962 resultados para HYDROGEN PRODUCTION


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This paper gives an overview of the research done since 1999 at Eindhoven University of Technology in the Netherlands in the field of miniaturization of heterogeneous catalytic reactors. It is described that different incentives exist for the development of these microstructured reaction systems. These include the need for efficient research instruments in catalyst development and screening, the need for small-scale reactor devices for hydrogen production for low-power electricity generation with fuel cells, and the recent quest for intensified processing equipment and novel process architectures (as in the fine chemicals sector). It is demonstrated that also in microreaction engineering, catalytic engineering and reactor design go hand-in-hand. This is illustrated by the design of an integrated microreactor and heat-exchanger for optimum performance of a highly exothermic catalytic reaction, viz. ammonia oxidation. It is argued that future developments in catalytic microreaction technology will depend on the availability of very active catalysts (and catalyst coating techniques) for which microreactors may become the natural housing.

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The aqueous phase reforming (APR) of xylitol was studied in a continuous fixed bed reactor over three catalysts: Pt/Al2O3, Pt/TiO2 and Pt-Re/TiO2. The data obtained in the case of the monometallic Pt catalysts was compared to the bimetallic Pt-Re sample. The effect of Re addition on the catalyst stability, activity, product formation and selectivity toward hydrogen and alkanes was studied. The bimetallic catalyst demonstrated a higher selectivity to alkanes compared to the monometallic samples. The monometallic catalyst was more selective toward hydrogen formation. A plausible reaction scheme explaining differences in selectivity toward hydrogen and alkanes was proposed and discussed.

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Boron-doped titanium dioxide (B-TiO) films were deposited by atmospheric pressure chemical vapour deposition of titanium(iv) chloride, ethyl acetate and tri-isopropyl borate on steel and fluorine-doped-tin oxide substrates at 500, 550 and 600 °C, respectively. The films were characterised using powder X-ray diffraction (PXRD), which showed anatase phase TiO at lower deposition temperatures (500 and 550 °C) and rutile at higher deposition temperatures (600 °C). X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) showed a dopant level of 0.9 at% B in an O-substitutional position. The ability of the films to reduce water was tested in a sacrificial system using 365 nm UV light with an irradiance of 2 mW cm. Hydrogen production rates of B-TiO at 24 μL cm h far exceeded undoped TiO at 2.6 μL cm h. The B-TiO samples were also shown to be active for water oxidation in a sacrificial solution. Photocurrent density tests also revealed that B-doped samples performed better, with an earlier onset of photocurrent. © 2013 The Owner Societies.

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Through combined theoretical and experimental efforts, the reaction mechanism of ethanol steam reforming on Rh catalysts was studied. The results suggest that acetaldehyde (CH3CHO) is an important reaction intermediate in the reaction on nanosized Rh catalyst. Our theoretical work suggests that the H-bond effect significantly modifies the ethanol decomposition pathway. The possible reaction pathway on Rh (211) surface is suggested as CH3CH2OH -> CH3CH2O -> CH3CHO -> CH3CO -> CH3 + CO -> CH2 + CO -> CH + CO -> C + CO, followed by the water gas shift reaction to yield H-2 and CO2. In addition, we found that the water-gas shift reaction, not the ethanol decomposition, is the bottleneck for the overall ethanol steam reforming process. The CO + OH association is considered the key step, with a sizable energy barrier of 1.31 eV. The present work first discusses the mechanisms and the water effect in ethanol steam reforming reactions on Rh catalyst from both theoretical and experimental standpoints, which may shed light on designing improved catalysts.

