PROCESSES POWER-TO-X FOR CO2 VALORISATION IN STRUCTURED CATALITIC REACTORS (Q3201484)

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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LA TECHNOLOGIE POWER-TO-X (PTX) VISE À STOCKER DE L’ÉNERGIE (DE PRÉFÉRENCE RENOUVELABLE) DANS LES PRODUITS CHIMIQUES. CES PRODUITS PEUVENT ENSUITE ÊTRE UTILISÉS COMME COMBUSTIBLES OU COMME MOLÉCULES PLATES-FORMES POUR D’AUTRES SYNTHÈSES CHIMIQUES. CETTE TECHNOLOGIE JOUE DONC UN RÔLE ESSENTIEL DANS L’AUGMENTATION DE LA FRACTION RENOUVELABLE DU BOUQUET ÉNERGÉTIQUE, CONFORMÉMENT AUX OBJECTIFS DE L’UE EN MATIÈRE DE RÉDUCTION DES ÉMISSIONS DE GAZ À EFFET DE SERRE. Le H2 PRODUCTION FOR WATER electrolisis FOR PTX est une TECHNOLOGIE MADURA disponible dans le commerce qui peut être utilisée pendant les périodes de CONSUMPTION DE L’ÉNERGIE Rénovable._x000D_ BY AUTHER LAW, le CO2 est une source inutilisée de carbine en raison du fait que l’utilisation de H2 et CO2 renouvelables ANS A IMPORTANT PLUS au processus PTX et que le CO2 adapté aux EMISSIONS INVESTES est réintégré CONTRIBUTÉ À L’ÉCONOMIE ET À LA DISCOBISATION CIRCULAIRE. C’EST L’IDÉE CENTRALE QUI GUIDE CETTE PROPOSITION. EN PARTICULIER, IL S’AGIT D’EFFECTUER LES RÉACTIONS SUIVANTES: HYDROGÉNATION DU CO2 EN MÉTHANE (ÉGALEMENT APPELÉ METANACION CO2 OU RÉACTION SABATIER), RÉACTION INVERSE EAU-GAZ-SHIFT (ACTIVATION DU CO2 ET AJUSTEMENT DE LA RELATION H2/CO), SYNTHÈSE DES BIOCARBURANTS (ÉTHER DIMÉTHYLIQUE ET SFT) ET PRODUCTION D’ACIDE ACÉTIQUE. CES RÉACTIONS POSENT DES DÉFIS REMARQUABLES EN MATIÈRE D’INGÉNIERIE CHIMIQUE DANS DES DOMAINES TELS QUE: MISE AU POINT DE CATALYSEURS MULTIFONCTIONNELS APPROPRIÉS; GESTION THERMIQUE DES RÉACTIONS FORTEMENT EXOTHERMIQUES; CONTRÔLE DE LA SÉLECTIVITÉ DANS LES RÉACTIONS EN SÉRIE MULTIPLES PAR ACTION CONJOINTE DE LA TEMPÉRATURE, DU TEMPS DE RÉSIDENCE, DE LA FORMULATION DU CATALYSEUR ET DE LA CONCEPTION DU RÉACTEUR. La CONNAISSANCE PAR LE CONSORRCIO DANS LES PROJETS PRÉVUES (MAT2006-12386, ENE2009-14522, ENE2012-37431 et janv. 2015-66975) nous permettra de proposer un moyen d’utiliser des catalisateurs ET REACTEURS STRUCTURENÉS POUR SUPER THESE RETOS._x000D_ PAR TANT, L’OBJECTIVE FONDAMENTALE DE LA PROPOSITION EST L’ÉTUDE DES SYSTÈMES Catalitiques STRUCTURED POUR LES REACTIONS DE PROCÉDURE RELEVANTES POWER-TO-XCONCO2 (CO2-PTX)._x000D_ PAR AUTRES, nous attendons avec impatience l’intensification des systèmes stérucés sur les métaux et les patronages développés dans des systèmes comme les zones poro ouvertes déterminant dans le contrôle de la météo et la sélectivité de la relation. Différentes ARCHITECTURES DE SUSTRATIVE DANS LES VARIABLES PRINCIPLES Comme la DENSITÉ DE CELDA ou PORO, L’ESPRÈS DE LA PELICULA Catalitique OU L’ALÉATION MÉTALIQUE DE SUSTRAT._x000D_ FINALENT, afin de s’approcher de l’APPLICATION INDUSTRIELLE de ces systèmes CO2-PTX, CO2VALORISATION sera actuellement considéré dans les courriers dilués comme des GASES de combustion. CELA POSE DE NOUVEAUX DÉFIS EN RAISON DE LA FAIBLE CONCENTRATION DE CO2, DES DÉBITS DE VOLUME ÉLEVÉS ET DES EFFETS NÉGATIFS D’AUTRES COMPOSANTS (H2O, SOX, ETC.) SUR L’ACTIVITÉ ET LA STABILITÉ DES CATALYSEURS. Nouvelles FORMULATIONS DE CATALISATION JUNE AVEC LES STRATÉGIES ADVANCEÉES D’ADSorption-DEORCTION-REACTION DU CO2 SUR LES SUSTRATES STRUCTURELES._x000D_ GLOBALMENT, le PROJET sera structuré en FORMATION Matricielle AVEC LES TAGS TRANSVERSAUX de tous les GROUPES DANS LES LIGNES DE SPÉCIALISATION (MODELATED, structuration ET CHARACTERISATION ADVANCED) POUR CONCERTR LES REACTIONS DE LABORATOIRE qui formeront les tareas lONGITUDINAL DU PROJET. (French)

