BE1028610B1 - Process for the simultaneous capture of energy and CO2 from the environment to combat global warming - Google Patents
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Abstract
Procédé captant les énergies primaires que sont l'énergie cinétique du vent, l'énergie quantique des photons solaires et l'énergie potentielle de l'eau des barrages, marées et vagues afin de réduire les rejets thermiques provenant de ces énergies primaires dans l'environnement ; de convertir ces énergies primaires en énergie chimique qui sera stockée au sein des hydroxydes de Mg, Ca, Na ou K, par l'intermédiaire de l'énergie électrique utilisée dans la conversion électrolytique des Chlorures de Mg, Ca, Na ou K en phase aqueuse pour transformer ces derniers en Hydroxydes de Mg, Ca, Na ou K ; et d'arriver ainsi à emmagasiner dans ces Hydroxydes, et sous forme d'énergie chimique, les trois énergies primaires du départ.Process capturing the primary energies that are the kinetic energy of the wind, the quantum energy of solar photons and the potential energy of water from dams, tides and waves in order to reduce the thermal discharges from these primary energies into the environment ; to convert these primary energies into chemical energy which will be stored within the hydroxides of Mg, Ca, Na or K, via the electrical energy used in the electrolytic conversion of the Chlorides of Mg, Ca, Na or K in phase aqueous to transform the latter into hydroxides of Mg, Ca, Na or K; and thus succeed in storing in these Hydroxides, and in the form of chemical energy, the three primary energies of departure.
Description
nod 1 BE2021/0015 Procédé de captage de l'énergie de l'environnement pour lutter contre le réchauffement climatique L’invention se situe dans le domaine des procédés de captage de l’énergie de l’environnement.nod 1 BE2021/0015 Process for capturing energy from the environment to combat global warming The invention lies in the field of processes for capturing energy from the environment.
Contexte de l’invention Actuellement, le passage progressif aux énergies vertes et l’usage de plus en plus important de véhicules électriques ne permettent pas encore de réduire le réchauffement climatique.Context of the invention Currently, the progressive transition to green energies and the increasingly important use of electric vehicles do not yet make it possible to reduce global warming.
Les calottes polaires et les glaciers continuent encore à fondre, le permafrost se dégèle et les incendies de forêts sont de plus en plus intenses.The polar ice caps and glaciers continue to melt, the permafrost is thawing and the forest fires are more and more intense.
Les efforts fournis par le Groupe Intergouvernemental d’Experts sur l’Évolution du Climat, ne visent en effet qu’à réduire les émissions du CO2 (3 à 7 giga tonnes [GT] de CO, à capter par année et 15 GT vers la fin du siècle) afin de limiter le réchauffement à 1,5 °C.The efforts made by the Intergovernmental Group of Experts on Climate Change, in fact only aim to reduce CO2 emissions (3 to 7 giga tonnes [GT] of CO, to be captured per year and 15 GT towards the end of the century) in order to limit global warming to 1.5°C.
Or, il se fait que les activités humaines et l’irradiation solaire transfèrent beaucoup d’énergie dans l’environnement.However, it happens that human activities and solar irradiation transfer a lot of energy to the environment.
Il serait donc utile de capter aussi cette énergie pour la stocker dans des matériaux stables, en vue d'aider à atteindre l’objectif fixé pour la limitation du réchauffement.It would therefore be useful to also capture this energy to store it in stable materials, in order to help achieve the objective set for limiting global warming.
Description des figuresDescription of figures
La Figure 1 montre le schéma du procédé de captage de l’énergie et du CO, de l’environnement.Figure 1 shows the diagram of the process for capturing energy and CO from the environment.
L'énergie solaire 1 est sous- exploitée car la majeure partie de l'énergie quantique des photons 2 reçus du soleil est laissée libre et chauffe la partie de la terre éclairée.Solar 1 energy is underutilized because most of the quantum energy of 2 photons received from the sun is left free and heats the illuminated part of the earth.
Seule une petite partie 3 de cette énergie est actuellement convertie en énergie électrique. Le procédé peut utiliser une quantité augmentée de cette énergie 4 pour convertir les chlorures en hydroxydes à des fins de captage d’énergie dans l’installation 13 où des chlorures en solution aqueuse 14 sont convertis électrolytiquement en hydroxydes insolubles et solubles 15. Les hydroxydes insolubles 16 sont ceux du Mg et du Ca, qui peuvent servir pour le stockage d’énergie de longue durée. Les hydroxydes solubles 17 sont ceux du Na et du K. Les hydroxydes insolubles et insolubles aboutissent en 18. Similairement l'énergie éolienne 5 est sous-employée car la majeure partie de cette énergie 6 est laissée libre et relâche des calories dans l’environnement. Seule une petite partie 7 de cette énergie est actuellement convertie en énergie électrique. Le procédé peut utiliser une quantité augmentée da’ énergie 8 pour convertir les chlorures en hydroxydes.Only a small part 3 of this energy is currently converted into electrical energy. The process can use an increased amount of this energy 4 to convert chlorides to hydroxides for energy harvesting purposes in plant 13 where chlorides in aqueous solution 14 are electrolytically converted to insoluble and soluble hydroxides 15. Insoluble hydroxides 16 are those of Mg and Ca, which can be used for long-term energy storage. The soluble hydroxides 17 are those of Na and K. The insoluble and insoluble hydroxides end up in 18. Similarly, wind energy 5 is underused because most of this energy 6 is left free and releases calories into the environment. . Only a small part 7 of this energy is currently converted into electrical energy. The process can use an increased amount of energy 8 to convert chlorides to hydroxides.