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Density functional theory calculations were carried out to examine the mechanism of ethanol decomposition on the Rh(211) surface. We found that there are two possible decomposition pathways: (1) CH(3)CH(2)OH -> CH(3)CHOH -> CH(3)COH -> CH(3)CO -> CH(3) + CO -> CH(2) + CO -> CH + CO -> C + CO and (2) CH(3)CH(2)OH -> CH(3)CHOH -> CH(3)COH -> CH(2)COH -> CHCOH -> CHCO -> CH + CO -> C + CO. Both pathways have a common intermediate of CH(3)COH, and the key step is the formation of CH(3)CHOH species. According to our calculations, the mechanism of ethanol decomposition on Rh(211) is totally different from that on Rh(111): the reaction proceeds via CH(3)COH rather than an oxametallacycle species (-CH(2)CH(2)O- for Rh( 111)), which implies that the decomposition process is structure sensitive. Further analyses on electronic structures revealed that the preference of the initial C(alpha)-H path is mainly due to the significant reduction of d-electron energy in the presence of the transition state (TS) complex, which may stabilize the TS-surface system. The present work first provides a clear picture for ethanol decomposition on stepped Rh(211), which is an important first step to completely understand the more complicated reactions, like ethanol steam reforming and electrooxidation.

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Titanium dioxide coatings have potential applications including photocatalysts for solar assisted hydrogen production, solar water disinfection and self-cleaning windows. Herein, we report the use of suspension plasma spraying (SPS) for the deposition of conformal titanium dioxide coatings. The process utilises a nanoparticle slurry of TiO2 (ca. 6 and 12 nm respectively) in water, which is fed into a high temperature plasma jet (ca. 7000-20 000 K). This facilitated the deposition of adherent coatings of nanostructured titanium dioxide with predominantly anatase crystal structure. In this study, suspensions of nano-titanium dioxide, made via continuous hydrothermal flow synthesis (CHFS), were used directly as a feedstock for the SPS process. Coatings were produced by varying the feedstock crystallite size, spray distance and plasma conditions. The coatings produced exhibited ca. 90-100% anatase phase content with the remainder being rutile (demonstrated by XRD). Phase distribution was homogenous throughout the coatings as determined by micro-Raman spectroscopy. The coatings had a granular surface, with a high specific surface area and consisted of densely packed agglomerates interspersed with some melted material. All of the coatings were shown to be photoactive by means of a sacrificial hydrogen evolution test under UV radiation and compared favourably with reported values for CVD coatings and compressed discs of P25.

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The efficiency of solar-energy-conversion devices depends on the absorption region and intensity of the photon collectors. Organic chromophores, which have been widely stabilized on inorganic semiconductors for light trapping, are limited by the interface between the chromophore and semiconductor. Herein we report a novel orange zinc germanate (Zn-Ge-O) with a chromophore-like structure, by which the absorption region can be dramatically expanded. Structural characterizations and theoretical calculations together reveal that the origin of visible-light response can be attributed to the unusual metallic Ge-Ge bonds which act in a similar way to organic chromophores. Benefiting from the enhanced light harvest, the orange Zn-Ge-O demonstrates superior capacity for solar-driven hydrogen production.

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Trabalho Final de Mestrado para obtenção de grau de Mestre em Engenharia Mecânica

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Rates of H2 formation have been determined for the thermal decomposition of isopropyl peroxide at l30o-l50oC in toluene and methanol and at l400C in isopropyl alcohol and water. Product studies have been carried out at l400C in these solvents. The decomposition of isopropyl peroxide was shown to be unimolecular with energies of activation in toluene, and methanol of 39.1, 23.08 Kcal/mole respectively. It has been shown that the rates of H2 formation in decomposition of isopropyl peroxide are solvent dependent and that the ~ vs "'2';' values (parameters for solvent polarity) givesastraight line. Mechanisms for hydrogen production are discussed which satisfactorily explain the stabilization of the six-centered transition state by the solvent. One possibility is that of conformation stabilization by solvent and the other, a transition state with sufficient ionic character to be stabilized by a polar solvent. Rates of thermal decomposition of 1,2-dioxane in tert-butylbenzene at l40o-l70oC have been determined. The activation energy was found to be 33.4 Kcal/mole. This lower activation energy, compared to that for the decomposition of isopropyl peroxide in toluene (39.1 Kcal/mole) has been explained in terms of ring strain. Decomposition of 1,2 dioxane in MeOH does not follow a first order reaction. Several mechanisms have been suggested for the products observed for decomposition of 1;2-dioxane in toluene and methanol.

