Improved CaO-based Materials for Thermochemical Energy Storage in Concentrated Solar Power Applications
| Autor: | Piqué Prat, David |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Química, Instituto Superior Técnico Lisboa, Pérez González, Juan Jesús, Lourenço Teixeira, Paula Alexandra, Costa Pinheiro, Carla Isabel |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2022 |
| Předmět: |
Solar collectors -- Batteries -- Design and construction
Carbon sequestration -- Industrial applications Col·lectors solars -- Bateries -- Disseny i construcció Acumuladors -- Materials -- Propietats tèrmiques Calcium looping Suportes inertes Acumuladors -- Materials -- Proves Armazenamento térmico de energia Método sol-gel Thermal energy storage Energies::Energia solar tèrmica [Àrees temàtiques de la UPC] Storage batteries -- Materials -- Thermal properties Ciclo do cálcio Emmagatzematge de diòxid de carboni -- Aplicacions industrials Inert supports Storage batteries -- Materials -- Tests Concentradores de energia solar Materiais á base de CaO Concentrated solar power Energies::Tecnologia energètica::Emmagatzematge i transport de l'energia [Àrees temàtiques de la UPC] Sol-gel method CaO-based materials |
| Popis: | Calcium looping (CaL) is considered a promising process for thermochemical energy storage (TCES) that can be combined with concentrated solar power (CSP) plants to improve system efficiency. The objective of this thesis is to prepare different CaO-based materials by the sol-gel method with improved properties (higher porosity, stability and absorptivity at the wavelengths that correspond to solar radiation) for CaL. Furthermore, the effect of steam on the reactivity and stability of the materials throughout the CaL process will be studied. The CaL experiments were conducted in a fixed-bed unit over 10 calcination-carbonation cycles, with calcination and carbonation temperatures of 930 ºC and 800 ºC, respectively. The selected support materials were: MethocelTM, SiC, MgO and CeO2. TGA, XRD, SEM, and N2 adsorption techniques were used to examine XRD phases, thermal, textural, and morphological properties before and after the 10 cycles. A sorbent synthesised using the sol-gel method and composed by 100 % of CaO was used as a reference. In this work, the use of steam had no long-term benefit on sorbent reactivity, even with higher SBET than the reference. MethocelTM /CaO-based sorbents showed a low level of deactivation, a small reduction in SBET, and a small increase in crystallite size, however its performance in CaL is lower than the reference. The SiC/CaO-based sorbents showed by far the worst results, with high deactivation levels. CeO2/CaO based sorbents obtained a slightly worse results than the reference. The best results were obtained by the MgO/CaO-based sorbents, more specifically with 10 % of MgO, increasing the heat storage density (HSD) relatively to the commercial CaCO3 by 121 % O ciclo do cálcio (CaL) é considerado um processo promissor para armazenamento de energia termoquímica (TCES), nomeadamente quando combinado com concentradores de energia solar (CSP) de modo a melhorar a eficiência do sistema. O objetivo desta tese é usar o método sol-gel para preparar diferentes materiais à base de CaO, com propriedades melhoradas para o CaL (maior porosidade, estabilidade e absorvância solar). Além disso, será estudado o efeito do vapor na reatividade e estabilidade dos materiais ao longo do CaL. Os ensaios de CaL foram realizados num reator de leito fixo, ao longo de 10 ciclos de calcinação e carbonatação com uma temperatura de 930 °C e 800 °C, respetivamente. Foram selecionados os seguintes aditivos: MethocelTM, SiC, MgO e CeO2. As técnicas de TGA, XRD, SEM e adsorção de N2 foram utilizadas para analisar as fases de XRD e as propriedades térmicas texturais e morfológicas dos materiais, antes e depois dos 10 ciclos. Um absorvente sintetizado pelo método sol-gel e composto por 100 % de CaO foi usado como referência. Neste estudo, verificou-se que a longo prazo, a adição de vapor não melhora a reatividade do adsorvente, mesmo tendo sido observado um aumento da área BET relativamente à referência O absorvente aditivado com MethocelTM apresentou um baixo nível de desativação, uma pequena redução da área BET, e um pequeno aumento do tamanho da cristalite, contudo o seu desempenho durante o CaL foi inferior ao da referência. Os adsorventes aditivados com SiC mostraram de longe, os piores resultados, apresentando elevados níveis de desativação. Os adsorventes aditivados com CeO2 obtiveram um desempenho ligeiramente inferior à referência. Os melhores resultados foram obtidos pelos adsorventes aditivados com MgO, mais especificamente com 10 % de MgO, aumentando relativamente ao CaCO3 comercial a densidade de armazenamento energético (HDS) em cerca de 121% Objectius de Desenvolupament Sostenible::7 - Energia Assequible i No Contaminant::7.b - Per a 2030, ampliar la infraestructura i millorar la tecnologia per tal d’oferir serveis d’energia moderns i sostenibles per a tots els països en desenvolupament, en particular els països menys avançats, els petits estats insulars en desenvolupament i els països en desenvolupament sense litoral, d’acord amb els programes de suport respectius |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|