Πληροφορίες: Δρ. Α. Γ. Κωνσταντόπουλος, Τ.Θ. 361 Θέρμη, Θεσσαλονίκη,  Τηλ:  Fax:  Web: ( ) Καταλυτικοί αντιδραστήρες για την παραγωγή Υδρογόνου από Αναμόρφωση Υδρογονανθράκων με τη συνδρομή ηλιακής ενέργειας 1 o Μέρος: Σύνθεση και χαρακτηρισμός καταλυτικών συστημάτων Ni υποστηριγμένων σε σπινελικές δομές Χ. Παγκούρα 1, Σ. Λορέντζου 1, Α. Ζυγογιάννη 1, Π. Δημοτίκαλης 1, Χ. Αγραφιώτης* 1, Α.Γ. Κωνσταντόπουλος 1, Α.Α. Λεμονίδου 2 1 Εργαστήριο Τεχνολογίας Σωματιδίων & Αερολυμάτων (ΙΤΧΗΔ /ΕΚΕΤΑ), 6 ο χλμ. Χαριλάου-Θέρμης, 57001, Θεσσαλονίκη 2 Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Παν. Θεσ/κης, Τ.Θ. 517, Πανεπιστημιούπολη, 54124, Θεσσαλονίκη «Ηλιακή» αναμόρφωση υδρογονανθράκων με υδρατμούς:  Μείωση των εκπομπών CO 2.  Μείωση του συνολικού κόστους παραγωγής Η 2. Τεχνική SΗS:  Με κατάλληλη ρύθμιση της στοιχειομετρίας των αντιδρώντων (με ρύθμιση του λόγου k: Al/Al 2 O 3 ή Mg/MgO) είναι δυνατή η σύνθεση μικτών οξειδίων σπινελικής δομής MgAl 2 O 4.  Δυνατή και η in-situ σύνθεση συστημάτων Ni-MgAl 2 O 4. Τεχνική ASP (900 ο C):  Προϊόντα με χαμηλό βαθμό κρυσταλλικότητας.  Σχηματισμός δύο ξεχωριστών φάσεων (NiAl 2 O 4 και MgO). Καταλυτική Αξιολόγηση (SHS Συστημάτων):  Αύξηση της (%) μετατροπής CH 4 με τη θερμοκρασία.  Μετατροπή ~97–100% στους 950 o C (μετά από αναγωγή στους 750 o C).  Καταλυτική δραστικότητα και από τα συστήματα ολιβίνη. Ικανότητα απορρόφησης Ηλιακής Ακτινοβολίας:  Απορροφητικότητα ηλιακής ακτινοβολίας επικαλυμμένων αφρών SiC μετά την αναγωγή: 96%. ΠΡΙΝ ΜΕΤΑ Hλιακοί συλλέκτες/αντιδραστήρες αναμόρφωσης: Πορώδεις πυρίμαχοι κεραμικοί αφροί που απορροφούν συγκεντρωμένη ηλιακή ακτινοβολία, επικαλυμμένοι με τα καταλυτικά υλικά αναμόρφωσης. Καταλύτες αναμόρφωσης: Πολύτιμα μέταλλα ή Ni υποστη- ριγμένο σε μικτά οξείδια Ca-Al (CaAl 4 O 7 ) και Mg-Al (MgAl 2 O 4 ). Τεχνικές Σύνθεσης:  Aυτοπροωθούμενες Aντιδράσεις Καύσης (SHS)  Αντιδράσεις Πυρόλυσης Νέφους Αερολυμάτων (ASP). Κονά χαρακτηριστικά: Παραγωγή ενεργών υλικών με υψηλή συγκέντρωση πλεγματικών ατελειών (μικροί χρόνοι σύνθεσης και υψηλοί ρυθμοί ψύξης). Αξιολόγηση: καταλυτικής δραστικότητας και «απορρόφησης» ηλιακής ακτινοβολίας Εναπόθεση υλικών με τον καλύτερο συνδυασμό ιδιοτήτων σε αφρούς SiC. Προς την Ευρωπαϊκή Ενωση για την μερική χρηματοδότηση της εργασίας στα πλαίσια του Προγράμματος FP Energy-1, : "Solar steam reforming of methane rich gas for synthesis gas production" (SOLREF). Τεχνική ΑSP: Ατομοποίηση πρόδρομων υδατικών διαλυμάτων, διέλευση σταγονιδίων από θερμαινόμενο αυλωτό αντιδραστήρα και σχηματισμός σφαιρικών νανο-δομημένων σωματιδίων κατά την αντίδραση: 2Al(NO 3 ) 3.9H 2 O + Mg(NO 3 ) 2.4H 2 O + xNi(NO 3 ) 2.6H 2 O xNiO.MgAl 2 O 4 Μελέτη: της ατμόσφαιρας σύνθεσης (αέρας ή αδρανές N 2 ) και της επίδρασης των συμπλοκοποιητών (π.χ. κιτρικό οξύ/CA). Προϊόντα SHS Διερευνήθηκε η σύνθεση καταλυτικών συστημάτων αναμόρφωσης Ni-MgAl 2 O 4 με τις τεχνικές SHS και ASP. Και με τις δυο τεχνικές είναι δυνατή η σύνθεση ενεργών υλικών σε πολύ μικρούς χρόνους. Τα υλικά που συντέθηκαν επέδειξαν καταλυτική δραστικότητα ως προς την αναμόρφωση CH 4 με υδρατμούς και ιδιαίτερα υψηλή απορροφητικότητα της ηλιακής ακτινοβολίας. Το κόστος αυτών των υλικών είναι σημαντικά μικρότερο από αυτό των πολύτιμων μετάλλων που χρησιμοποιούνται σε ανάλογες εφαρμογές. Τεχνική SΗS: Βασίζεται στη θερμότητα που εκλύεται κατά την (ισχυρά εξώθερμη) καύση μεταλλικών κόνεων (π.χ. Al, Mg). 1 ο Στάδιο: Αντιδράσεις για τη σύνθεση του υποστρώματος: yMgO + 2k Al +(1-k) Al 2 O 3 + O 2 MgAl 2 O 4 kMg + (1-k)MgO + y Al 2 O 3 +O 2 MgAl 2 O 4 2 ο Στάδιο: Εμποτισμός των κόνεων με διάλυμα Ni(NO 3 ) 2, πύρωση για το σχηματισμό του NiO και αναγωγή του NiO προς Ni (έψηση στους o C υπό ροή H 2 ). Εναλλακτικά, in-situ σύνθεση των μικτών οξειδίων με ταυτόχρονη αναγωγή του NiO σε μεταλλικό Ni: x NiO + y MgO + 2 k Al + (1-k) Al 2 O 3 + O 2 x Ni + MgAl 2 O 4 X NiO + k Mg + (1-k) MgO + Al 2 O 3 + O 2 x Ni + MgAl 2 O 4 Περαιτέρω μείωση του κόστους του προϊόντος με υποκατάσταση μέρους του MgO με χαμηλότερου κόστους ορυκτό ολιβίνη ((Mg,Fe) 2 SiO 4 ). Heliostat field reformer H2OH2O Hydrocarbons Synthesis Gas (H 2 /CO) CH 4 + H 2 OCO + 4 H 2 Προϊόντα ASP ASP vs. SHS