Métodos y sistemas para producir energía a partir de dióxido de carbono.

Un método que comprende:

hacer reaccionar agua y dióxido de carbono con cinc en una cámara de reacción para obtener hidrógeno,

monóxido de carbono y óxido de cinc; y

regenerar el cinc a partir del óxido de cinc haciendo reaccionar, en la cámara de reacción (405), al menos una porción del óxido de cinc con metano,

en el que la reacción y la regeneración se llevan a cabo en la misma cámara de reacción (405).

Métodos y sistemas para producir energía a partir de dióxido de carbono Campo de la invención La presente invención se refiere a métodos para producir combustibles a partir de moléculas más sencillas, tales como dióxido de carbono, agua, y/o metano.

Antecedentes de la invención A la vista de los precios elevados de la gasolina, y de los problemas ambientales asociados con su amplio uso, es deseable desarrollar un vehículo energético que reemplazaría, al menos parcialmente, el uso de la gasolina y que reduciría las emisiones de CO2.

Uno de dichos vehículos energéticos alternativos es el metanol. En ocasiones, una economía hipotética en el futuro basada en la idea del uso de metanol en lugar de combustibles fósiles como medios de transporte de energía se denomina "la economía del metanol". El artículo Beyond Oil and Gas: The Metanol Economy escrito por George A. Olah y publicado en Angewandte Chemie International Edition Volumen 44, Edición 18, Páginas 2636-2639, 2005, propone la economía del metanol y analiza la generación de metanol a partir de dióxido de carbono o de metano.

El documento de patente de Estados Unidos 2005/042166 A1 desvela un método para la producción de una composición gaseosa que contiene hidrógeno, tal como un gas de síntesis que incluye hidrógeno y monóxido de carbono. Aquí se propone controlar la relación molar de hidrógeno a monóxido de carbono (H2:CO) en el gas de síntesis para producir una relación que es adecuada para la síntesis de productos útiles tales como metano o metanol, sin la necesidad de retirar óxidos de carbono de la corriente de gas para ajustar la relación.

La atención también se dirige al documento WO 2006/123330 A2 que desvela un método para producir hidrógeno y vapor en una cámara de reacción que incluye alimentar un elemento metálico contiguo hacia una fuente de descarga; proporcionando la fuente de descarga intermitentemente una descarga suficiente para iniciar una reacción entre al menos una porción del elemento metálico contiguo y vapor de agua; y continuar la reacción en ausencia de descarga.

Sumario de la invención La presente invención proporciona un método que comprende:

hacer reaccionar agua y dióxido de carbono con cinc en una cámara de reacción para obtener hidrógeno, monóxido de carbono, y óxido de cinc; y regenerar el cinc a partir del óxido de cinc haciendo reaccionar, en la cámara de reacción, al menos una porción del óxido de cinc con metano, en el que la reacción y la regeneración se llevan a cabo en la misma cámara de reacción.

La invención se puede usar para producir combustible que es ecológico, y preferentemente mediante el consumo de gases de efecto invernadero, tales como dióxido de carbono y metano.

Los gases de efecto invernadero se pueden capturar de la atmósfera, o a partir de procesos que los liberan a la atmósfera.

Se puede usar aire como una fuente del CO2. El CO2 se puede obtener a partir de procesos que lo producen como un producto secundario, por ejemplo, en procesos que producen combustible a partir de fuentes biológicas, por ejemplo, fermentación de maíz.

Como alternativa, el CO2 se puede obtener a partir de vertederos o de fuentes de gas natural, en los que está presente de forma natural junto con metano (CH4) . En la presente invención, CO2, agua, metano y cinc se hacen reaccionar en conjunto para producir gas de síntesis y óxido de cinc. Sin quedar ligado a la teoría, se supone que el CO2 reacciona con el metal para producir CO y óxido metálico; el agua reacciona con el metal para producir hidrógeno y óxido metálico, y el metano reacciona con el óxido metálico para obtener más CO y metal. De este modo, parte del metal consumido por el agua y el CO2 se regenera mediante el metano, y la cantidad de óxido metálico que se tiene que regenerar por electrólisis, es más pequeña de lo que sería sin el metano. La presencia de metano en el proceso puede ahorrar alrededor de dos tercios de la electricidad necesaria para regenerar el metal a partir del óxido metálico.

Muchas centrales eléctricas convencionales producen, en las horas de menor demanda, por ejemplo por la noche y durante los fines de semana, más energía eléctrica de la que consumen los consumidores. Existe una necesidad en la técnica de almacenar dicha energía eléctrica, de una manera que permita su uso en las horas de uso de mayor

demanda. El metal se puede regenerar a partir del óxido metálico producido por electrólisis en las horas de menor demanda, usando electricidad barata, y el metal producido se puede usar para producir metanol para reemplazar la electricidad cara en las horas de uso máximo. Como alternativa o adicionalmente, el metanol se puede producir en las horas de menor demanda, y se puede usar en las horas de mayor demanda para producir electricidad, por ejemplo, usando una turbina de gas.

