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Enhanced Mass Transport in Electrochemical Systems for Renewable Fuels and Clean Water

Descripción del proyecto

Una nueva versión de vectores energéticos ecológicos

La demanda de nuevos vectores energéticos ecológicos está creciendo. El aumento de la oferta de energía eólica y solar recogida puede utilizarse para sintetizar combustibles como el hidrógeno, el gas de síntesis y el amoníaco, así como agua limpia mediante métodos electroquímicos. Sin embargo, los métodos electroquímicos actuales no se consideran tecnologías líderes del mercado en los sectores del agua o la energía, debido a las limitaciones en la intensificación de procesos. El proyecto EnTER aplicará un enfoque multiescala para abordar estas limitaciones del transporte. Su objetivo es comprender y mejorar el transporte en masa utilizando conceptos novedosos. Estudiará electrodos de suspensión. Se controlarán las burbujas de gas mientras se altera al mismo tiempo la capa límite de difusión mediante el control de la oscilación de la presión. Se utilizarán conceptos de ingeniería de reactores para mitigar los gradientes de concentración a gran escala.

Objetivo

To meet the growing demand for green energy carriers and clean water for the next decades, we can use the increasing supply of harvested solar and wind energy to synthesize fuels (hydrogen, syngas, ammonia, etc.) and clean water via electrochemical methods. Electrochemical methods have the advantage of single-step, energy-efficient and low-temperature conversion of chemicals. However, despite developments in electrocatalysts and system design in the past decade, none of the electrochemical methods has grown to a market-leading technology in the energy or water sector because of limitations in process intensification. A boost in electrical current density, without sacrificing energy efficiency, is required to allow large-scale deployment.
This process intensification needs breaking three limitations in mass transport, at three different scales: 1) the diffusion boundary layer (microscale), 2) gas bubble interference (mm-scale) and 3) concentration gradients in the flow compartments bulk. This ERC project will use a multiscale approach to address these three mass transport limitations, and has the objective to understand and enhance mass transport using novel concepts. Diffusion limitations will be addressed via studying suspension electrodes, gas bubbles will be controlled while synergistically disturbing the diffusion boundary layer via pressure swing control, and reactor engineering concepts that are new to the field of electrochemistry are used to mitigate macro-scale concentration gradients. Water electrolysis, CO2 electrolysis and electrodialysis will be used as tool to evaluate these strategies, using fluorescence lifetime imaging (FLIM) and micro particle image velocimetry (μPIV) to observe the local environment at microscale within large-scale systems. This multiscale approach with in-situ measurements of local flow and concentrations will target the fundamental understanding and control of mass transport limitations for universal electrochemical conversion.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

ERC-STG - Starting Grant

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) ERC-2019-STG

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Institución de acogida

TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT
Aportación neta de la UEn
€ 1 500 000,00
Coste total
€ 1 500 000,00

Beneficiarios (1)