Please use this identifier to cite or link to this item: https://apothesis.eap.gr/handle/repo/32131
Title: Διαχείριση εκπομπών CO2 από βιομηχανικές διεργασίες προς παραγωγή χρήσιμων χημικών προϊόντων και καυσίμων
Authors: ΥΦΑΝΤΗ, ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΑ
Advisor: Μαρνέλλος, Γεώργιος
Issue Date: Oct-2016
Abstract: Από την αρχή του 21ου αιώνα, παρατηρείται ραγδαία αύξηση των παγκόσμιων εκπομπών CO2, η οποία ως επί το πλείστον αποδίδεται στην ανάπτυξη των τομέων βιομηχανίας και ενέργειας. Τα δυο τρίτα των παγκόσμιων εκπομπών αντιπροσωπεύει ο τομέας της ηλεκτροπαραγωγής, γεγονός που τον καθιστά κύριο στόχο πολιτικών μείωσης. Η αποφασιστικότητα για περιορισμό της αύξησης της θερμοκρασίας σε 1,5°C πάνω από τα προ-βιομηχανικά επίπεδα, για να μειωθούν σημαντικά οι κίνδυνοι και η επίδραση της κλιματικής αλλαγής επισφραγίστηκε στη COP21 που έγινε το 2015 στο Παρίσι. Για την επίτευξη της μείωσης και της χαμηλής σταθεροποίησης ακολουθούνται τρεις στρατηγικές: η αύξηση της ενεργειακής απόδοσης σε συνδυασμό με τη μείωση έντασης άνθρακα στην ενεργειακή τροφοδοσία όταν η τελευταία είναι εφικτή, η δέσμευση και αποθήκευση (CCS) και η in situ ενεργοποίηση του CO2, που είναι το αντικείμενο της παρούσης. Γίνεται παρουσίαση των μεθόδων δέσμευσης CO2, προ-καύσης, οξυ-καύσης και μετά-καύσης (χημική και φυσική απορρόφηση, προσρόφηση και άλλες σύγχρονες μέθοδοι). Επιπλέον, γίνεται οικονομική σύγκριση των διεργασιών δέσμευσης χωρίς/με αποθήκευση του δεσμευμένου CO2 (CCS) σε εξαντλημένα κοιτάσματα πετρελαίου και φυσικού αερίου (depleted oil and gas fields, DOGF) ή σε μεγάλου βάθους αλατούχους υδροφορείς, στη θάλασσα ή στη ξηρά, με βάση δυο μελέτες της Διεθνούς Επιτροπής για την Ενέργεια (ΙΕΑ) και της Ευρωπαϊκής Πλατφόρμας για Μηδενικές Εκπομπές (ΖΕΡ), του 2011, που αφορούν αποκλειστικά τον τομέα της παραγωγής ενέργειας. Η ενεργοποίηση του CO2 σε καύσιμα και χημικά προϊόντα προστιθέμενης αξίας προτείνεται ως πιθανή λύση για μικρές διάσπαρτες εγκαταστάσεις, με αραιωμένα σε CO2 καυσαέρια, των οποίων το κόστος της CCS ολοκλήρωσης γίνεται υψηλό. Στην παρούσα μελέτη, επικεντρωνόμαστε στην ετερογενή καταλυτική υδρογόνωση του CO2 και κυρίως στο ρόλο που παίζουν οι ενισχυμένοι καταλύτες μετάλλων μετάπτωσης για την παραγωγή διαφορετικών προϊόντων, που αποτελεί κεντρικό επιστημονικό πεδίο του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Κατάλυση και Προστασία του Περιβάλλοντος του ΕΑΠ. Η υδρογόνωση του CO2 γίνεται με βάση καταλύτη χαλκό (αντίστροφη μετατόπιση χαμηλής θερμοκρασίας) και με βάση καταλύτη σίδηρο (αντίστροφη μετατόπιση υψηλής θερμοκρασίας), ο