Power-to-Gas: catalytic developments to store the surplus of renewable electricity as methane

Abstract

Esta tesis doctoral comenzó en octubre de 2014 con el apoyo del grupo de investigaciónSustainable Process Engineering (SuPrEn) del Departamento de Ingeniería Química y delMedio Ambiente de la Escuela de Ingeniería de Bilbao, Universidad del País Vasco/EuskalHerriko Unibertsitatea (UVP/EHU). El trabajo ha sido llevado a cabo bajo la supervisióndel Profesor Dr. José Francisco Cambra Ibáñez y la Dr. Victoria Laura Barrio Cagigal.Durante la realización de esta tesis doctoral se realizó una estancia en el grupo deinvestigación Particles and Catalysis (PartCat) de la University of New South Wales(UNSW) en Sídney, Australia, bajo la supervision del Dr. Jason Scott y la Profesora RoseAmal, junto a la inestimable ayuda de la Dr. Emma Lovell.El trabajo realizado durante estos años ha permitido el desarrollo de sistemas catalíticospara producir metano a partir de dióxido de carbono e hidrógeno, permitiendo laintegración de electricidad de origen renovable en el sistema energético y reduciendolas emisiones de dióxido de carbono. Esta tesis doctoral ha permitido la publicación devarios artículos en revistas científicas y en congresos internacionales. Este trabajo hasido dividido en siete capítulos.Capítulo I, se trata de una breve introducción del contexto en el que se enmarca eltrabajo. Se describe la relación entre la raza humana y la energía, su necesidadinevitable, además del sistema energético actual. Esto se relaciona con el cambioclimático, y sus problemas derivados, y la dependencia energética de los distintos países.Finalmente, se describen diferentes tecnologías para el almacenamiento de energía.Capítulo II, partiendo de las tecnologías de almacenamiento de energía descritas en elCapítulo I, se selecciona Power-to-Gas (PtG) como una de las más prometedoras. En estecapítulo se realiza una revisión exhaustiva del estado del arte en el campo del PtG,prestando especial atención a la proceso de metanación de dióxido de carbono.Capítulo III, se define el objetivo de la presente tesis doctoral. Además, se definen losdiferentes hitos necesarios para llevar a cabo de manera satisfactoria dicho objetivo.3Capítulo IV, se describe el procedimiento experimental empleado durante el desarrollode la tesis. Se describen los procedimientos de síntesis y caracterización así como los derealización de los ensayos de actividad. Además, se enumeran los materiales y equiposutilizados.Capítulo V, todos los resultados obtenido durante la realización de la presente tesisdoctoral se encuentran en este capítulo. Para facilitar la lectura del mismo, se encuentradividido en cuatro sub-secciones principales, incluyendo: I) Análisis de las condicionesde operación idóneas, II) Catalizadores probados en reactores de lecho fijo, III) Tests deestabilidad y IV) Catalizadores para fotoreactores.Capítulo VI, se propone el diseño de una planta de escala industrial. Además dedimensionar todo el equipamiento necesario, se realiza un análisis de la viabilidadeconómica teniendo en cuenta tanto el coste material como el del funcionamiento dela planta.Capítulo VII, consiste en las conclusiones obtenidas tras la realización de esta tesisdoctoral. Se enumeran las propiedades fisicoquímicas necesarias para que uncatalizador sea eficiente en la reacción de metanación de dióxido de carbono y ademásse presentan algunos sistemas catalíticos con un rendimiento prometedor. Finalmente,se presentan las conclusiones sobre la viabilidad de construir una planta industrial parala realización de este proceso.