The process

The project will deliver sustainable processes to produce hydrogen and methanol as energy vectors using only sunlight as an energy source and wastewater and CO2 as feedstocks, making the industries more auto-sufficient. The pathway is based on solar-driven artificial photosynthesis, and aims to use catalytic earth-abundant materials, modifying them to improve catalytic processes.

Diagram of green solar fuel production using sunlight, CO₂, and industrial waste water.

Design parameters of the PEC cell will be tuned to maximize solar to fuel (STF) efficiency. Moreover, to improve the conversion for industrial implementation, Photosint will develop a novel way to concentrate and illuminate the semiconductor surface to maximize overall energy efficiency. Perovskite solar PV cells will be integrated to harvest the light to supply the external electrical voltage.

For integrating sunlight energy into the industry, the catalyst will be studied, and then the best one/s will be implemented in prototypes. The obtained results will be used for making scale-up in pilots with tandem PEC cells. These steps are necessary to assess the industrial scale-up feasibility, promoting the increased competitiveness of renewable process energy technologies and energy independence. MeOH and H2 will be tested in engines. Also, an HTPEM fuel cell will be used for electricity generation, and hydrogen will be tested as an alternative fuel for energy generation instead natural gas in melting furnaces avoiding CO2 emissions.

La metodología

Diagrama de las etapas del proyecto para el desarrollo de células PEC, desde las pruebas iniciales hasta la sostenibilidad y la aplicación industrial.

La metodología de Photosint se puede segmentar en 6 partes que cubren las 7 LB principales del proyecto.

Icono de luminosidad

Definición fina de material de electrodos y dispositivos de catalizador

El objetivo principal es desarrollar el catalizador que se empleará en las actividades de demostración, maximizando la eficiencia y la tasa de conversión de los productos objetivo.

Grid icon

Diseño de células fotovoltaicas

El objetivo es desarrollar un diseño básico del dispositivo e integrarlo en el prototipo para comprobar el rendimiento y ajustar los parámetros buscando la máxima capacidad de absorción. Tras las pruebas del prototipo, se implementará un diseño final detallado basado en el comportamiento del prototipo. En un entorno industrial, este diseño final se acoplará a los pilotos para producir mayores cantidades de combustible solar.

Icono de flor

Actividad de modelización y validación del proceso

En esta fase se desarrollará un modelo matemático que reproduzca el comportamiento de los procesos Photosint, dando una importante entrada para el estudio y evaluación para la implantación de la tecnología en cualquier industria de proceso químico.

Icono de la batería

Definición precisa del material de los electrodos y de los dispositivos catalizadores

El objetivo principal es desarrollar el catalizador que se empleará en las actividades de demostración, maximizando la eficiencia y el índice de conversión de los productos objetivo.

Icono de flecha hacia arriban

Pilotos de células PEC en tándem

El escalado a pilotos de PEC Cells en tándem será un paso crucial para integrar la tecnología en los procesos industriales desarrollados en anteriores WP. Abordaremos las actividades piloto, aumentando la capacidad de producción a partir de prototipos, y haciendo que el proceso sea más interesante desde el punto de vista de la integración e implementación industrial y la sustitución de la energía fósil de proceso.

Icono globo Europa África

Sostenibilidad, impacto y explotación

El WP6 tiene como objetivo llevar a cabo con éxito la evaluación de la sostenibilidad de los sistemas Photosint, haciendo hincapié en los pilotos y el escalado industrial. También evaluaremos mediante ACV el impacto medioambiental, sanitario y de seguridad de la tecnología del proyecto en comparación con la forma actual de producción de energía.

Principales avances

El proyecto aportará avances significativos en:

Desarrollo de catalizadores para sistemas PEC: el objetivo es mejorar la eficiencia de la oxidación del agua y la reducción del CO2 para producir combustible líquido. La misma acción, sólo en la oxidación del agua, para producir hidrógeno. Se cultivarán directamente nuevos materiales nanoestructurados de ingeniería mediante combustión en disolución para generar catalizadores para OER, HER y CO2RR.

Absorción de luz solar para la producción de combustible solar: Los materiales innovadores se integrarán en minimódulos fotovoltaicos eficientes, para aumentar el rendimiento del sistema, necesitando menos cantidad de material y de células solares para obtener la densidad de corriente y el voltaje requeridos. Además, la integración de células fotovoltaicas y electroquímicas maximizará la captación de luz por material utilizado, al tiempo que aumentará la conversión de energía solar en química por CM2 de célula fotovoltaica.

Mujer trabajando en remoto

Industrial validation:
The systems developed in PHOTOSINT will be validated on industrial environments, with the support of BNIG, STE, EMU, TOR and AZO:

  1. At the BNIG Biogas Plant, the produced methanol will be tested in an HTPEM fuel cell for direct electricity production.
  2. Produced Hydrogen will be used at TOR for frit melting, and at STE’s pilot glass furnace as an alternative fuel for glass melting.
  3. EMU will test the produced methanol and Hydrogen in a dual fuel engine for energy production, for assessing the potential integration on chemical industries.
  4. AZO will use Hydrogen as feedstock for fertilizers production and methanol as raw material for nitrogen reduction in wastewater treatment obtained from the fertilizer production process.