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La gazéification est aujourd'hui l'une des stratégies les plus prometteuses pour valoriser les déchets en énergie. Cette technologie thermo-chimique permet une réduction de 95 % de la masse des intrants et génère des cendres inertes ainsi que du gaz de synthèse (syngaz). Le syngaz est un combustible gazeux composé principalement de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène (H2) et de dioxyde de carbone (CO2). Le syngaz peut être utilisé pour produire de la chaleur et de l'électricité. Il est également la pierre angulaire d'un grand nombre de produits à haute valeur ajoutée, allant de l'éthanol à l'ammoniac et l'hydrogène pur. Les applications en aval de la production de syngaz sont dictées par son pouvoir calorifique, lui-même dépendant de la teneur du gaz en H2. L’augmentation du contenu du syngaz en H2 est rendu possible par la conversion catalytique à la vapeur d’eau, largement répandu dans le cadre du reformage du méthane pour la production d'hydrogène. Au cours de cette réaction, le CO est converti en H2 et CO2 selon : CO + H2O → CO2 + H2. Ce processus est possible grâce à des catalyseurs métalliques mis en contact avec le CO et de la vapeur. La conversion catalytique à la vapeur d’eau a jusqu'ici été réservé pour de grandes installations industrielles car elle nécessite un capital et des charges d’exploitations très importantes. Par conséquent, les installations de plus petite échelle et traitant des intrants de faible qualité (biomasse, déchets, boues ...), n'ont pas accès à cette technologie. Ainsi, la seule utilisation de leur syngaz à faible pouvoir calorifique, est limitée à la génération de chaleur ou, tout au plus, d'électricité. Afin de permettre à ces installations une gamme d’application plus vaste de leurs syngaz, une alternative économique à base de catalyseur biologique est proposée par l’utilisation de bactéries hyperthermophiles hydrogénogènes. L'objectif de cette thèse est d'utiliser Carboxydothermus hydrogenoformans, une bactérie thermophile carboxydotrophe hydrogénogène comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène. Pour cela, l’impact d'un phénomène de biominéralisation sur la production d’H2 a été étudié. Ensuite, la faisabilité et les limites de l’utilisation de la souche dans un bioréacteur ont été évaluées. Tout d'abord, la caractérisation de la phase inorganique prédominante lorsque C. hydrogenoformans est inoculé dans le milieu DSMZ, a révélé une biominéralisation de phosphate de calcium (CaP) cristallin en deux phases. L’analyse par diffraction des rayons X et spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier de ce matériau biphasique indique une signature caractéristique de la Mg-whitlockite, alors que les images obtenues par microscopie électronique à transmission ont montré l'existence de nanotiges cristallines s’apparentant à de l’hydroxyapatite. Dans les deux cas, le mode de biominéralisation semble être biologiquement induit plutôt que contrôlé. L'impact du précipité de CaP endogène sur le transfert de masse du CO et la production d’H2 a ensuite été étudié. Les résultats ont été comparés aux valeurs obtenues dans un milieu où aucune précipitation n'est observée. Dans le milieu DSMZ, le KLa apparent (0.22 ± 0.005 min-1) et le rendement de production d’H2 (89.11 ± 6.69 %) étaient plus élevés que ceux obtenus avec le milieu modifié (0.19 ± 0.015 min-1 et 82.60 ± 3.62% respectivement). La présence du précipité n'a eu aucune incidence sur l'activité microbienne. En somme, le précipité de CaP offre une nouvelle stratégie pour améliorer les performances de transfert de masse du CO en utilisant les propriétés hydrophobes de gaz. En second lieu, la conversion du CO en H2 par la souche Carboxydothermus hydrogenoformans fut étudiée et optimisée dans un réacteur gazosiphon de 35 L. Parmi toutes les conditions opérationnelles, le paramètre majeur fut le ratio du débit de recirculation du gaz sur le débit d'alimentation en CO (QR:Qin). Ce ratio impacte à la fois l'activité biologique et le taux de transfert de masse gaz-liquide. En effet, au dessus d’un ratio de 40, les performances de conversion du CO en H2 sont limitées par l’activité biologique alors qu’en dessous, elles sont limitées par le transfert de masse. Cela se concrétise par une efficacité de conversion maximale de 90.4 ± 0.3 % et une activité spécifique de 2.7 ± 0.4 molCO·g–1VSS·d–1. Malgré des résultats prometteurs, les performances du bioréacteur ont été limitées par une faible densité cellulaire, typique de la croissance planctonique de C. hydrogenoformans. Cette limite est le facteur le plus contraignant pour des taux de charge de CO plus élevés. Ces performances ont été comparées à celles obtenues dans un réacteur à fibres creuses (BRFC) inoculé par la souche. En dépit d’une densité cellulaire et d’une activité volumétrique plus élevées, les performances du BRFC à tout le moins cinétiquement limitées quand elles n’étaient pas impactées par le transfert de masse, l'encrassement et le vieillissement de la membrane. Afin de parer à la dégénérescence de C. hydrogenoformans en cas de pénurie de CO, la croissance de la bactérie sur pyruvate en tant que seule source de carbone a été également caractérisée. Fait intéressant, en présence simultanée de pyruvate et de CO, C. hydrogenoformans n’a amorcé la consommation de pyruvate qu’une fois le CO épuisé. Cela a été attribué à un mécanisme d'inhibition du métabolisme du pyruvate par le CO, faisant ainsi du pyruvate le candidat idéal pour un système in situ de secours.