Se pueden proporcionar aparatos para producir combustible a partir del CO2 atmosférico como un aparato de producción de combustible independiente, que consume el CO2 del aire, agua de cualquier fuente disponible, y energía. Opcionalmente, la energía se puede obtener a partir de fuentes renovables, tales como energía solar, energía eólica, energía hidráulica, o similares. Como alternativa o adicionalmente, la energía se puede obtener a partir de fuentes de energía eléctrica convencionales basadas en el carbono.

Un aparato para producir combustible puede comprender las siguientes unidades:

I â?" Una unidad de separación de dióxido de carbono â?" esta unidad captura el CO2 del aire, o de cualquier otra fuente disponible, y libera el CO2 para uso en la unidad II que se describe a continuación. Opcionalmente, esta unidad consume solamente aire y calor. II â?" Una unidad de producción de gas de síntesis â?" esta unidad consume agua y el CO2 proporcionado en la primera unidad, y posiblemente también metano o cualquier otro material carbonoso; y les hace reaccionar con un metal para producir hidrógeno y monóxido de carbono (CO) , la mezcla de los mismos se conoce en la técnica como gas de síntesis, o de forma abreviada, syngas. Esta unidad produce un exceso de calor y crea un óxido metálico como residuo. Opcionalmente, el exceso de calor se usa en la unidad I, y el óxido metálico residual se convierte en metal en la unidad IV. III â?" Una unidad de producción de combustible â?" esta unidad produce combustible carbonoso, por ejemplo, metanol, a partir del gas de síntesis producido por la unidad de producción de gas de síntesis. IV â?" una unidad opcional de regeneración de metal, para regenerar el metal a partir del óxido metálico producidos en la unidad de producción de gas de síntesis. La unidad de reciclado de metal puede reducir considerablemente el consumo de metal de todo el aparato, and y en algunos casos reducir este consumo a cero.

Opcionalmente, la unidad de reciclado de metal comprende un baño de electrólisis, configurado para someter a electrólisis al óxido metálico para producir el metal.

El hidrógeno producido por la electrólisis del óxido metálico se puede añadir a la unidad de producción de combustible, ahorrando de este modo al menos una porción del metal y la electricidad necesaria para reciclar esta porción de metal. Además, se pueden usar otras fuentes de hidrógeno para suministrar hidrógeno a la unidad de producción de combustible, además, o en lugar de, hacer reaccionar agua con el metal.

Opcionalmente, la unidad de reciclado de metal recibe calor desde una fuente de calor, por ejemplo, una fuente de calor solar, y/o calor a partir de la unidad de producción de gas de síntesis.

Como alternativa o adicionalmente, el reciclado del metal se puede conseguir por calentamiento del óxido metálico a temperaturas lo suficientemente elevadas. El calor para dicho proceso de reciclado se puede obtener, por ejemplo, a partir de la energía solar.

La energía eléctrica se puede suministrar a las diversas unidades I-IV a partir de cualquier fuente de energía disponible, tal como una central eléctrica nacional o regional. Como alternativa o adicionalmente, el aparato incluye una quinta unidad (en lo sucesivo en el presente documento unidad V) , que produce energía eléctrica para el funcionamiento de las otras unidades a partir de fuentes renovables disponibles localmente tales como energía eólica o solar.

Opcionalmente, hidrógeno y monóxido de carbono se producen en relaciones molares adecuadas para preparar un combustible a partir del gas de síntesis obtenido.

Cualquiera de los métodos tal como se ha descrito anteriormente puede comprender la separación del CO2 de una mezcla de gases, e introducir el CO2 separado... [Seguir leyendo]

1. Un método que comprende:

hacer reaccionar agua y dióxido de carbono con cinc en una cámara de reacción para obtener hidrógeno, monóxido de carbono y óxido de cinc; y regenerar el cinc a partir del óxido de cinc haciendo reaccionar, en la cámara de reacción (405) , al menos una porción del óxido de cinc con metano, en el que la reacción y la regeneración se llevan a cabo en la misma cámara de reacción (405) .

2. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente hacer reaccionar el monóxido de carbono y el hidrógeno para obtener un combustible.

3. El método de la reivindicación 2, que comprende adicionalmente, antes de producir el combustible, enfriar el gas 15 de síntesis con una turbina de gas que usa el gas de síntesis como fluido de trabajo.

4. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente separar al menos una porción del dióxido de carbono a partir de una mezcla de gases recibida desde al menos uno de: gas de vertedero, gas natural y productos gaseosos de fermentación, e introducir en la cámara de reacción (405) el dióxido de carbono separado.

5. El método de la reivindicación 1, en el que dióxido de carbono y metano se obtienen a partir de al menos uno de: gas de vertedero y gas natural.