slide1 l.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Chaire CTSC PowerPoint Presentation
Download Presentation
Chaire CTSC

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 30

Chaire CTSC - PowerPoint PPT Presentation


  • 204 Views
  • Uploaded on

Conversion du CO 2 E-MRS symposium Varsovie Sept 2010 Conclusions de l’étude Alcymed. Chaire CTSC. Denis CLODIC. 01 décembre, 2010. "CARBON DIOXIDE: A NEW MATERIAL FOR ENERGY STORAGE AND A SUSTAINABLE DEVELOPMENT ". Professor J.Amouroux Dc.H.C. ENSCP/UPMC LGPPTS EMRS

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Chaire CTSC' - issac


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

Conversion du CO2

E-MRS symposium Varsovie Sept 2010

Conclusions de l’étude Alcymed

Chaire CTSC

Denis CLODIC

01 décembre, 2010

carbon dioxide a new material for energy storage and a sustainable development
EMRS FALL MEETING

Varsaw 13-15 sept 2010

Symposium A

"CARBON DIOXIDE: A NEW MATERIAL FOR ENERGY STORAGEAND A SUSTAINABLE DEVELOPMENT"

Professor J.Amouroux Dc.H.C. ENSCP/UPMC LGPPTS EMRS

Doctor P.Siffert EMRS Secrétaire Général du EMRS (European Material Research Society)

Cooperation and specific results from

Professor S.Cavadias UPMC LGPPTS

Professor B.Trujillo INPM invited professor

And the research results of the international teams of

°Prof.PH. Rutberg(RAS),lab electrotechnic and Plasma Lab PUof St Petersbourg Russia

°Prof.S.Dresvin State Polytechnical University of St Petersbourg (Russia)

°Prof.K.Hashimoto Sendai University (Japon)

Ref :future energy systems in Europe (IP/A/STOA/FWC-2005-28/SC20)

Ŧ

slide3

to day carbon and hydrocarbon products are burned to produce electricityto morrow we have to rebuild hydrocarbons molecules fromcarbon dioxide and electricityby redox mechanismsfor energy storage

we call that carbon recycling

or sustainable development

EMRS FALL MEETING

Varsaw 13-15 sept 2010

Symposium A

energy storage for liquid gas or battery
energy storage for liquid,gas or battery

EMRS FALL MEETING

Varsaw 13-15 sept 2010

Symposium A

slide5

Non regulated power

ENR

Photovoltaic

Solar thermal

Wind, Biomass

Smart grid

Eratic power

Sun

Wind

Battery storage

Energy storage

CO2/CH4

Electrolysis + catalytic reactor

ELECTRICAL ENERGY PRODUCTION

Continuous production

processes

Power plant

Nuclear

Coals

Waste

Network consumption

P

0

12

24

Flexible energy power

Network

regulation

Burning gas/oil

+

turbine

CO2

sequestration

Energy storage

Specific additional

power

Water dam

supercapacitor

CO2 flux from adsorption processes

European program

20 % of ENR for 2020

EMRS FALL MEETING

Varsaw 13-15 sept 2010

Symposium A

spot prices of electricity
spot prices of electricity

spot price CO2 le 20 march 2010 12.93€/T

electricityspot Price : (powernext)

le 19 march 2010 : 33.962€/MWh

le 12 march 2010 : 50.709€/MWh

Price japon 2010 : 120$/MWh ( US )

Price germany 2010: 90$/MWh   « 

Price US 2010 : 45 à 150$/MWh «

price 127 €/MWh(France)-278 €/MWh(CEE)

EMRS FALL MEETING

Varsaw 13-15 sept 2010

Symposium A

slide7
EMRS FALL MEETING

Varsaw 13-15 sept 2010

Symposium A

co 2 a raw material fo r energy storage
EMRS FALL MEETING

Varsaw 13-15 sept 2010

Symposium A

The most efficient process is to develop

A large scale plant with REDOX system

OXY + ne ----RED

CO2 +H2 CH4 + 2 H2O

CH3OH + H2O

F.T. process

Technical systems:

electrolysis,plasmas,catalysis

Goal: electrical regulation process for new energy sources (NTE)

CO2 a raw material forENERGY STORAGE
efficiency of the electrolyser for hydrogen production
efficiency of the electrolyserfor hydrogen production

CEA/ENSMP thesis R.Rivera-Tinoco 30 march 2009

conversion rate:

75% at high temperature electrolysis (EPR temperature)