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The present work aims to prepare visible light responsive anion doped titania via sol-gel precipitation method.The prepared catalysts were characterized by various techniques.The photocatalytic abilities of the prepared catalysts were measured by the degradation of dyes,pesticides,hydrogen production through water splitting reaction and antibacterial study.We also compared the activities of prepared catalysts with pure titania prepared in the laboratory and one of the commercial anatase titania samples.

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In dieser Arbeit wurde ein gemischt-ganzzahliges lineares Einsatzoptimierungsmodell für Kraftwerke und Speicher aufgebaut und für die Untersuchung der Energieversorgung Deutschlands im Jahre 2050 gemäß den Leitstudie-Szenarien 2050 A und 2050 C ([Nitsch und Andere, 2012]) verwendet, in denen erneuerbare Energien einen Anteil von über 85 % an der Stromerzeugung haben und die Wind- und Solarenergie starke Schwankungen der durch steuerbare Kraftwerke und Speicher zu deckenden residualen Stromnachfrage (Residuallast) verursachen. In Szenario 2050 A sind 67 TWh Wasserstoff, die elektrolytisch aus erneuerbarem Strom zu erzeugen sind, für den Verkehr vorgesehen. In Szenario 2050 C ist kein Wasserstoff für den Verkehr vorgesehen und die effizientere Elektromobilität hat einen Anteil von 100% am Individualverkehr. Daher wird weniger erneuerbarer Strom zur Erreichung desselben erneuerbaren Anteils im Verkehrssektor benötigt. Da desweiteren Elektrofahrzeuge Lastmanagementpotentiale bieten, weisen die Residuallasten der Szenarien eine unterschiedliche zeitliche Charakteristik und Jahressumme auf. Der Schwerpunkt der Betrachtung lag auf der Ermittlung der Auslastung und Fahrweise des in den Szenarien unterstellten ’Kraftwerks’-parks bestehend aus Kraftwerken zur reinen Stromerzeugung, Kraft-Wärme-Kopplungskraftwerken, die mit Wärmespeichern, elektrischen Heizstäben und Gas-Backupkesseln ausgestattet sind, Stromspeichern und Wärmepumpen, die durch Wärmespeicher zum Lastmanagment eingesetzt werden können. Der Fahrplan dieser Komponenten wurde auf minimale variable Gesamtkosten der Strom- und Wärmeerzeugung über einen Planungshorizont von jeweils vier Tagen hin optimiert. Das Optimierungsproblem wurde mit dem linearen Branch-and-Cut-Solver der software CPLEX gelöst. Mittels sogenannter rollierender Planung wurde durch Zusammensetzen der Planungsergebnisse für überlappende Planungsperioden der Kraftwerks- und Speichereinsatz für