σίδηρος μπορεί να αντικατασταθεί από νικέλιο και κοβάλτιο για την παραγωγή κυρίως μεθανίου. Απ’ όλη τη σχετική βιβλιογραφία, συγκεντρώσαμε τις περιπτώσεις όπου ενισχύεται η κατάλυση των δυο αντιδράσεων με προσθήκη ενισχυτών, όπως άλλου/ων μετάλλου/ων μετάπτωσης, όξινων/βασικών ομάδων και στοιχείων της ομάδας λανθανίδων. Τέλος, αναφέρονται ξεχωριστά τα ευγενή μέταλλα που ενώ ανήκουν στα μέταλλα μετάπτωσης, μπορούν να αντικαταστήσουν τον καταλύτη χαλκό (Cu) για την παραγωγή κυρίως μεθανόλης, γιατί παρουσιάζουν ενδιαφέρον ως νέοι καταλύτες με συγκριτικά πλεονεκτήματα τη χαμηλή θερμοκρασία υδρογόνωσης του CO2, την μη τοξικότητα, την ασφάλεια (μη πυροφορικότητα), την ανοχή σε έκθεση στον αέρα και τους υδρατμούς, τη σταθερότητα και την εφαρμογή σε μικρές εγκαταστάσεις και κινητές εφαρμογές. Συμπεραίνεται ότι, για έναν ολοκληρωμένο CCS βελτιστοποιημένο σταθμό ηλεκτροπαραγωγής (optimized power plant, OPTI) με καύσιμο φυσικό αέριο (Combined Cycle Gas Turbine, CCGT), περίπτωση Μια Μονάδα–Ένας Αποδέκτης, το κόστος αποφυγής του CO2 (εξαρτάται πολύ από τη τιμή των καυσίμων) είναι πολύ υψηλότερο από το κόστος αποφυγής του CO2 (εξαρτάται κυρίως από το κόστος αποθήκευσης του CO2) για ολοκληρωμένο CCS βελτιστοποιημένο σταθμό ηλεκτροπαραγωγής με καύσιμο ασφαλτούχο άνθρακα. Ως εκ τούτου, είναι φθηνότερο να κατασκευάζονται σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με φυσικό αέριο χωρίς CCS και να πληρώνουν για τα επιτρεπόμενα δικαιώματα σε εκπομπές CO2 (Emission Units Allowances, EUAs), από την κατασκευή τους με CCS. Ιδιαίτερα ο χρυσός (Au) από τα ευγενή μέταλλα, που ανήκει στην ίδια ομάδα του Περιοδικού Πίνακα με το χαλκό (ΙΒ), αποδεικνύεται κατάλληλος καταλύτης βάσης για τη σύνθεση μεθανόλης με υδρογόνωση του CO2, γιατί ακολουθεί τον ίδιο διπλό μηχανισμό (άμεση και έμμεση διαδρομή) και παρουσιάζει υψηλή δραστικότητα, σε σύγκριση με τους ενισχυμένους για αυτή τη σύνθεση καταλύτες Cu-ZnO (κλασσικοί καταλύτες της μετατόπισης χαμηλής θερμοκρασίας). Χρειάζεται περαιτέρω βελτιστοποίηση των ετερογενών καταλυτικών συστημάτων με αξιοποίηση σύγχρονων μεθόδων προσδιορισμού, όπως π.χ. η ανάλυση Bader (Quantum Theory of Atoms in Molecules, QTAIM), των φυσικών και χημικών χαρακτηριστικών τους, της μικροσκοπικής δομής και των χημικών χαρακτηριστικών της επιφάνειας τους, σε πρώτη φάση για εφαρμογή σε μικρές εγκαταστάσεις και κατόπιν σε μεγάλης κλίμακας εφαρμογές.
Appears in Collections:ΚΠΠ Διπλωματικές Εργασίες

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ_ΕΡΓΑΣΙΑ_ΥΦΑΝΤΗ.pdf1.8 MBAdobe PDFView/Open


Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.