NREL (innovation for our energy future)-DOE

water to hydrogen conversion efficiencie:80 to 95%

56% for Proton’s proton exchange membrane(PEM)

73% for Stuart’s and Norsk Hydro’s bipolar alcaline systems

64% for Avalence and Teledyne units

75% to 85% second generation of solid oxide electrolyser cells (SOECs)

-

estimation cost for hydrogen
estimation cost for Hydrogen

from DOE

100kg/day 8.09$/kg - 1000kg/day 4.15$/kg

to reach 3.00$/kg the electricity cost must be below than 4¢ to 5.5¢ per kWh

from Riso National Lab (Denmark)

4.8 $/Gj for H2 production assuming an electricity price of 3.6$/Gj (equivalentto 29$/barrel oil) to 7.8 $/Gj for CH4 production (48$/barrel oil) or 71 cents /kg H2 using HHV at 950°C for SOECs

if we take into account the degradation propertie of HHV it gives 108 cents/kg or 46$/barrel

from ENSMP/CEA (2009) thesis R.Rivera-Tinoco

for a 1.5 kg/s hydrogen production and a cost of electricity between 40to 50 euros /MWh the cost is between 1.9 to 2.2 euros /kg H2

( electrolyser 900°C with high temperature water 523K from EPR)

notice the price of crude oil barrel is between 72 to 83$/barrel in 2010

catalytic material for co 2 process a key step
Catalytic material for CO2 processa key step

Catalyst for CH4 synthesis

Catalyst for CH3OH synthesis

Catalyst for Syngas synthesis

Catalyst for Fisher Tropsch synthesis

Many kinds of catalyst for polymers,and chemical synthesis

EMRS FALL MEETING

Varsaw 13-15 sept 2010

Symposium A

slide12
ICAM20/09/2009 11th INT.CONf. RIO

C - Recycling the carbon resources through REDOX processes as we do

for metals

Carbone Dioxide is a good support for synfuels from CO + H2 mixtures in catalytic plug reactors. Many patents and pilot plants are starting because these processes are close to the financial balance if the petroleum baril is between 80 to 100 $

4 ways are studied :

* Fischer Tropsch CO2+H2 oil (USA, South Africa)

* CH3OH production CO2 + 3 H2 CH3OH +H2O ( USA, CHINA, EUROPE)

* CH4 production CO2 + 4 H2  CH4 +2H2O (BP, JAPAN..)

* Syngas production CO + H2 from coal gasification with arc plasma torch using

CO2 or a mixture CO2 + H2O at 5000 K

These storage systems can reach a power of 100.000MW from FT process.

slide13

 Coal burning plant

 Gas turbine

 Fuel turbine

 Waste burning

 Cement factories

Concentrated

solar energy

EPR

Nuclear

Wind turbine

PV energy

direct H2

conversion

H2 from

electrolysis

hot water

H2 from

electrolysis

sea water

H2

CO2

Unit operations

adsorption

(NH3, MEA,

zeolithes)

Catalytic chemical reactors

CO2 +H2O

Fisher Tropsch

CH4 synthesis

Methanol synthesis

Plasma process

Synfuel

Automotive

Substitute to oil

Turbine burning

of electricity

production

Coal extraction

Syngas

Waste treatment

Syngas

CO/H2

Conversion to

olefine or synfuel

---

EMRS FALL MEETING

Varsaw 13-15 sept 2010

Symposium A

conclusions
Conclusions

Electrical sources

CO2

HYDROGEN

Energy storage

CH4 CH3OHCO SYNGAS

EMRS FALL MEETING

Varsaw 13-15 sept 2010

Symposium A

slide15

15

E-MRS 2010 Fall Meeting

Carbon dioxide a raw material for sustainable development

September 13-17, 2010, Warsaw, Poland

Carbon dioxide reforming with coal – a new way for CO2 utilization

Zinfer R. Ismagilov

Boreskov Institute of Catalysis,

Novosibirsk, Russia

Insitute of Coal Chemistry

and Material Science

Kemerovo, Russia

slide16

CO2 utilization to valuable products

The reaction of carbon dioxide with fossil coal

CO2 + C  2 CO

  • Three general tasks solved:
  • Abatement of CO2 emissions (Kyoto protocol)
  • Utilization of low-quality coal
  • Production of valuable chemical products

CO2 + C  2 CO

H2O + C  H2 + CO

CO + H2 liquid fuels + monomers +

polycarbonates + chemical products

slide17

Thermodynamics of the reaction ofCO2with carbon

CO2 + C  2 CO

Temperature dependencies of thermodynamic parameters

Temperature dependence of equilibrium constant

slide18

Equilibrium composition of the reaction products

CO2 = 1 mol, C = 1 mol, 1 atm

Interaction of CO2with carbon is a high temperature process.