die kompletten Szenariojahre erhalten. Es wurde gezeigt, dass der KWK-Anteil an der Wärmelastdeckung gering ist. Dies wurde begründet durch die zeitliche Struktur der Stromresiduallast, die wärmeseitige Dimensionierung der Anlagen und die Tatsache, dass nur eine kurzfristige Speicherung von Wärme vorgesehen war. Die wärmeseitige Dimensionierung der KWK stellte eine Begrenzung des Deckungsanteils dar, da im Winter bei hoher Stromresiduallast nur wenig freie Leistung zur Beladung der Speicher zur Verfügung stand. In den Berechnungen für das Szenario 2050 A und C lag der mittlere Deckungsanteil der KWK an der Wärmenachfrage von ca. 100 TWh_th bei 40 bzw. 60 %, obwohl die Auslegung der KWK einen theoretischen Anteil von über 97 % an der Wärmelastdeckung erlaubt hätte, gäbe es die Beschränkungen durch die Stromseite nicht. Desweiteren wurde die CO2-Vermeidungswirkung der KWK-Wärmespeicher und des Lastmanagements mit Wärmepumpen untersucht. In Szenario 2050 A ergab sich keine signifikante CO2-Vermeidungswirkung der KWK-Wärmespeicher, in Szenario 2050 C hingegen ergab sich eine geringe aber signifikante CO2-Einsparung in Höhe von 1,6 % der Gesamtemissionen der Stromerzeugung und KWK-gebundenen Wärmeversorgung. Das Lastmanagement mit Wärmepumpen vermied Emissionen von 110 Tausend Tonnen CO2 (0,4 % der Gesamtemissionen) in Szenario A und 213 Tausend Tonnen in Szenario C (0,8 % der Gesamtemissionen). Es wurden darüber hinaus Betrachtungen zur Konkurrenz zwischen solarthermischer Nahwärme und KWK bei Einspeisung in dieselben Wärmenetze vorgenommen. Eine weitere Einschränkung der KWK-Erzeugung durch den Einspeisevorrang der Solarthermie wurde festgestellt. Ferner wurde eine untere Grenze von 6,5 bzw. 8,8 TWh_th für die in den Szenarien mindestens benötigte Wasserstoff-Speicherkapazität ermittelt. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, das technisch-ökonomische Potential von Langzeitwärmespeichern für eine bessere Integration von KWK ins System zu ermitteln bzw. generell nach geeigneteren Wärmesektorszenarien zu suchen, da deutlich wurde, dass für die öffentliche Wärmeversorgung die KWK in Kombination mit Kurzzeitwärmespeicherung, Gaskesseln und elektrischen Heizern keine sehr effektive CO2 -Reduktion in den Szenarien erreicht. Es sollte dabei z.B. untersucht werden, ob ein multivalentes System aus KWK, Wärmespeichern und Wärmepumpen eine ökonomisch darstellbare Alternative sein könnte und im Anschluss eine Betrachtung der optimalen Anteile von KWK, Wärmepumpen und Solarthermie im Wärmemarkt vorgenommen werden.

