Tilbake til søkeresultatene

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

Novel oxygen carriers in sustainable hydrogen production

Alternativ tittel: Nye metal oksider som kan brukes til bærekraftig hydrogen produksjon

Tildelt: kr 10,2 mill.

Prosjektnummer:

315083

Søknadstype:

Prosjektperiode:

2021 - 2025

Hydrogen er en veldig verdifull energibærer som kan bidra til å løse mange av dagens miljøutfordringer. Innføring av store mengder fluktuerende fornybar energi vil kreve midlertidige energilagringsløsninger, der hydrogen er et ideelt alternativ. For ferger og lastebiler som trenger rask fylling av større mengder energi har hydrogen en stor fordel i forhold til elektrisitet. Videre har hydrogendrevne biler også økende fokus. Hydrogen er også viktig som kjemikalie. Hydrogen kan produseres via elektrolyse av vann (vann blir spaltet til hydrogen og oksygen), men i stor skala blir det først og fremst produsert fra naturgass via en reformerings- og skiftingsprosess, etterfulgt av en gasseparasjonsprosess. Naturgass vil fortsatt være viktig i en overgangsperiode for å sikre tilførsel av hydrogen til samfunnet. Prosjektet OxHyPro vil forenkle produksjonen ved å gjøre separasjonen direkte i skiftprosessen. Prosessen vil også gi et mer miljøvennlig perspektiv på bruken av naturgass til hydrogenproduksjon dersom CO2 fanges opp og lagres. Biogass vil også være en av de fremtidige energikildene som trenger CO2-fangst for å oppnå klimamålet for 2050. Prosjektet OxHyPro skal konvertere og skille biogass til rene CO2-holdige og hydrogenholdige gass-strømmer. Dette oppnås ved å bruke energilagringsmaterialer som kan overføre termisk energi og reduksjonsenergi fra forbrenningsreaksjonen til den energiintensive vannsplittende reaksjonen. Med dette kan en termisk nøytral prosess oppnås. Utfordringen ligger i å utvikle metalloksider som er stabile gjennom gjentatte oksidasjoner og reduksjoner og i tillegg innehar optimal energilagringskapasitet under reaksjonsbetingelsene. Så langt er 8 metalloksider utviklet som er stabile under reduksjon og er under uttesting. Deres oksygen lagring er kartlagt som funksjon av gass-sammensetning og er nå under uttesting i reaktorer for å optimaliser hydrogen produksjon ved bruk av natur gass evt biogass. Utfelling av nano-katalysatorer fra metalloksidet er en del av systemene som blir sett på slik at direkte reduksjon av metalloksidene via metan kan oppnås uten bruk av reformeringskatalysatorer bed.

Chemical looping hydrogen production (CLHP) using a three-reactor system (methane, steam and air) has attracted lots of interest due to inherent CO2 separation, production of pure H2 without the need of expensive separation processes, thermal neutrality, and reduced economic sensitivity towards process scale as compared to the conventional SMR. Iron oxide is often used as an oxygen carrier material (OCM) for CLHP as this material has favorable phase changes, but disadvantages are related to the materials lifetime due to agglomeration and formation of Fe, especially when the materials are circulated among three reactors at high temperatures. Therefore, it is urgent to develop novel and stable OCMs with the required functionality, stability, catalytic activity, reaction rate to ensure a high conversion of steam into hydrogen and a full conversion of CH4 to CO2. The OxHyPro project addresses these challenges and takes as starting point the discovery of new perovskite systems with high steam conversion into H2 obtained in a preceding EU project. The project combines catalysis, solid-state electrochemistry, solid state ionics, chemical looping technologies, and ceramic engineering to develop stable, robust novel OCMs and utilise non-stoichiometric oxides with tailored thermodynamics in order to achieve autothermal operation. This will be exemplified in this project with the development of OCMs with a H2 yield >80% and oxygen transfer capacity of 3-8wt% stable for 1000 redox cycles. Reactor tests with a fixed bed design will be performed on developed OCMs for verification of the concept. The project is coordinated by SINTEF with University of Oslo as the collaborator and has an advisory board including industries from biogas companies such as Antec Biogas and Biogass Oslofjord, and materials fabrication company Cerpotech, etc. to ensure industrial relevance. It trains one PhD and lasts for four years.

Aktivitet:

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale