SBIR Phase I: Light-Driven Conversion of CO2 and Methane to Syngas

SBIR 第一阶段:光驱动二氧化碳和甲烷转化为合成气

基本信息

  • 批准号:
    1912970
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.41万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-07-01 至 2019-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research project is that the proposed chemical reactor utilizes methane from natural gas, a native resource, and waste carbon dioxide from industrial processes to create syngas, a widely used industrial gas. Syngas is a crucial resource for production of hydrogen, ammonia, methanol, and synthetic fuels. Hydrogen can be used as a clean alternative fuel to gasoline, ammonia is used in the production of fertilizer for food, and methanol can be used to produce olefins that are used to produce plastics. This chemical reactor uses LED light as an energy source instead of heat from burning fuel to consume two potent greenhouse gases and create a commercially relevant product at a competitive price. Using LED light allows for the use of renewable electricity, whenever available, to power the chemical reaction, in effect electrifying the chemical manufacturing process and reducing its carbon emissions. Some commercial benefits of this reactor are: (a) it is low-cost: built out of cost-effective materials such as glass, (b) it can startup and shut down on demand, (c) it can be made into large plants or efficiently scaled-down to build small-scale distributed reactor to produce syngas at the point-of-application. This SBIR Phase I project proposes to build and demonstrate a bench-scale photoreactor for dry methane reforming (DMR) reaction that uses LED light as its primary energy source. To date, DMR has not achieved commercialization due to very high temperature requirements and lack of commercially relevant stable catalyst. The presented photocatalyst overcomes the previous challenges with DMR. At lab-scale, it has has shown unprecedented high reaction rate, selectivity, and stability after long duration testing. This 6-month project will focus on three foundational aspects critical to this technology development: (a) develop a multi-physics thermal model of the bench-scale reactor in COMSOL to understand the energetic effects of the incident light and the endothermicity of the reaction on the catalyst bed, (b) build a bench-scale reactor and perform photocatalysis experiments to measure and optimize reaction rates and energy efficiency, (c) build a techno-economic model that can be used to determine the feasibility of this reactor for commercialization. Upon successful completion of the project, the reactor will be ready for a larger scale pilot implementation at a testing facility.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这个小型企业创新研究项目的更广泛的影响/商业潜力是,拟议的化学反应堆利用天然气(一种本机资源,以及工业过程中的废物二氧化碳)来创建Syngas,这是一种广泛使用的工业天然气。合成气是生产氢,氨,甲醇和合成燃料的关键资源。氢可以用作汽油的干净替代燃料,用于食品肥料的生产,甲醇可用于生产用于生产塑料的烯烃。该化学反应堆使用LED光作为能源,而不是燃烧燃料的热量来消耗两种有效的温室气体,并以有竞争力的价格创建商业相关的产品。使用LED灯可以在可再生能源的情况下使用可再生电力来为化学反应提供动力,实际上可以使化学制造工艺振动并减少其碳排放。该反应堆的某些商业益处是:(a)它是低成本的:是由玻璃等具有成本效益的材料建造的,(b)它可以按需启动和关闭,(c)可以将其制成大型植物或有效地缩放以构建小规模的分布式反应器,以便在涂抹点上产生同性恋。该SBIR I期项目提议建立和演示用于干甲烷改革(DMR)反应的基准尺度的光反应器,该反应使用LED光作为其主要能源。迄今为止,由于温度非常高以及缺乏商业相关的稳定催化剂,DMR尚未实现商业化。提出的光催化剂克服了DMR先前的挑战。在实验室尺度上,它在长时间测试后表现出了前所未有的高反应率,选择性和稳定性。这个为期6个月的项目将重点关注对这一技术开发至关重要的三个基本方面:(a)开发comsol中基准尺度反应堆的多物理热模型,以了解入射光的能量效应,以及反应在催化床上的吸热性的吸热性,(b)构建台式反应器和构建能量的反应率,并构建了光体分解的速度和最佳速度(CAS),并构建了光体分析的速度(CAS),并构建了光体分析率(CAS),并构建了对型号的测量率(CAS),并且COSTAL速度(CAS)的效率(C)逐步效率(C)构建了速率(C),并且COSTAL速度(CAS)的效率(CAS)效率(CAS)的效率(C)效率(C)。可用于确定该反应堆商业化的可行性的技术经济模型。成功完成该项目后,反应堆将准备在测试设施中进行大规模的试点实施。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛的审查标准通过评估来获得支持的。

项目成果

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