Αντικείμενο του έργου είναι η μελέτη της ηλεκτροχημικής ενίσχυσης της υδρογόνωσης του CO2 σε ημιπιλοτική κλίμακα και η απόκτηση της απαιτούμενης τεχνογνωσίας για την ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου συστήματος επεξεργασίας καυσαερίων από μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Το πλάνο εργασιών του έργου είναι δομημένο σε οκτώ Ενότητες Εργασιών οι οποίες παρουσιάζονται στo παραπάνω σχήμα και αναλύονται παρακάτω. Για κάθε ενότητα αναγράφεται ο συντονιστής της καθώς και η διάρκειά της.

 

Ενότητα Εργασίας 1 (ΕΕ1)

Ηλεκτροχημική Ενίσχυση καταλυτικών υμενίων με βάση το Ru σε μονολιθικούς ηλεκτροενισχυόμενους αντιδραστήρες.

Βασιζόμενοι στα αποτελέσματα του προηγούμενου έργου ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ [5-9] και στα πρόσφατα ερευνητικά αποτελέσματα [5-9] του ΕΧΔΗ τα οποία απέδειξαν ότι η ηλεκτροχημική ενίσχυση της υδρογόνωσης του CO2 είναι εφικτή θα μελετηθεί η ηλεκτροχημική ενίσχυση της αντίδρασης σε μονολιθικούς ηλεκτροενισχυόμενους αντιδραστήρες (Monolithic Electrochemically Promoted Reactors, MEPRs) ημιπιλοτικής κλίμακας [10-12]. Η χρήση αντιδραστήρων ημιπιλοτικής κλίμακας αποτελεί μια κλιμάκωση μεγέθους η οποία είναι πλέον εφικτή με βάση τα προηγούμενα αποτελέσματα του ΕΧΔΗ που πραγματοποιήθηκαν σε εργαστηριακούς αντιδραστήρες [5-9]. Οι καταλύτες που θα χρησιμοποιηθούν θα είναι πορώδη υμένια Ru και πορώδη διμεταλικά υμένια Ru-Co, Ru-Ni, Ru-Cu και Ru-Fe. Για τον σκοπό αυτό, θα χρησιμοποιηθούν στερεοί ηλεκτρολύτες αγωγοί ιόντων οξυγόνου (ηλεκτραρνητικός ενισχυτής), υδρογόνου και αλκαλίων (ηλεκτροθετικοί ενισχυτές). Η μονάδα πρόκειται να λειτουργεί σε θερμοκρασιακό εύρος 200-400oC και με ροή τροφοδοσίας έως και 5 L/min. Στόχος είναι η άντληση των απαραίτητων πληροφοριών για την ανάπτυξη στηριγμένων καταλυτών σχετικών με το είδος και την ποσότητα του βέλτιστου ηλεκτροενισχυτή καθώς και με το είδος του βέλτιστου φορέα.

Παραδοτέα της ΕΕ1:

Π.1.1 Μονολιθικός ηλεκτροενισχυόμενος αντιδραστήρας για την υδρογόνωση του CO2.
Π.1.2 Έκθεση πειραματικών αποτελεσμάτων ηλεκτροχημικής ενίσχυσης της υδρογόνωσης του CO2 σε καταλυτικά υμένια με βάση το Ru εναποτεθειμένα σε στερεούς ηλεκτρολύτες.

 

Ενότητα Εργασίας 2 (ΕΕ2)

Ηλεκτροχημική Ενίσχυση στηριγμένων καταλυτών με βάση το Ru σε εργαστηριακούς αντιδραστήρες μονής πελλέτας.

Προκαταρκτικά πειράματα του ΕΧΔΗ με χρήση στηριγμένων διεσπαρμένων καταλυτών Ru και διμεταλλικών καταλυτών Ru-Co (υπό μορφή σκόνης) σε αντιδραστήρες στερεάς κλίνης έδειξαν ότι είναι εφικτή η υδρογόνωση του CO2 προς παραγωγή ανώτερων υδρογονανθράκων όπως πρoπάνιο, βουτάνιο και πεντάνιο. Στόχος της συγκεκριμένης ενότητας είναι η διερεύνηση της ηλεκτροχημικής ενίσχυσης των συγεκριμένων υποστηριγμένων καταλυτών, οι οποίοι θα πρέπει να εναποτεθούν στην επιφάνεια στερεών ηλεκτρολυτών. Θα χρησιμοποιηθούν οι ίδιοι στερεοί ηλεκτρολύτες με την ΕΕ1. Τα πειράματα θα λάβουν χώρα αρχικά σε αντιδραστήρες μονής πελλέτας, εργαστηριακής κλίμακας, δεδομένου ότι δεν υπάρχουν προηγούμενες εργαστηριακές μελέτες ή ακόμα και βιβλιογραφικά δεδομένα από άλλες ερευνητικές ομάδες σχετικές με πειράματα τέτοιας μορφής.

