL ETHER AND FTS FUELS) AND ACETIC ACID. THIS SET OF REACTIONS PROVIDES REMARKABLE CHALLENGES IN KEY CATALYTIC ENGINEERING ASPECTS SUCH AS: I) DEVELOPMENT OF SUITABLE MULTIFUNCTIONAL STRUCTURED CATALYSTS; II) MANAGEMENT OF THE THERMAL EFFECT OF HIGHLY EXOTHERMIC REACTIONS; III) CONTROL OF THE SELECTIVITY OF MULTIPLE REACTIONS IN SERIES THROUGH THE JOINT ACTION OF THE REACTION TEMPERATURE, THE RESIDENCE TIME AND SUITABLE CATALYST FORMULATION AND REACTOR CONFIGURATION. THE KNOW-HOW ACQUIRED BY THE CONSORTIUM DURING PREVIOUS PROJECTS (MAT2006-12386, ENE2009-14522, ENE2012-37431 AND ENE2015-66975) ALLOWS US TO PROPOSE THE USE OF STRUCTURED CATALYSTS AND REACTORS AS A VERY CONVENIENT WAY OF ADDRESSING THAT CHALLENGES. HEAT AND MASS TRANSFER RATES INTENSIFICATION PROVIDED BY METALLIC SUBSTRATES-BASED STRUCTURED SYSTEMS AS WELL AS THE FLOW PATTERNS CHARACTERISTIC OF OPEN-CELL FOAMS ARE EXPECTED TO PLAY A DETERMINANT ROLE IN TEMPERATURE AND SELECTIVITY CONTROL. IN THIS REGARD, SEVERAL CATALYTIC-WALL REACTOR CONFIGURATIONS AS PARALLEL-CHANNELS MONOLITHS AND OPEN-CELL FOAMS WILL BE CONSIDERED, AS WELL AS OTHER CHARACTERISTICS THAT DIRECTLY AFFECT THE TRANSPORT PROPERTIES OF THE STRUCTURED SYSTEMS (MONOLITH CELL DENSITY, PORE DENSITY OF FOAMS, METAL ALLOY USED AS SUBSTRATE AND CATALYST LAYER THICKNESS)._x000D_ TO BE CLOSED TO PRACTICAL APPLICATIONS IT WILL BE ALSO CONSIDERED WITHIN THE CO2-PTX PROJECT THE VALORIZATION OF CO2 PRESENT IN DILUTE STREAMS, TYPICALLY FLUE GASES. THIS ENTAILS ADDITIONAL CHALLENGES ARISING FROM THE LOW CONCENTRATION OF CO2, HIGH VOLUMETRIC FLOW RATES AND NEGATIVE EFFECTS OF OTHER COMPONENTS (H2O, SOX, ETC.) ON THE CATALYTIC ACTIVITY AND STABILITY. IMPROVED CATALYST FORMULATIONS AS WELL AS SORPTION-ENHANCED CO2 CONVERSION STRATEGIES IN STRUCTURED REACTORS WILL BE INVESTIGATED._x000D_ OVERALL, THE PROJECT IS ORGANIZED AS A SERIES OF TRANSVERSAL TASKS FOR WHICH EACH GROUP CONTRIBUTES WITH ITS MAIN FIELD OF SPECIALIZATION AND VERTICAL TASKS ASSOCIATED TO A MORE INTENSE DEDICATION OF EACH GROUP TO ONE OR MORE OF THE PROCESSES INVESTIGATED. (English)
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Pamplona/Iruña
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Identifiers
RTI2018-096294-B-C31
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