CO formation proceeds at temperature higher than 400oC.

slide19

19

Kinetics and mechanism of the reaction of CO2 with activated carbon

Kinetic parameters determined for activated carbon

Particle conversion rate as a function of fractional weight loss (Xp)

Reaction mixture:

100% CO2 + activated carbon

Points – experimental

Lines - calculated

A.C. Lee, R.E. Mitchell, T.M. Gur, AIChE J., 55, 4 (2009) 983-992

slide20

Peculiaritiesof the reaction of CO2with carbon

The reaction of CO2with carbon as well as the reaction of carbon combustion is controlled by diffusion

Morphology and pore structure of carbon are main parameters which control the reaction rate

Influence of carbon pore structure on mass transfer process

Macropores (> 50 nm)

Mesopores (2 – 50 nm)

Molecular diffusion

Micropores (< 2nm) - Knudsen diffusion

slide21

Use of catalysts for improvement of coke properties

Post treatment of coke

Pretreatment of initial coal

Coke

Influence of Ca addition on coke properties

Nippon Steel technical report No. 94, July 2006

slide22

22

  • Conclusions
  • One of the prospective methods of CO2 utilization is CO2 reforming with coal. The development of this method can play a significant role in metallurgical coke production and utilization of CO2 emissions.
  • 2. Modification of coal with transition metal additives is a prospective way to control both the interaction of CO2 with coal and quality of blast-furnace coke.
  • 3. The interaction of CO2 with coke, catalytic nature of metal additives and coke char require advanced investigations of reaction kinetics, texture and morphology of solid reagents and reaction products.
slide23

Groupe de Travail

Du Vendredi 2 Avril 2010

slide24

Actions

Les moyens d’action

Technologique

Réglementaire

Autre

Economique

Principaux verrous

  • Financement de programmes de recherche
    • Partenariat industrie-laboratoire
    • Thèses
    • Projets ANR
    • Projets indépendants
    • Financement de démonstrateurs
    • Partenariat industrie-laboratoire
    • AMI
    • Création de consortiums industriels ou de plateformes technologiques
  • Favoriser l’obtention de crédits CO2 pour le CO2 valorisé (identifier voies éligibles)
  • Réflexion globale sur les filières
  • Réflexion globale sur l’économie du CO2
  • Aides à l’investissement pour certaines filières
  • Communication sur la complémentarité valorisation / CCS
  • Mise en œuvre de bilans environnementaux

Moyens d’action

slide25

France

France & Valorisation CO2

FORCES

FAIBLESSES

  • Compétences industrielles fortes
  • Compétences de recherche reconnues en catalyse et électrochimie
  • Source d’électricité majoritairement décarbonée (nucléaire)
  • Expertise associée au captage du CO2
  • Existence de structures de financements: ex: ANR et AMI
  • Compétences dans la production d’hydrogène à partir d’énergie décarbonée
  • Manque de financement au niveau de la recherche sur l’activation du CO2 : financement de programmes de recherche, formation des scientifiques de demain
  • Manque d’interaction industriels-laboratoires de recherche sur le CO2
  • Nombre de sources de CO2 limitées par rapport à d’autres pays (peu de centrales à charbon)
  • Absence d’infrastructure de transport du CO2 (à l’heure actuelle)

OPPORTUNITES

MENACES

  • Opportunité locale: Diminution des émissions de CO2 des industriels les plus émetteurs
  • Favoriser l’émergence de consortiums industriels et de démonstrateurs sur le sujet capables de développer un business fort à l’export
  • Possibilité de tester plusieurs carburants de substitution et de diminuer la dépendance énergétique
  • Développement d’une chimie verte et durable
  • Améliorer l’acceptabilité sociale du CCS grâce au couplage avec la valorisation
  • Non prise en compte de la valorisation du CO2 dans les quotas ETS
  • Evolution de la valeur marchande du CO2
  • Avancées en recherche d’autres pays (Allemagne, Japon, USA, Norvège,…)
  • Acceptabilité sociale du CO2 comme une matière première et non comme un déchet
  • Proposition de trop nombreuses filières de carburants de substitution, aucune ne prenant de l’ampleur (a priori cadre européen plus que français?)
  • Encourager des carburants de substitution en oubliant le volet « économies d’énergie» ou «efficacité énergétique»
  • Absence d’accord international sur le climat
slide26