Παραδοτέα της ΕΕ2:

Π.2.1 Έκθεση πειραματικών αποτελεσμάτων ηλεκτροχημικής ενίσχυσης της υδρογόνωσης του CO2 σε στηριγμένους καταλυτες Ru και Ru-Co.

 

Ενότητα Εργασίας 3 (ΕΕ3)

Ανάπυξη στηριγμένων καταλυτών βελτιστοποιημένων ως προς τους χρησιμοποιούμενους προωθητές και φορείς χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα των ΕΕ1 και ΕΕ2.

Τα αποτελέσματα των ΕΕ1 και ΕΕ2 θα χρησιμοποιηθούν προκειμένου να βγουν συμπεράσματα για τον βέλτιστο φορέα υποστήριξης της μεταλλικής φάσης καθώς και τις βέλτιστες ποσότητες προωθητών που απαιτούνται για τις επιθυμητές εκλεκτικότητες των αντιδράσεων υδρογόνωσης. Η χρήση για παράδειγμα στερεών ηλεκτρολυτών αγωγών αλκαλίων (ιόντων Na ή K) σε πειράματα ηλεκτροχημικής ενίσχυσης στηριγμένων καταλυτών (ΕΕ2) θα παράσχει πληροφορίες για τη βέλτιστη φόρτιση της καταλυτικής επιφάνειας σε αλκάλια προκειμένου να επιτευχθεί μέγιστη εκλεκτικτότητα προς ένα επιθυμητό προϊόν (π.χ. μεθάνιο). Οι πληροφορίες αυτές θα χρησιμοποιηθούν προκειμένου να αναπτυχθούν νέοι βελτιστοποιημένοι στηριγμένοι καταλυτές (σε μορφή σκόνης ή πελλέτας) , όπου η προσθήκη του προωθητή θα γίνει με μια κλασική χημική μέθοδο (π.χ. μέσω υγρού εμποτισμού), προκειμένου να χρησιμοποιηθούν μετέπειτα σε ετερογενείς αντιδραστήρες στερεάς κλίνης (ΕΕ5).

Παραδοτέα της ΕΕ3:

Π.3.1 Στηριγμένοι καταλύτες βελτιστοποιημένοι ως προς τον φορέα και την περιεκτικότητα σε προωθητές.
Π.3.2 Ανακοίνωση σε ελληνικό ή διεθνές επιστημονικό συνέδριο.
Π.3.3 Δημοσίευση σε διεθνές επιστημονικό περιοδικό.

 

Ενότητα Εργασίας 4 (ΕΕ4)

Αξιολόγηση τεχνολογιών και ανάπτυξη βελτιστοποιημένης μονάδας δέσμευσης-αποδέσμευσης CO2 από καυσαέρια

