Catalytic Reduction of CO₂ into Solid Carbon

Sammanfattning

Denna avhandling undersöker möjligheterna och effektiviteten hos katalytisk reduktion av koldioxid (CO₂) till fast kol genom en dubbelreaktor-Boschprocess. Drivkraften bakom detta arbete är det växande globala fokuset på avkarboniseringsstrategier, med särskild betoning på tekniker som inte bara fångar in utan även omvandlar koldioxid till värdefulla produkter. En omfattande litteraturstudie och simuleringar i ASPEN Plus genomfördes för att identifiera optimala driftparametrar, val av katalysatorer och processdesign. Dessa simuleringar gav förutsägande insikter i reaktorernas beteende, vilket möjliggjorde effektiv justering av parametrar och minimerade behovet av fysiska testcykler. Den teoretiska modellen validerades genom en experimentell uppställning i laboratorieskala vid Swerim AB, där en omvänd vatten-gas-skift-reaktor (RWGSR) och en kolbildningsreaktor (CFR) användes med nickel- respektive koboltkatalysatorer. Experimentella resultat bekräftade bildningen av fast kol, där svepelektronmikroskopi (SEM) visade mikrorörliknande kolstrukturer, vilket verifierade katalysatoreffektivitet och reaktionsbetingelser. Trots tekniska utmaningar såsom reaktorblockering och gasläckage visar studien på teknikens potential för industriell koldioxidinfångning och -användning (CCU). En reviderad process föreslogs med fokus på CO₂-konvertering och energioptimering, vilket visade förbättrad effektivitet genom massa- och energibalansberäkningar. Denna omdesign utnyttjar återvinningsslingor och gaskonditioneringsstrategier för att minska väteförbrukningen samtidigt som kolutbytet per enhet CO₂ maximeras. Resultaten understryker potentialen för skalbara och hållbara vägar för koldioxidreduktion, med betydelse för klimatarbete och framtida slutna livsuppehållande system.