From lab scale to pilot plant: flow analysis of different electrolyzers for CO₂ electrorduction scale-up

Abstract

Anthropogenic actions have caused a dramatic increase in carbon dioxide (CO2) emissions into the environment, particularly into the atmosphere. The main consequence of this gas in the atmosphere is the phenomenon commonly known as the greenhouse effect, which is the primary driver of climate change. [Díaz et al, 2022] The electrochemical valorization of CO2, powered by renewable sources, presents a promising alternative to mitigate greenhouse gas emissions while generating value– added products. Among these products, formic acid (HCOOH) or formate (HCOO- ) depending on the pH, is particularly noteworthy. [Fernández et al, 2024] One of the most commonly used reactors in electrochemical applications is the filter– press reactor because it offers numerous advantages over other types of electrochemical reactors. The primary goal of this Final Degree Project is to design and build an experimental setup to investigate the Residence Time Distribution (RTD) in three different electrolyzers potentially utilized in carbon dioxide electroreduction studies in DEPRO’s research group at the Chemical and Biomolecular Engineering Department at the University of Cantabria. This approach will help examine the impact of scaling up from laboratory scale to a future pilot plant

Las acciones antropogénicas han causado un aumento dramático en las emisiones de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera. La principal consecuencia de este gas en la atmósfera es el fenómeno conocido como el efecto invernadero, que es el principal responsable del cambio climático. [Díaz et at, 2022] La valorización electroquímica del CO2, impulsada por fuentes renovables, presenta una alternativa prometedora para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero se generan productos de valor añadido. Entre estos productos, el ácido fórmico (HCOOH) o formiato (HCOO-), dependiendo del pH, son particularmente notables. [Fernández et al, 2024] Uno de los reactores más utilizados en aplicaciones electroquímicas es el reactor de filtro–prensa debido a sus numerosas ventajas sobre otros tipos de reactores electroquímicos. El objetivo principal de este proyecto es diseñar y construir un sistema experimental para investigar la Distribución de Tiempos de Residencia (DTR) en tres electrolizadores diferentes que son utilizados en estudios de electroreducción de dióxido de carbono del grupo de investigación DePRO del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad de Cantabria. Este enfoque ayudará a examinar el impacto del escalado desde el laboratorio a una futura planta piloto