Maturité française

Potentiel d’émergence au niveau mondial

Liste des voies de valorisation

10

11

12

Sans expérience industrielle

4

7

8

6

5

1

2

3

9

Maturité française

Industrialisé

  • RAH
  • Utilisation industrielle
  • Synthèse organique
  • Minéralisation

5. Hydrogénation

6. Reformage sec

7. Electrolyse

8. Photo(électro)catalyse

9. Thermochimie

10. Microalgues – Bassins ouverts

11. Microalgues - Photobioréacteurs

12. Biocatalyse

<5 ans

5-10 ans

Recherche

Démonstrateurde recherche

Optimisation / déploiement

>10 ans

slide27

Atouts naturels

Potentiel d’émergence au niveau mondial

Liste des voies de valorisation

Lié à l’ensoleillement et aux surfaces disponibles

Disponibilité à l’eau?

10

11

12

Lié à l’ensoleillement

7

8

1

6

5

2

3

9

Pas d’accès au CH4 à bas coûts

4

Peu de sites en France

Atouts naturels

DOM-TOM

Industrialisé

  • RAH
  • Utilisation industrielle
  • Synthèse organique
  • Minéralisation

5. Hydrogénation

6. Reformage sec

7. Electrolyse

8. Photo(électro)catalyse

9. Thermochimie

10. Microalgues – Bassins ouverts

11. Microalgues - Photobioréacteurs

12. Biocatalyse

<5 ans

5-10 ans

Indifférent

Mineur

Majeur

>10 ans

slide28

Atouts industriels et de recherche

Potentiel d’émergence au niveau mondial

Liste des voies de valorisation

Quelques laboratoires de catalyse

Quelques laboratoires d’électrochimie

Peu d’acteurs identifiés

10

11

12

Centres de recherche de haut niveau

9

Acteurs industriels et centres de recherche de haut niveau

6

4

8

7

3

2

Absence d’implication des industriels

5

1

Absence d’implication

Atouts

industriels

et de recherche

Industrialisé

  • RAH
  • Utilisation industrielle
  • Synthèse organique
  • Minéralisation

5. Hydrogénation

6. Reformage sec

7. Electrolyse

8. Photo(électro)catalyse

9. Thermochimie

10. Microalgues – Bassins ouverts

11. Microalgues - Photobioréacteurs

12. Biocatalyse

<5 ans

5-10 ans

Majeur

Mineur

Intermédiaire

>10 ans

slide29

Etat des lieux français

Potentiel d’émergence au niveau mondial

Liste des voies de valorisation

Maturité française

Maturité française

Optimisation

Optimisation

2

2

1

1

11

10

Démonstrateur

Démonstrateur

12

12

9

4

10

4

9

7

3

5

7

3

5

Recherche

Recherche

11

6

6

Industrialisé

  • RAH
  • Utilisation industrielle
  • Synthèse organique
  • Minéralisation

5. Hydrogénation

6. Reformage sec

7. Electrolyse

8. Photo(électro)catalyse

9. Thermochimie

10. Microalgues – Bassins ouverts

11. Microalgues - Photobioréacteurs

12. Biocatalyse

8

8

<5 ans

Atouts industriels

5-10 ans

Mineur

Majeur

Indifférent

Atouts naturels

Mineur

Intermédiaire

Majeur

>10 ans

conclusions30
Conclusions
  • La conversion du CO2 est dans son enfance comme stratégie globale
  • La conversion constitue une alternative au stockage longue durée
  • La conversion a comme atout long terme que le recyclage est toujours plus attractif
  • que le stockage
  • Les grandes voies de conversion du CO2 de substitution au pétrole
  • vont soit vers l’éthanol soit vers le méthanol
  • Ces voies requièrent de la production d’hydrogène à coût économique
  • et environnemental acceptable
  • La minéralisation peut amener à des produits de construction qui modifient radicalement
  • Le bilan carbone du ciment
  • La production de carbonates à base de CO2 constitue une voie de synthèse chimique
  • qui peut devenir rapidement compétitive
  • Des mécanismes financiers simples peuvent modifier le positionnement économique
  • de la conversion