Metodología del proyecto Photosint

El proceso

El proyecto proporcionará procesos sostenibles para producir hidrógeno y metanol como vectores energéticos utilizando únicamente la luz solar como fuente de energía y las aguas residuales y el CO2 como materias primas, haciendo que las industrias sean más autosuficientes. La vía se basa en la fotosíntesis artificial impulsada por la energía solar y pretende utilizar materiales catalíticos terrestres, modificándolos para mejorar los procesos catalíticos.

Diagrama de la producción de combustible solar ecológico a partir de luz solar, CO₂ y aguas residuales industriales

Los parámetros de diseño de la célula PEC se sintonizarán para maximizar la eficiencia de solar a combustible (STF). Además, a fin de mejorar la conversión para su aplicación industrial, Photosint desarrollará una novedosa forma de concentrar e iluminar la superficie del semiconductor para maximizar la eficiencia energética global. Se integrarán células solares fotovoltaicas de perovskita para recoger la luz y suministrar la tensión eléctrica externa.

Para integrar la energía de la luz solar en la industria, se estudiarán los catalizadores y, a continuación, se implementarán en prototipos el/los mejor/es. Los resultados obtenidos se utilizarán para realizar el escalado en pilotos con células PEC en tándem. Estos pasos son necesarios para evaluar la viabilidad del escalado industrial, promoviendo el aumento de la competitividad de las tecnologías de energías renovables de proceso y la independencia energética. El MeOH y el H2 se probarán en motores. También se utilizará una pila de combustible HTPEM para la generación de electricidad, y se probará el hidrógeno como combustible alternativo para la generación de energía en lugar del gas natural en hornos de fusión evitando las emisiones de CO2.

La metodología

La metodología de Photosint se puede segmentar en 6 partes que cubren las 7 LB principales del proyecto.

Definición fina de material de electrodos y dispositivos de catalizador

El objetivo principal es desarrollar el catalizador que se empleará en las actividades de demostración, maximizando la eficiencia y la tasa de conversión de los productos objetivo.

Diseño de células fotovoltaicas

El objetivo es desarrollar un diseño básico del dispositivo e integrarlo en el prototipo para comprobar el rendimiento y ajustar los parámetros buscando la máxima capacidad de absorción. Tras las pruebas del prototipo, se implementará un diseño final detallado basado en el comportamiento del prototipo. En un entorno industrial, este diseño final se acoplará a los pilotos para producir mayores cantidades de combustible solar.

Actividad de modelización y validación del proceso

En esta fase se desarrollará un modelo matemático que reproduzca el comportamiento de los procesos Photosint, dando una importante entrada para el estudio y evaluación para la implantación de la tecnología en cualquier industria de proceso químico.

Definición precisa del material de los electrodos y de los dispositivos catalizadores

El objetivo principal es desarrollar el catalizador que se empleará en las actividades de demostración, maximizando la eficiencia y el índice de conversión de los productos objetivo.

Pilotos de células PEC en tándem

El escalado a pilotos de PEC Cells en tándem será un paso crucial para integrar la tecnología en los procesos industriales desarrollados en anteriores WP. Abordaremos las actividades piloto, aumentando la capacidad de producción a partir de prototipos, y haciendo que el proceso sea más interesante desde el punto de vista de la integración e implementación industrial y la sustitución de la energía fósil de proceso.

Sostenibilidad, impacto y explotación

El WP6 tiene como objetivo llevar a cabo con éxito la evaluación de la sostenibilidad de los sistemas Photosint, haciendo hincapié en los pilotos y el escalado industrial. También evaluaremos mediante ACV el impacto medioambiental, sanitario y de seguridad de la tecnología del proyecto en comparación con la forma actual de producción de energía.

Principales avances

El proyecto aportará avances significativos en:

Desarrollo de catalizadores para sistemas PEC: el objetivo es mejorar la eficiencia de la oxidación del agua y la reducción del CO2 para producir combustible líquido. La misma acción, sólo en la oxidación del agua, para producir hidrógeno. Se cultivarán directamente nuevos materiales nanoestructurados de ingeniería mediante combustión en disolución para generar catalizadores para OER, HER y CO2RR.

Absorción de luz solar para la producción de combustible solar: Los materiales innovadores se integrarán en minimódulos fotovoltaicos eficientes, para aumentar el rendimiento del sistema, necesitando menos cantidad de material y de células solares para obtener la densidad de corriente y el voltaje requeridos. Además, la integración de células fotovoltaicas y electroquímicas maximizará la captación de luz por material utilizado, al tiempo que aumentará la conversión de energía solar en química por CM2 de célula fotovoltaica.

Validación industrial:
Los sistemas desarrollados en PHOTOSINT serán validados en entornos industriales, con el apoyo de BNIG, STE, EMU, TOR y AZO:

En la Planta de Biogás de BNIG, el metanol producido se probará en una pila de combustible HTPEM para la producción directa de electricidad.
El hidrógeno producido se utilizará en TOR para la fusión de fritas y en el horno piloto de vidrio de STE como combustible alternativo para la fusión del vidrio.
EMU probará el metanol y el hidrógeno producidos en un motor de combustible dual para la producción de energía, con el objetivo de evaluar su posible integración en industrias químicas.
AZO utilizará el hidrógeno como materia prima para la producción de fertilizantes y el metanol como materia prima para la reducción de nitrógeno en el tratamiento de aguas residuales obtenidas del proceso de producción de fertilizantes.