HYBREC – Reactor system for the production of solar fuels from H2O, CO2, and CH4

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501854

Schlüsselwörter (Englisch)

Solar Energy, Solar Reactor, Solar fuels, CSP, CFD

Kurzbeschreibung (Deutsch)

In diesem Projekt geht es um die Modellierung und die experimentelle Demonstration eines thermochemischen Reaktors zur Umwandlung von H2O/CO2/CH4 in Synthesegas zur Herstellung von flüssigen Kraftstoffen. Die Integration des Reaktors in eine Solartreibstoffanlage und die Wirtschaftlichkeit des Prozesses wird mittels System- und techno-ökonomischer Analysen untersucht. Dieses Projekt ist eng mit dem BFE Projekt FUELREC verbunden.

Kurzbeschreibung (Englisch)

This project is aimed at the modelling and experimental demonstration of one of the core components of a solar fuels plant. Namely, the thermochemical reactor system for converting H2O/CO2/CH4 into syngas, the precursor to liquid hydrocarbon fuels. The integration of the reactor into a solar fuels plant is studied by a detailed plant model and the economic viability of the technology is assessed by a techno-economic analysis. This project is closely linked to the BFE project FUELREC.

Kurzbeschreibung (Französisch)

Ce projet porte sur la modélisation et la démonstration expérimentale d'un réacteur thermochimique pour la conversion de H2O/CO2/CH4 en gaz de synthèse pour la production de carburants liquides. L'intégration du réacteur dans une installation de production de carburant solaire et la rentabilité du processus seront étudiées au moyen d'analyses systémiques et technico-économiques. Ce projet est étroitement lié au projet FUELREC de l'OFEN.

 

Publikationen / Ergebnisse (Englisch)

M. Zuber et al., "Methane dry reforming via a ceria-based redox cycle in a concentrating solar tower," Sustainable Energy & Fuels, 2023
https://doi.org/10.1039/D2SE01726A

B. Bulfin, M. Zuber, O. Gräub, and A. Steinfeld, "Intensification of the reverse water–gas shift process using a countercurrent chemical looping regenerative reactor," Chemical Engineering Journal, vol. 461, 2023, doi: 10.1016/j.cej.2023.141896.
B. Bulfin, M. Zuber, and A. Steinfeld, "Countercurrent Chemical Looping for Enhanced Methane Reforming with Complete Conversion and Inherent CO2 Separation", in preparation
*C. Moretti, V. Patil, C. Falter, L. Geissbuhler, A. Patt, and A. Steinfeld, "Technical, economic and environmental analysis of solar thermochemical production of drop-in fuels," Sci Total Environ, vol. 901, p. 166005, Aug 2 2023, doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.166005.

Schlussbericht (Deutsch)

Das HYBREC Projekt untersucht die Ceroxid-basierte Redox-Trockenreformierung. Der Prozess wird durch konzentrierte Sonnenenergie angetrieben, welche die für die endothermen Reaktionen erforderliche Hochtemperaturprozesswärme liefert. Das Endprodukt is Synthesegas – ein Zwischenprodukt für die Herstellung von flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffen. Im vergangenen Jahr gab es vor allem Fortschritte im Bereich der Reaktormodellierung für die Strömungssimulation (CFD) des Prozesses. Das numerische Programm porousRedoxFoam wurde innerhalb der OpenFOAM-Umgebung entwickelt, um reversible heterogene Reaktionen zu modellieren. Die numerischen Simulationsergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung im Vergleich zu den experimentellen Resultaten. Das Modell wird nun in einem weiteren Schritt für das Design und die Optimierung des Reaktorrohrs verwendet und dient als Werkzeug für die Skalierung der Technologie.

Schlussbericht (Englisch)

The HYBREC Project considers the ceria-based redox dry reforming. The process is driven by concentrated solar energy, which provides the high-temperature process heat required for the endothermic reactions. The final product is syngas – a precursor to drop-in liquid hydrocarbon fuels. The past year saw progress mainly with respect to the computational fluid dynamic (CFD) reactor model to simulate the process. A solver, porousRedoxFoam, has been developed within the OpenFOAM environment to model reversible heterogenous reaction. Numerical results show good matching when compared to experimental tests. The model is then used for design and optimization of a reactor tube and serves as a tool for the scale-up of the technology.

Zugehörige Dokumente

• Final Report [PDF] 1'124 kB

Schlussbericht (Französisch)

Le projet HYBREC étudie le reformage redox à sec à base d'oxyde de cérium. Le processus est alimenté par de l'énergie solaire concentrée, qui fournit la chaleur industrielle à haute température nécessaire pour les réactions endothermiques. Le produit final est le gaz de synthèse, un produit intermédiaire pour la production de carburants liquides à base d'hydrocarbures. L'année dernière, des progrès ont été réalisés dans le domaine de la modélisation du réacteur pour la simulation de l'écoulement (CFD) du processus. Le programme numérique porousRedoxFoam a été développé au sein de l'environnement OpenFOAM afin de modéliser des réactions hétérogènes réversibles. Les résultats de la simulation numérique montrent un bon accord par rapport aux résultats expérimentaux. Le modèle est maintenant utilisé dans une étape ultérieure pour la conception et l'optimisation du tube du réacteur et sert d'outil pour la mise à l'échelle de la technologie.