4. Paquetes de trabajo y desarrollo realizado

Estructura del proyecto

Etapa 1. Desarrollo tecnológico de sistemas de electrolisis
Etapa 2. Desarrollo de celdas de combustible PEM basadas en PBI para producción de energía a partir de cloro e hidrógeno.
Etapa 3. Absorción de CO2 y producción de carbonato sódico.
Etapa 4. Alimentación con fuentes de energía renovable del proceso de producción de cloro y sosa.
Etapa 5. Escalado, Integración e Ingeniería de Procesos.

Desarrollo del Proyecto

Actividad 1: Desarrollo tecnológico de sistemas de electrolisis.
Se han desarrollado tres novedosos prototipos de celdas electrolíticas y varias formulaciones de electrodos, tanto de tipo MMO como de tipo DDB para optimizar la oxidación de cloruros y cloruro de hidrógeno a cloro gas. Asimismo, se han desarrollado electrodos basados en recubrimiento de platino para favorecer la reducción del agua a hidrógeno. El dispositivo experimental se ha completado mediante el desarrollo de gasómetros con los que almacenar el cloro y el hidrógeno productos de la electrolisis. Se ha probado la influencia de la composición el electrolito, incluyendo rechazos de electrodiálisis. Más información acerca de los logros alcanzados está disponible en: 10.1016/j.seppur.2020.118189; 10.1016/ j.chemosphere. 2019.125455; 10.1016/j.jelechem.2019.113756; 10.1016/ j.jelechem.2019. 113416. Además, se ha defendido el trabajo fin de Máster de Jolanda Conti, titulado “Desarrollo de celdas electroquímicas reversibles cloro-hidrógeno” (Directores: M.A. Rodrigo y O. Scialdone). Los miembros del equipo de investigación que han desarrollado esta actividad han sido J. Llanos. J. Lobato y C. Saez, coordinados por M.A. Rodrigo. Del equipo de trabajo han participado M. Carvela, G. Salazar y O. Scialdone.

Actividad 2: Desarrollo de celdas de combustible PEM basadas en PBI para producción de energía a partir de cloro e hidrógeno
Se han modificado las celdas electrolíticas desarrollados en la actividad anterior para ser utilizadas como celdas de combustible. Para introducir los gases a la celda se han estudiado varias variantes: introducción directa, introducción por mezclador Venturi e introducción por generador mecánico de microburbuja. Asimismo, se ha desarrollado un tercer prototipo para trabajar con gases a temperaturas superiores a la de ebullición del agua basado en el uso de MEAs con membranas de PBI. Más información acerca de los logros alcanzados se puede seguir en los siguientes trabajos publicados: 10.1016/j.electacta.2021.138542; 10.1016/j.jelechem. 2021.115940. También, se ha defendido el trabajo fin de Máster de Sofia Moreno, titulado “Desarrollo del sistema experimental para estudio de celdas electroquímicas con electrolitos corrosivos” en la convocatoria de julio de 2019 del Master Universitario en Ingeniería Química (Directores: M.A. Rodrigo y J. Llanos). Los miembros del equipo de investigación que han participado en esta actividad han sido C.M. Fernández-Marchante. J. Llanos, M.A. Rodrigo y Pablo Cañizares, coordinados por J. Lobato. Del equipo de trabajo ha participado M. Carvela.

Actividad 3: Absorción de CO2 y producción de carbonato sódico
Se ha llevado a cabo un estudio en el que se han diseñado con ayuda del simulador ASPEN plantas para la fijación de CO2 utilizando corrientes fuertemente alcalinas como las generadas en procesos cloro-alcalinos, evaluando la influencia de las condiciones de operación en la especiación de los distintos tipos de carbonatos cristalizables. Con los datos obtenidos se han diseñado y construido dos plantas para absorción de CO2, una basada en tecnología de columna de relleno y otra basada en tecnología de pulverización que ha sido evaluadas. Se ha desarrollados varios sistemas para la concentración por evaporación de las suspensiones de carbonato sódico y sal, utilizando diferentes aproximaciones (eléctrica, gases calientes, panel solar, etc.) Más información acerca de los logros alcanzados se puede seguir en el siguiente trabajo: 10.1002/celc.202101080. También se ha defendido el trabajo fin de Grado de Eduardo Osorio, titulado “Planta para la producción de carbonato sódico a partir de efluentes gaseosos de combustión”, correspondiente al Grado en Ingeniería Química (Director: M.A. Rodrigo). Los miembros del equipo de investigación que han participado en esta actividad han sido J. Llanos. C.M. Fernandez-Marchante y M.A. Rodrigo, coordinados por P. Cañizares. Del equipo de trabajo han participado M. Carvela e I. Fernandez.

