RIS3CAT CoSin: combustibles sintéticos

¿Qué es?

 
CoSin es un proyecto de la Comunidad RIS3CAT Energia, creada por la Generalitat de Catalunya a través de ACCIO, en la que se engloban proyectos de investigación industrial, desarrollo experimental e innovación orientados a transformar el sector energético hacia un modelo más sostenible y eficiente.

El objetivo del proyecto CoSin es desarrollar combustibles sintéticos que permitan su almacenaje de forma química, para resolver así el reto que se presenta con las energías renovables a gran escala. 

La prioridad de este proyecto de utilizar el carbono de origen biogénico se enmarca dentro de una economía circular en el entorno del CO2 contribuyendo a la mejora medio ambiental y la disminución de las emisiones de CO2. Se contempla además la posible utilización de fuentes de carbono como la biomasa forestal, purines o lodos de depuradora que aportan un valor social y medio ambiental añadido.

Los esfuerzos del proyecto se centran por una parte en el diseño, construcción y operación experimental de una planta prototipo que integrará la producción biometano, mediante la separación del CO2 y CH4 del biogás, y la transformación del CO2 del propio biogás o del biometano en un gas rico en metano (>98%) mediante la reacción controlada con hidrógeno, procedente de la electrólisis de agua.
Por otra parte se desarrollarán sistemas más eficientes para obtener hidrógeno a partir de electrólisis a alta temperatura o de la co-electrólisis conjunta de H2O y CO2 para obtener mezclas controladas de H2 y CO como elementos de entrada para diferentes rutas de síntesis química.

Surtidor en vehículo

Participación de Naturgy


Se trata de un proyecto que lideramos desde Naturgy, para el que actúamos como coordinadores del consorcio, y en el que somos responsables del diseño del sistema de monitorización online de la planta prototipo de enriquecimiento del biogás y metanización del CO2, y del estudio de caracterización y usos finales del biometano.

El consorcio lo componen otras 7 entidades que incluyen empresas, centros tecnológicos y una universidad, con sede en Cataluña.

Participación de Naturgy
COMRDI15-1-0037: Combustibles Sintéticos. Este proyecto está cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional de la Unión Europea en el marco del Programa Operativo FEDER de Cataluña 2014-2020. 

Financiación de Naturgy

Tecnologías utilizadas


El proyecto CoSin plantea un innovador proceso para transformar el biogás generado mediante la digestión anaerobia de lodos de las estaciones depuradoras de aguas residuales, (EDAR) en biometano con calidad suficiente para ser inyectado en la red de gas natural.

El proceso consta de la limpieza y purificación biogás generado durante la digestión anaerobia, una posterior etapa de enriquecimiento o separación del CO2 y una planta piloto de metanación para la producción de CH4 a partir del CO2 separado o directamente a partir del biogás depurado, maximizando de esta forma la producción de biometano.


Proceso de transformación del biogás
El proyecto se estructura en tres bloques de tecnologías que constituyen el proceso para la síntesis de combustibles, metano y otros productos de valor añadido, a partir del carbono biogénico.
Biometano

El objetivo principal de este bloque es validar la viabilidad técnica y económica de la conversión del biogás generado en las EDAR en biometano mediante procesos de enriquecimiento.

El proceso de enriquecimiento o upgrading del biogás consiste en la separación de sus dos principales componentes, CH4 y CO2 de forma que se obtiene metano CH4 casi puro, con un poder calorífico significativamente mayor que el del biogás bruto y que puede ser compatible con los usos del gas natural cuando cumple los requerimientos de calidad establecidos por la normativa.

Para esta validación se construirá y operará una planta prototipo de enriquecimiento de biogás en una EDAR, con una primera fase de limpieza del biogás donde se eliminarán los principales contaminantes y una segunda fase de separación donde se separará el CO2 del biometano, enviando este CO2 a la unidad de metanación.
Electrolizadores y co-electrolizadores
El objetivo principal de este bloque es desarrollar un sistema de generación de conversión de energía eléctrica en hidrógeno y syngas para la generación de combustibles sintéticos por reacción catalítica. La tecnología utilizada para la producción de hidrógeno y el syngas es la electrólisis de alta temperatura (Solid Oxide Electrolysis Cells, SOEC). Esta tecnología vislumbra altas eficiencias (> 90%), régimen de operación dinámico (acoplable a renovables) y altos ritmos de producción (> 10 kA/m2 de corriente inyectada i > 200 mol H2/h·m2). Es necesario resaltar que en el presente, la tecnología de co-electrolisis para la generación de gas de síntesis (H2/CO) a partir de H2O y CO2 se encuentra en una fase de investigación y desarrollo.
Metanación del CO2
En este bloque se implementará un prototipo o planta experimental de metanación que permita la viabilidad técnica y económica de esta tecnología para la producción de combustibles sintéticos, esencialmente metano.

El prototipo se alimentará del CO2 procedente de la planta de enriquecimiento del biogás, y la metanación del CO2 se realizará mediante un reacción termo-catalítica de reducción del CO2 según la reacción de Sabatier (CO2 + 4 ·H2 -> CH4 + 2 · H2O).

En la planta prototipo de metanación del CO2 se ha previsto integrar distintas tecnologías para la monitorización de la composición de los gases de proceso, así como el acoplamiento de la nueva tecnología de electrolisis de alta temperatura o el ensayo de nuevos catalizadores a fin de optimizar costes de operación y mantenimiento.

Dentro de este bloque se diseñará y construirá el sistema experimental de un reactor catalítico DBD plasma a escala de laboratorio para validar la tecnología de metanación por plasma.
  • Objetivos

     Llevar a cabo la producción de combustibles sintéticos y procesos químicos relacionados, a partir del carbón de origen biogénico, o mediante la reutilización de dióxido de carbono, y/o agua.

     Desarrollar una alternativa para los gases sintéticos como elementos de almacenamiento de energía a gran escala que facilite una mayor intensidad en la introducción y uso de energías renovables.

     Mejorar las eficiencias de los procesos de electrólisis y co-electrólisis de agua y CO2 para la obtención de hidrógeno y syngas como elementos precursores de los procesos de síntesis de gases y líquidos combustibles.

     Ser una referencia internacional en el conocimiento y desarrollo de la tecnología en el entorno de los combustibles sintéticos a partir del carbono y del agua.

     
  • Ventajas

     Contribución al desarrollo de las energías renovables ofreciendo una alternativa para el almacenamiento de esta energía, mediante el almacenamiento de energía en forma química.

     Contribución a una economía circular en el entorno de las emisiones de CO2 mediante su disminución efectiva al emprender el uso en un bucle cerrado de carbono de origen biogénico.

     Contribución a la mejora medio ambiental al aprovechar la biomasa residual (lodos de depuradora, purines, etc) como fuente de carbono para la producción de combustibles sintéticos.

     Desarrollo de nuevas oportunidades de negocio en nuevos productos, componentes y tecnologías de alto valor añadido.

     Contribución a la interconexión energética entre las redes de energía eléctrica y de gas promoviendo nuevas oportunidades, proyectos y modelos energéticos.

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