Στα πλαίσια αυτής της ενότητας θα αναπτυχθεί μια μονάδα κατάλληλη για τη δέσμευση CO2 από καυσαέρια μονάδας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας της ΔΕΗ μετά από αξιολόγηση υφιστάμενων τεχνολογιών δέσμευσης-αποδέσμευσης CO2. Έμφαση θα δοθεί σε διαφορετικές εκδοχές τεχνολογιών χημικής δέσμευσης με χρήση διαλυτών οι οποίες είναι ώριμες και κατάλληλες για παροχές και συστάσεις καυσαερίων όπως της ΔΕΗ. Το ΕΑΝΟΣΥΣ διαθέτει ήδη μια πιλοτική μονάδα χημικής απορρόφησης/αναγέννησης για τη δέσμευση CO2 με χρήση διαλυτών, η οποία αναπτύχθηκε, στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού Προγράμματος FP7-CAPSOL-282789 στο οποίο ήταν εταίρος και η ΔΕΗ. Η μονάδα έχει χρησιμοποιηθεί για να γίνουν πειράματα με τον διαλύτη μονοαιθανολαμίνη (γνωστό ως ΜΕΑ). Αυτή την στιγμή υπάρχουν παγκοσμίως τουλάχιστον δυο γνωστές μονάδες χημικής δέσμευσης CO2, υψηλής δυναμικότητας ώστε να καλύπτουν ανάγκες δέσμευσης μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας [13-14]. Στα πλαίσια της ενότητας θα εξεταστούν και άλλοι εμπορικά διαθέσιμοι διαλύτες νέας γενιάς, με έμφαση σε διαλύτες χαμηλών θερμοκρασιών αναγέννησης, οι οποίοι επιτρέπουν σημαντικές μειώσεις στις ενεργειακές απαιτήσεις της θερμικής αναγέννησης [15]. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στην περίπτωση χρήσης υδατικών διαλυμάτων αμίνης η περιεκτικότητα των καυσαερίων σε υδρατμούς, η οποία στην περίπτωση των καυσαερίων από μονάδες της ΔΕΗ ανέρχεται περίπου στο 10%, δεν αποτελεί πρόβλημα. Για τα πειράματα της συγκεκριμένης ενότητας θα χρησιμοποιηθούν πραγματικά καυσαέρια σε φιάλες υψηλής πίεσης. Το ΕΑΝΟΣΥΣ (σε συνεργασία με τη ΔΕΗ και την ΚΑΠΑ Δυναμική) θα είναι υπεύθυνο για την προμήθεια και την προσαρμογή στις ανάγκες της διεργασίας της παραπάνω μονάδας. Η μονάδα θα μεταφερθεί στα εργαστήρια του ΚΔΕΠ/ΔΕΗ τόσο για τις ανάγκες του συστήματος εργαστηριακής κλίμακας (ΕΕ5) όσο και για τις ανάγκες του ημιπιλοτικού συστήματος (ΕΕ7).

Παραδοτέα της ΕΕ4:

Π.4.1 Καταγραφή και αξιολόγηση υφιστάμενων τεχνολογιών δέσμευσης CO2.
Π.4.2 Μονάδα δέσμευσης-αποδέσμευσης CO2 από ρεύμα καυσαερίων.

 

Ενότητα Εργασίας 5 (ΕΕ5)

Εγκατάσταση και λειτουργία πρότυπου συστήματος επεξεργασίας καυσαερίων εργαστηριακής κλίμακας

Κατά τη διάρκεια της ΕΕ5 η μονάδα δέσμευσης-αποδέσμευσης CO2 που θα έχει επιλεγεί και αναπτυχθεί λειτουργικά στην ΕΕ4 από το ΕΑΝΟΣΥΣ θα εγκατασταθεί στα εργαστήρια της ΔΕΗ (ΚΔΕΠ/ΔΕΗ) και θα συνδυαστεί με καταλυτικό αντιδραστήρα επίσης εργαστηριακής κλίμακας ο οποίος θα φέρει τον επιλεγέντα στην ΕΕ3 βελτιστοποιημένο στηριγμένο καταλύτη προκειμένου να μελετηθεί η λειτουργία του πρότυπου αυτού συστήματος σε συνθήκες υδρογόνωσης. Το παρεχόμενο υδρογόνο σε αυτήν τη φάση θα είναι από πρότυπες πιστοποιημένες φιάλες για τον καλύτερο έλεγχο των πειραματικών συνθηκών.

Παραδοτέα της ΕΕ5:

Π.5.1 Πρότυπο σύστημα υδρογόνωσης CO2 εργαστηριακής κλίμακας

 

Ενότητα Εργασίας 6 (ΕΕ6)

Αξιολόγηση τεχνολογιών και ανάπτυξη βελτιστοποιημένης μονάδας παραγωγής υδρογόνου

Στα πλαίσια της ΕΕ6 θα πραγματοποιηθεί αξιολόγηση των υφιστάμενων τεχνολογιών παραγωγής υδρογόνου (κυψέλες ηλεκτρόλυσης νερού, μονάδες αναμόρφωσης υδρογονανθράκων, αεριοποίηση άνθρακα κ.λ.π.) και θα προταθεί η καταλληλότερη με βάση κριτήρια όπως η ευελιξία και η προσαρμογή της στην πιλοτική μονάδα, το κόστος παραγωγής υδρογόνου, η υψηλή απόδοση, η παροχή όσο το δυνατό καθαρού ρεύματος υδρογόνου που δε θα δημιουργεί επιπλέον προβλήματα στην καταλυτική διεργασία, η δυνατότητα για σύνδεση με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και ιδιαίτερα για χρήση σχολάζουσας ενέργειας κ.λ.π. Υπεύθυνος εταίρος για την επιλογή, αγορά και προσαρμογή της μονάδας στις ανάγκες του ημιπιλοτικού συστήματος θα είναι το ΕΑΝΟΣΥΣ το οποίο έχει διεξάγει εκτεταμένη έρευνα στον τομέα της παραγωγής υδρογόνου μέσα από 10-ετή συνεργασία με τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA). Δεδομένης της ημιπιλοτικής κλίμακας που θα αναπτυχθεί στα πλαίσια του παρόντος έργου θα απαιτηθεί μια μονάδα με δυνατότητα παροχής υδρογόνου της τάξης των 20 L/min (~ 1 m3/h) και ονομαστική ισχύ ~7.5 kW. Η μονάδα θα εγκατασταθεί στο ΚΔΕΠ/ΔΕΗ στο πλαίσιο εκτέλεσης της ΕΕ7.

Παραδοτέα της ΕΕ6:

Π.6.1 Καταγραφή και αξιολόγηση υφιστάμενων τεχνολογιών παραγωγής Η2.
Π.6.2 Μονάδα παραγωγής υδρογόνου για παροχές έως 20 L/min (~7.5 kW)

 

Ενότητα Εργασίας 7 (ΕΕ7)

Κατασκευή ημιπιλοτικής μονάδας επεξεργασίας CO2 αξιοποιώντας τα αποτελέσματα των ΕΕ5 και ΕΕ6.

Στην ενότητα εργασίας 7 θα αξιοποιηθούν τα αποτελέσματα από το πρότυπο σύστημα επεξεργασίας εργαστηριακής κλίμακας που θα έχει αναπτυχθεί στην ΕΕ5 σε συνδυασμό με τη μονάδα παραγωγής υδρογόνου η οποία θα έχει αναπτυχθεί στην ΕΕ6. Κατά τη διάρκεια της ενότητας θα εγκατασταθεί και θα λειτουργήσει στα εργαστήρια του ΚΔΕΠ/ΔΕΗ μια πρότυπη ολοκληρωμένη μονάδα διαχείρισης καυσαερίων αποτελούμενη από τον καταλυτικό αντιδραστήρα υδρογόνωσης CO2 στερεάς κλίνης και τις περιφερειακές μονάδες παροχής ρευμάτων υψηλής συγκέντρωσης CO2 και H2.

Παραδοτέα της ΕΕ7:

Π.7.1 Ημιπιλοτική μονάδα υδρογόνωσης CO2 προερχόμενου από μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας της ΔΕΗ.
Π.7.2 Ανακοίνωση σε ελληνικό ή διεθνές επιστημονικό συνέδριο.
Π.7.3 Δημοσίευση σε διεθνές επιστημονικό περιοδικό.

 

Ενότητα Εργασίας 8 (ΕΕ8)

Τεχνοοικονομική μελέτη και μελέτη βιωσιμότητας μονάδος επεξεργασίας CO2 βιομηχανικής κλίμακας.

Κατά τη διάρκεια της τελευταίας αυτής ενότητας θα πραγματοποιηθεί τεχνοοικονομική μελέτη και μελέτη βιωσιμότητας για μια μονάδα επεξεργασίας καυσαερίων βιομηχανικής κλίμακας. Θα ληφθούν υπόψη τα αποτελέσματα των πειραμάτων ημιπιλοτικής κλίμακας της ΕΕ7 (και η αξία των ωφέλιμων προϊόντων της αντίδρασης), το κόστος εγκατάστασης και λειτουργίας καθώς και το όφελος από τη μείωση των εκπεμπόμενων ποσοτήτων CO2 στην ατμόσφαιρα. Υπεύθυνος εταίρος στην ενότητα αυτή θα είναι η ΚΑΠΑ Δυναμική η οποία έχει αξιοσημείωση εμπειρία στην εκπόνηση ανάλογων τεχνοοικονομικών μελετών σε συνεργασία με τη ΔΕΗ.

Παραδοτέα της ΕΕ7:

Π.8.1 Τεχνοοικονομική μελέτη και μελέτη βιωσιμότητας