NFR Nanomat Næringsseminar, Oslo, 1. september, 2010 PROTONLEDENDE OKSIDER FOR BRENSELCELLER OG KATALYTISKE MEMBRANREAKTORER Christian Kjølseth, Protia AS Truls Norby, UiO Department of Chemistry University of Oslo Centre for Materials Science and Nanotechnology (SMN) FERMiO Oslo Research Park truls.norby@kjemi.uio.no http://folk.uio.no/trulsn Protons in oxides Norsk Hydro, Statoil NorECs AS, Oslo EU CerHySep a.o. Nanomat FUNMAT FOET CerPoTech AS, Trondheim Nanomat nanopcfc Nanomat Nanionet Renergi StackPro Renergi KinOxPro VeriCell Protia AS N-INNER EU EFFIPRO BIGCO2 FME BIGCCS FabPro
Keramiske oksider; fra isolator til proton-elektron-leder <1900 Isolator tradisjonell keramikk 1900s Nernst, Wagner Oksidionleder; SOFC 1980 Iwahara, Norby Protonleder; PCFC 2000 Proton-elektron-leder Hydrogenmembraner
Bruk av protonledende keramer Brenselceller Midlere temperaturer Høy brenselutnyttelse Elektrolysører Blandet proton-elektron-leder: H-separasjon Termisk integrert CCS Dehydrogenering
New candidate materials; Proton conductivity? Mixed protonic-electronic conductivity? Stability? Ln-niobates CeNbO 4 La 0.995 Ca 0.005 NbO 4 La 0.99 Ca 0.01 NbO 4 La 0.95 Sr 0.05 NbO 4 Nd 0.99 Sr 0.01 NbO 4 Nd 0.95 Ca 0.05 NbO 4 NdNb 0.95 Ti 0.05 O 4 Gd 0.95 Ca 0.05 NbO 4 Er 0.99 Sr 0.01 NbO 4 Y 0.99 Ca 0.01 NbO 4 Tb 0.98 Ca 0.02 NbO 4 La 0.33 NbO 3 CrNbO 4 Ln-tantalates La 0.99 Ca 0.01 TaO 4 Nd 0.99 Ca 0.01 TaO 4 Gd 0.99 Ca 0.01 TaO 4 Er 0.99 Ca 0.01 TaO 4 Ln sesquioxides Nd 1.95 Ca 0.05 O 3 Nd 1.9 Ca 0.1 O 3 Tb 1.98 Ca 0.02 O 3 GdTbO 3 Ln titanates La 1.98 Ca 0.02 Ti 2 O 7 Nd 1.95 Ca 0.05 Ti 2 O 7 Er 1.99 Ca 0.01 Ti 2 O 7 TiMoO x TiMoO 5 Perovskite-related Complex perovskites Dion-Jacobsen phases Brownmillerites Oxyhydroxides Mayenite Ca 12 Al 14 O 33 Ln-tungstates (Ln 6 WO 12 ) LaW 1/6 O 2 La 0.95 Ca 0.05 W 1/6 O 2 La 0.995 Ca 0.005 W 1/6 O 2 La 0.96 W 1/6 O 1.94 La 0.92 W 1/6 O 1.875 NdW 1/6 O 2 Nd 0.99 Ca 0.01 W 1/6 O 2 GdW 1/6 O 2 Gd 0.99 Ca 0.01 W 1/6 O 2 ErW 1/6 O 2 Er 0.99 Ca 0.01 W 1/6 O 2 Phosphates La(PO 3 ) 3 Ba 3 La(PO 4 ) 3 TiP 2 O 7 Other TiNb 2 O 7 Ca 3 SiO 5
From RCN projects to Protia AS and EU 7th FWP EFFIPRO Photo: M.L. Fontaine, SINTEF SINTEF Sinvent Springfondet, Kistefos RCN NANOMAT Functional Oxides for Energy Technology (FOET) New proton conductors.. Synthesis.. UiO/Birkeland Innovation Patent on H + conducting LaNbO 4 and its fabrication NTNU TTO Cerpotech AS NorECs AS PCFCs Nanionet nanopcfc N-INNER Protia AS StackPro VeriCell EU EFFIPRO
PROTIA AS: BAKGRUNN Miljøer ved Universitet i Oslo, NTNU og SINTEF er i internasjonal toppklasse innen forskning på keramiske protonledere Den patenterte materialklassen La(Nb,Ta)O 4 ble oppdaget ved UiO i 2004 og åpner et nytt mulighetsrom for protonledere Protia samler de norske akademiske miljøene i en struktur som ivaretar de kommersielle aspektene
VISJON OG MÅL Visjon: Protonledende materialer vil bli en essensiell komponent i fremtidens energisystemer fra kullkraft til naturgass og solenergi Mål: Protia AS skal være den fremste leverandøren av keramiske protonledere til internasjonal industri 1950s 1960s 1970s 2000s 2010s Transistor Molekylærbiologi Protonledere Computer Biotech Brenselcelle, membranreaktor
FABPRO FABrication of robust ceramic PROton conductor Mål: Etablere vitenskap og teknologi for en kost-effektiv fabrikasjon av robuste keramiske proton ledende brenselceller, elektrolysører og katalytiske membranreaktorer
GTL: STATUS QUO 3 STEGS PROSESS Høy investeringskostnad, økonomisk bare ved store volum 1. Produserer oksygen og tilsetter naturgass (metan) 2. Produserer hydrogen og karbonmonoksid (syngas) 3. Fischer-Tropsch syntese for produksjon av syntetisk råolje Luft Naturgass Oksygenseparasjons -enhet O 2 Produksjon av syntesegass H 2 CO FT syntese Syntetisk råolje Oppgradering av råoljen Flybensin Bensin Diesel 1 2 3
IDEELL LØSNING: 1-STEGS GTL PROSESS INTENSIVERING Lav investeringskostnad, økonomisk ved små volum 1. Energikatalytiske membranreaktorer omdanner naturgass til flytende drivstoff Naturgass Energikatalytisk membranreaktor Syntetisk råolje Oppgradering av råoljen Flybensin Bensin Diesel 1
VEIEN VIDERE Pågående aktivitet på plattformteknologien protonledere (bl.a. FABPRO) 1 liter/dagen demo anlegg klar til test 1. kvartal 2011 Stor interesse fra investorer