Actividad 4: Alimentación con fuentes de energía renovable del proceso de producción de cloro y sosa.
Se han adaptado las instalaciones de aerogenerador y paneles solares a la aplicación buscada con EDEN, ajustando las potencias que hay que aportar a los electrolizadores y desarrollando sistemas de gestión energética y realizando numerosas pruebas para el ajuste de las tecnologías y de los sistemas de almacenamiento de los reactivos. Los miembros del equipo de investigación que han participado en esta actividad han sido J. Llanos, J. Lobato. C.M. Fernandez y M.A. Rodrigo, coordinados por C. Saez. Del equipo de trabajo han participado M. Carvela y también ha sido muy relevante la actuación del contratado Juan de la Cierva, D. I. Fernandez.

Actividad 5: Escalado, Integración e Ingeniería de Procesos.
Se han desarrollado celdas reversibles de mayor tamaño (pasando de 4 a 30 cm2 de área electródica en cada celda) y se ha evaluado la integración de todos los elementos, tanto electroquímicos como paneles solares, absorción, concentración/secado y almacenamiento. Más información acerca de los logros alcanzados se puede seguir en los siguientes trabajos publicados: 10.1016/j.chemosphere.2020.126795; 10.1016/j.chemosphere.2021.131359; 10.1016/j.ijhydene.2021.07.089; 10.3390/catal10111263; 10.1016/j.seppur.2020.117017Ha participado todo el equipo solicitante de la propuesta coordinado por el IP. Del equipo de trabajo han participado M. Carvela y también ha sido muy relevante la la actuación del contratado Juan de la Cierva, Dr. M.A. Montiel.

Actividad 6: Prueba de concepto de la tecnología completa.
Se ha diseñado, construido y evaluado un prototipo completo de la tecnología que ha permitido validar todas las hipótesis en las que se basada nuestra propuesta. Ha participado todo el equipo solicitante de la propuesta coordinado por el IP. Del equipo de trabajo han participado M. Carvela y los contratados Juan de la Cierva, D. I Fernandez y Dr. M.A. Montiel. Se ha publicado el siguiente trabajo 10.1016/j.egyr.2022.03.198.

Actividad 7. Gestión organizativa y del conocimiento.
Se ha realizado la gestión de todos los aspectos organizativos y de conocimiento del proyecto. Como personal investigador en formación se ha contratado a la Ingeniera Mireya Carvela que, además, está finalizando su tesis doctoral en el marco del proyecto. Asimismo, se ha contribuido a la formación de dos másteres y un graduado en Ingeniería Química con la realización de sus TFE. Se ha coordinado la publicación de conocimientos en cada una de las actividades y, además, en base a conocimientos adquiridos tanto en este proyecto como en otros en los que trabaja el grupo se ha publicado dos artículos de revisión: 10.1016/ j.apcatb. 2020.118857; 10.1016/j.coelec.2019.07.002. También se ha coordinado la presentación de resultados en varios congresos. Se han mantenido reuniones con empresas en el contexto de la acumulación de energía, aunque la solución que se les va a proponer va a ser algo diferente, al estar todavía en un TRL bajo la alternativa estudiada en este proyecto. Se ha registrado la marca EDEN® para el conjunto de la tecnología desarrollada y se ha conseguido financiación para continuar con la idea incrementando el TRL mediante el proyecto NEAT4SUsT+, (PID2019-107271RB-I00) y mediante dos solicitudes que actualmente están en evaluación para aplicación de la tecnología EDEN en el sector del vino y en el del transporte, a través de su aplicación a motore diesel. Por último, se ha realizado y conseguido una solicitud de fondos FEDER con los que comprar equipamientos que permitan la mejor caracterización de superficies electródicas. Ha participado todo el equipo solicitante de la propuesta coordinado por el IP. Del equipo de trabajo han participado M. Carvela y los dos contratados JdC.
Etapa 6. Prueba de concepto de la tecnología completa.
Etapa 0. Gestión organizativa y del conocimiento.