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5 December 2021

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DIE POWER-TO-X (PTX) TECHNOLOGIE ZIELT DARAUF AB, ENERGIE (VORZUGSWEISE ERNEUERBARE) IN CHEMIKALIEN ZU SPEICHERN. SOLCHE PRODUKTE KÖNNEN DANN ALS BRENNSTOFFE ODER ALS PLATTFORMMOLEKÜLE FÜR ANDERE CHEMISCHE SYNTHESEN VERWENDET WERDEN. DIESE TECHNOLOGIE SPIELT DAHER EINE SCHLÜSSELROLLE BEI DER ERHÖHUNG DES ANTEILS ERNEUERBARER ENERGIEN AM ENERGIEMIX IM EINKLANG MIT DEN ZIELEN DER EU ZUR VERRINGERUNG DER TREIBHAUSGASEMISSIONEN. Die H2 PRODUCTION FOR WATER Elektrolisis FOR PTX ist eine handelsübliche MADURA-TECHNOLOGIE, die während der Renovablen ENERGY CONSUMPTION Perioden verwendet werden kann._x000D_ BY OTHER LAW, CO2 ist eine ungenutzte Carbinequelle, da der Einsatz von nachwachsenden H2 und CO2 JAHR ein IMPORTANT PLUS zum PTX-Prozess ist und das CO2 in die INVEST EMISSIONEN aufgenommen wird. DIES IST DIE ZENTRALE IDEE, DIE DIESEN VORSCHLAG LEITET. INSBESONDERE GEHT ES UM DIE DURCHFÜHRUNG FOLGENDER REAKTIONEN: HYDRIERUNG VON CO2 ZU METHAN (AUCH METANACION CO2 ODER SABATIER-REAKTION GENANNT), DIE UMKEHRREAKTION WASSER-GASVERSCHIEBUNG (CO2-AKTIVIERUNG UND ANPASSUNG DER H2/CO-BEZIEHUNG), BIOKRAFTSTOFFSYNTHESE (DIMETHYLETHER UND SFT) UND ESSIGSÄUREPRODUKTION. DIESE REAKTIONEN STELLEN BEMERKENSWERTE HERAUSFORDERUNGEN IM BEREICH DER CHEMISCHEN TECHNIK DAR, WIE Z. B.: ENTWICKLUNG GEEIGNETER MULTIFUNKTIONALER KATALYSATOREN; THERMISCHES MANAGEMENT STARK EXOTHERMEN REAKTIONEN; KONTROLLE DER SELEKTIVITÄT IN MEHREREN SERIENREAKTIONEN DURCH GEMEINSAMES EINWIRKEN VON TEMPERATUR, VERWEILZEIT, KATALYSATORFORMULIERUNG UND REAKTORDESIGN. Die KNOWING BY THE CONSORRCIO IN PREVIOUS PROJECTS (MAT2006-12386, ENE2009-14522, ENE2012-37431 und Jan 2015-66975) wird es uns ermöglichen, eine einsame und finanzierte Art und Weise der Verwendung von Katalysatoren und REACTOREN STRUCTURED vorzuschlagen, um diese RETOS zu unterstützen._x000D_ BY TANT, das FUNDAMENTAL OBJECTIVE OF THIS PROPOSAL IST DIE STUDIE DER katalanischen SYSTEME STRUCTURED FÜR RELEVANT PROCEDURE REACTIONEN POWER-TO-XCONCO2 (CO2-PTX)._x000D_ BY OTHER EVERYTHING freuen wir uns auf die Verschärfung, die von den steruzierten Systemen auf Metallen und Schirmherrschaften durchgeführt wird, die in Systemen wie offene Porobereiche, die bei der Kontrolle des Wetters und der Selektivität der Beziehung bestimmt sind, entwickelt werden. Verschiedene ARCHITECTUREN DER SUSTRATIVE Junt to THE PRINCIPLE VARIABLES as the DENSITY of Celda or PORO, THE Catalitic PELICULA SPESOR OR THE METALICALAL ALEATION OF SUSTRAT._x000D_ FINALENT, um sich der INDUSTRIAL APPLICATION dieser CO2-PTX-Systeme zu nähern, wird CO2VALORISATION derzeit in verdünnten Mails als Combustion GASES betrachtet. DIES STELLT NEUE HERAUSFORDERUNGEN AUFGRUND DER GERINGEN CO2-KONZENTRATION, DER HOHEN VOLUMENSTRÖME UND DER NEGATIVEN AUSWIRKUNGEN ANDERER KOMPONENTEN (H2O, SOX USW.) AUF DIE AKTIVITÄT UND STABILITÄT VON KATALYSATOREN DAR. Neue Formulierungen von Katasizer JUNE MIT ADVANCED STRATEGIES OF CO2 adsorption-DEORCTION-REACTION ON STRUCTURED SUSTRATES._x000D_ GLOBALMENT, Das PROJECT wird in matricial FORMATION mit TRANSVERSALSALEN TAGS der JEDEN GRUPPE EINER GRUPPE IN SONDERE LINES DER SPEZIALISATION (MODELATED, Strukturierung und CHARACTERISATION ANWENDUNG) ZUR KONZERTEN REACTIONEN EACH LABORATORY, die die LONGITUDINAL Tareas des PROJEKT bilden. (German)

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9 December 2021

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Pamplona/Iruña

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RTI2018-096294-B-C31

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