FRESME: FROM RESIDUAL STEEL GASES TO METHANOL - APORTANDO VALOR AL CO2 3 DE OCTUBRE 2019, MÓSTOLES
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FReSMe: From Residual Steel gases to Methanol
Aportando Valor al CO2
3 de Octubre 2019, Móstoles
“This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020
research and innovation programme under grant agreement No 727504”.
1. Antecedentes
Emisiones de CO2 asociadas a la producción de acero
Producción Global: Métodos de producción Emisiones CO2/ton Acero
1.8 GT Altos hornos ~ 60% Altos hornos 1.6-2.1
Hornos eléctricos ~ 35%
Reducción Directa ~ 5%
La producción de acero supone aproximadamente el 7% de las emisiones globales de CO2 (~2GT/a)
habiendo pocas alternativas tecnológicas para reducirlas
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1. Antecedentes
La descarbonización del sector del acero
• La producción de acero primario está cerca de su
máximo de eficiencia termodinámico con lo que el
margen de mejora es reducido
• La producción de acero secundario a partir de la fusión
de chatarra en hornos eléctricos está limitada por la
disponibilidad de materia prima
• Las tecnologías de reducción directa tienen unas
emisiones más reducidas que los altos hornos pero su
uso está condicionado por el precio del gas natural
• Se han desarrollado procesos alternativos con menores
emisiones pero no se han escalado nivel industrial
• Se está trabajando en procesos sin emisiones tales
como reducción directa con H2 renovable o la
electrólisis pero no se espera que estén listos antes de
2030 y 2040 respectivamente
La captura y utilización de CO2 es la opción más viable en el medio plazo para reducir las emisiones en
la producción de acero
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2. Concepto
FReSMe pretende demostrar la viabilidad técnica y económica de valorizar CO2 e H2 contenidos en
Gases de Alto Horno para la producción de metanol.
FReSMe integra las soluciones desarrolladas en los proyectos H2020 Stepwise y MefCO2 para desarrollar
un demostrador que alcanza un TRL 6-7.
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3. Avances hasta el momento
SEWGS
FReSMe utiliza la tecnología SEWGS (Sorbtion Enhanced Water Gas Shift Reaction) de captura de CO2 ,
H2S y la producción de H2
Reacciones WGS a alta y baja Reacción WGS a alta temperatura
temperatura con captura con captura SEWGS
La tecnología SEWGS permite la captura a alta presión y temperatura con unos costes energéticos de
2.5 MJ/kg CO2
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3. Avances hasta el momento
Nuevos catalizadores y modelización multiescala de la síntesis de metanol
En FReSMe se utiliza el proceso de síntesis de metanol por hidrogenación de CO2 desarrollada por CRI
y sobre este proceso se busca identificar nuevos catalizadores y la optimización multiescala del proceso
Aspectos clave Resultados
Identificar nuevos catalizadores con Se han sintetizado 5 nuevos
mejoras en selectividad/actividad catalizadores con estructura tipo
respecto al estándar CZA Perovskita
Desarrollo de un modelo-multiescala
para la optimización del proceso:
• DFT para modelización de energías
y estructuras
Optimización del proceso mediante • kMC a partir de datos
el modelado del proceso síntesis de termodinámicos y DFT para la
metanol determinación de parámetros
cinéticos y cálculos de conversión,
selectividad, etc.
• CFD para cálculos realistas en
función de geometrías de reactor y
Posibles mecanismos de reacción catalizador, flujos, etc.
para la hidrogenación de CO2
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3. Avances hasta el momento
Fuentes de C y H2 en acerías e integración en FReSMe
Uno de los aspectos claves en FReSMe ha sido el análisis de las corrientes gaseosas generadas en
una acería que pueden ser utilizadas para la síntesis de metanol
Aspectos clave Resultados
Identificar fuentes de Carbono e Hidrógeno en los Se han analizado combinaciones de efluentes
distintos efluentes gaseosos gaseosos para la unidad FReSMe:
• Bajo ratio H2/CO2 favorece el uso
Composición de efluentes gaseosos en una acería
de electrólisis
1. BFG + BOFG • Alto contenido de N2
• Exceso de CO2 disponible para
compresión y transporte
• Estimaciones preliminares de
costes de metanol
3. Avances hasta el momento
Integración de una planta de electrólisis para la producción de metanol en una acería
La integración de las distintas unidades de FReSMe dentro del proceso de fabricación de acero permite
la optimización del conjunto y mediante la integración de flujos de calor, energía y materia
Aspectos clave Resultados
• Dependiendo del escenario
seleccionado, con un mix eléctrico
Determinar las emisiones de la electricidad consumida de como el español se estarían
la red para producir metanol de bajas emisiones y en qué reduciendo las emisiones respecto al
cantidad caso de referencia
• La producción puede ser de hasta
100kg Metanol/Mt acero
• El aprovechamiento del O2 permite
reducciones de más del 10% por
menores demandas de la unidad ASU
Determinar cuales son las partes de una acería en las que
• Las aplicaciones más viables son
es viable valorizar el O2 co-producido en las unidades de
procesos de oxicombustión para el
electrolisis
calentamiento de hornos y la
inyección con carbón pulverizado en
los altos hornos
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3. Avances hasta el momento
Desarrollo del piloto
Los principales componentes del piloto están ya en las instalaciones de SWERIM en Lulea y su
integración y puesta en marcha se producirá entre septiembre y noviembre de 2018 para dar comienzo
a la primera campaña de pruebas en Diciembre de 2019
a) b) c) d) e) f)
a), b) Gas cooling units; c) H2 buffer tank d) Electrolyser (100 Nm3); e) Methanol Reactor; f) Crude methanol tank
93. Avances hasta el momento
Oportunidad de Mercado. Marco regulatorio para transporte terrestre
• La RED II se publica en Diciembre 2018 y deberá trasponerse por los estados miembros antes del 30 de
Junio de 2021
• Limitado el uso de biocombustibles de primera generación y de residuos lipídicos
• Se incluyen combustibles renovables de origen no renovable (e-fuels) y se crean la categoría de
combustibles de carbono reciclado (e.g metanol producidor a partir de gases de alto horno)
• Los criterios para el análisis LCA y las reducciones de GHG exigidas se publicarán antes del Enero de 2021
• Los estados miembros tienen potestad de incluir o excluir los combustibles de carbono reciclado en el
cálculo del contenido renovable de la energía para el transporte
14% 2030
% de energía renovable en el transporte
14%
12%
10% 2020 22 Mton
10%
8% 7.6% con multiplicadores
6% 5.5% sin multiplicadores
4% Tecnologías
existentes
2%
0%
2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030
Source: Eurostat, directive 2009/28, RED II directive * Million tons of methanol equivalent
103. Avances hasta el momento
Oportunidad de Mercado. Marco regulatorio para Transporte marítimo
Acuerdo para reducir la intensidad por unidad transportada al menos un 40% en 2030 y un 70% en 2050
respecto a los niveles de 2018
Los combustibles renovables se beneficia de un multiplicador de 1.2
Obligación de reducir el contenido en azufre en combustibles marinos a un máximo de 0.50% a partir del 1
de enero de 2020 y de 0.1% en zonas SECAS (Sulphur Emission Control Areas)
400
350
300
Combustibles
250
renovables
200 LNG
150
100
Combustibles
50 fósiles
Biocombustibles para
transporte terrestre 2017
0
(15 MM toe)
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Fuente: Smith, T. et al. CO2 emissions from international shipping. Possible reduction targets and their associated pathways. UMAS, 2016
11i-deals.es David Cuesta Pardo
david.cuesta.pardo@everis.comTambién puede leer