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[ES]En el presente documento se expone el estudio experimental que consiste en la comparación de diferentes catalizadores en sistemas de reacción avanzados, microrreactores, para la producción de hidrógeno a partir de biogás. El hidrógeno es un vector energético que puede emplearse como combustible, y por tanto, un candidato perfecto para sustituir aquellos combustibles provenientes de fuentes fósiles. Este Proyecto de Fin de Grado se ha basado en desarrollar el proceso conocido como tri-reformado de biogás. Esta técnica, al contrario que las técnicas convencionales de producción, presenta numerosas ventajas ya que la materia prima empleada, el biogás, es una fuente de origen renovable. Para llevar a cabo este estudio se han preparado distintos catalizadores, basados todos ellos en platino. La elección de este metal noble es debido a su alto grado de reactividad, especialmente en sistemas de reacción micro-estructurados. Con el objetivo de reducir los costes asociados al propio catalizador, se añadieron, junto con el platino, otros metales más baratos a fin de analizar su idoneidad en el proceso del tri-reformado. Por tanto, partiendo de un catalizador de referencia que contiene un 5% de platino, se prepararon otros catalizadores mantenido constante, en un 5%, la composición de metal total. Estos catalizadores se han denominado de la siguiente manera: 2.5(Pt-Me), siendo Me cada especie metálica diferente. Tras preparar los catalizadores, se llevaron a cabo diferentes experimentos con un reactor convencional de lecho fijo. El objetivo fue establecer unas condiciones de operación tal que asegurasen una adecuada comparación entre catalizadores. De este modo, se realizaron ensayos de actividad catalítica a diferentes temperaturas y velocidades espaciales para someter a los catalizadores a condiciones de operación extremas, bajo las cuales, las diferencias entre catalizadores fueran más notorias. Una vez detalladas las condiciones de operación adecuadas para la comparación de catalizadores, se llevaron a cabo los correspondientes ensayos con los catalizadores impregnados en los sistemas de reacción avanzados, denominados micorreactores. Estos ensayos se basaron en operar a una velocidad espacial constante para estudiar la influencia de la temperatura. Además, se llevaron a cabo ensayos de estabilidad de hasta 110 horas en las condiciones de operación más desfavorables. Por último se compararon las conversiones de CH4 y CO2 y el rendimiento de H2 de todas las formulaciones catalíticas preparadas, y se concluyó que el mejor candidato para el proceso del tri-reformado es el catalizador 2.5(Pt-Pd).

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Catalysts` precursor of Co/Mg/Al promoted with Ce and La were tested in the steam reforming of methane (SRM). The addition of promoters was made by anion-exchange. The oxides characterization was made by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis that confirmed Co(2+) species in free form on surface and interacted with Mg and Al in the form of solid solution. In the SRM with high fed molar ratio of H(2)O:CH(4) = 4:1, the catalysts showed a great affinity with water and immediately deactivated by oxidation of the active sites. In the stoichiometric ratio of H(2)O:CH(4) = 2: 1 the catalysts were active and presented low carbon deposition during the time reaction tested. Also a test with low fed molar ratio H(2)O:CH(4) = 0.5:1 was carried out to evaluate the stability of the catalysts by CH(4) decomposition and all the catalysts were stable during 6 h of reaction. Promoted catalysts presented lower carbon deposition. (C) 2009 Elsevier B. V. All rights reserved.

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Catalysts with various nickel loads were prepared on supports of ZrO2, ZrO2-Y2O3 and ZrO2-CaO, characterized by XRD and TPR and tested for activity in ethanol steam reforming. XRD of the supports identified the monoclinic crystalline phase in the ZrO2 and cubic phases in the ZrO2-Y2O3 and ZrO2-CaO supports. In the catalysts, the nickel impregnated on the supports was identified as the NiO phase. In the TPR analysis, peaks were observed showing the NiO phase having different interactions with the supports. In the catalytic tests, practically all the catalysts achieved 100% ethanol conversion, H-2 yield was near 70% and the gaseous concentrations of the other co-products varied in accordance with the equilibrium among them, affected principally by the supports. It was observed that when the ZrO2 was modified with Y2O3 and CaO, there were big changes in the CO and CO2 concentrations, which were attributed to the rise in the number of oxygen vacancies, permitting high-oxygen mobility and affecting the gaseous equilibrium. The liquid products analysis showed a low selectivity to liquid co-products during the reforming reactions. (c) 2007 Published by Elsevier B.V.