De même l'énergie hydraulique des chutes d’eau, des marées et des vagues 9 est sous-employée car sa majeure partie, surtout celle des vagues, 10 est laissée libre et relâche des calories à l’environnement. Seule une petite partie 11 de cette énergie est actuellement convertie en énergie électrique. Le procédé peut utiliser une quantité augmentée de cette énergie 12 pour convertir les chlorures en hydroxydes. La Figure 2 montre un diagramme d’électrolyseur à quatre paires d’électrodes 22 ayant servi à la conversion électrolytique des chlorures en hydroxydes utilisant l'énergie solaire, afin d’emmagasiner la majeure partie de l'énergie reçue dans les hydroxydes. Le diagramme montre quatre paires d'électrodes, mais cela ne signifie pas que l’invention se résume à des équipements ayant quatre paires d’électrodes, ni à uniquement l’utilisation de l'énergie solaire. Ce nombre de paires peut être moins ou beaucoup plus grand sans que cela n’affecte la portée de ce brevet. De même, l’installation peut fonctionner avec un débitLikewise the hydraulic energy of waterfalls, tides and waves 9 is underutilized because most of it, especially that of waves, 10 is left free and releases calories to the environment. Only a small part 11 of this energy is currently converted into electrical energy. The process can use an increased amount of this energy 12 to convert chlorides to hydroxides. Figure 2 shows a diagram of an electrolyser with four pairs of electrodes 22 having been used for the electrolytic conversion of chlorides into hydroxides using solar energy, in order to store most of the energy received in the hydroxides. The diagram shows four pairs of electrodes, but this does not mean that the invention is limited to equipment having four pairs of electrodes, nor to only the use of solar energy. This number of pairs may be less or much greater without affecting the scope of this patent. Similarly, the installation can operate with a flow rate
> BE2021/0015 continu de solution aqueuse ou par lot discontinu sans que cela n’affecte la portée de ce brevet. Les trois vues 19, 20 et 21 de l’électrolyseur (utilisé dans 1’Exemple 3) montrent l’arrangement des quatre paires d'Anodes-Cathodes. Les Anodes sont logées dans une chaussette en Téflon poreux 23, et en fonctionnement sont raccordées au + du bus de courant continu> BE2021/0015 continuous aqueous solution or by discontinuous batch without this affecting the scope of this patent. The three views 19, 20 and 21 of the electrolyzer (used in Example 3) show the arrangement of the four pairs of Anodes-Cathodes. The anodes are housed in a porous Teflon sock 23, and in operation are connected to the + of the direct current bus
24. Les Cathodes le sont au - du bus d’alimentation. Des relais à contacts 25, 26, 27, 28 mettent en service ou hors service individuellement chaque paire d’électrodes en fonction des variations du courant disponible. Dans l’Exemple 3 l'hydrogène et le chlore dégagés durant l’expérience ne sont pas recueillis, mais pour raison de sécurité sont purgés par un courant d'air entrant par 29 et sortant par 30, vers une hotte de ventilation. La distance entre Anodes et Cathodes 31 est réglable entre 1 mm et 200 mm. Description de 1’ invention Ce brevet propose un procédé de captage de l’énergie contenue dans l'environnement, partant de Jl’observation faite par l’auteur de ce document lors de la résolution de problèmes rencontrés avec un de ses électrolyseurs de solutions mères contenant des sels de titane. De fait, il a été observé qu’avec une puissance alimentant l’électrolyseur maintenue constante durant son fonctionnement normal et durant les incidents (bref contact local des électrodes), la température des électrolytes changeait beaucoup. Lors des incidents, alors que la puissance d’alimentation régulée était égale à celle en fonctionnement normal, la température de la cuve était très élevée. En cas de simple conduction ohmique, l'énergie fournie surchauffait donc l’électrolyseur. A l’opposé, en cas de fonctionnement normal, cette même puissance était en grande partie transférée vers les produits d’électrolyse où elle était stockée sous forme d’énergie chimique, ce qui aidait à limiter le réchauffement de l’électrolyseur. L’Exemple 1 ci-24. Cathodes are at - power bus. Contact relays 25, 26, 27, 28 individually activate or deactivate each pair of electrodes according to variations in the current available. In Example 3 the hydrogen and chlorine given off during the experiment are not collected, but for safety reasons are purged by a stream of air entering at 29 and leaving at 30, towards a ventilation hood. The distance between Anodes and Cathodes 31 is adjustable between 1 mm and 200 mm. Description of the invention This patent proposes a process for capturing the energy contained in the environment, starting from the observation made by the author of this document during the resolution of problems encountered with one of his stock solution electrolysers. containing titanium salts. In fact, it has been observed that with a power supplying the electrolyser kept constant during its normal operation and during incidents (brief local contact of the electrodes), the temperature of the electrolytes changed a lot. During the incidents, when the regulated power supply was equal to that in normal operation, the temperature of the tank was very high. In the event of simple ohmic conduction, the energy supplied therefore overheated the electrolyser. On the other hand, during normal operation, this same power was largely transferred to the electrolysis products where it was stored in the form of chemical energy, which helped to limit the heating of the electrolyser. Example 1 below
après illustre bien cette limitation du réchauffement grâce à 7021/0015 la conversion de l’énergie électrique en énergie chimique.below illustrates this limitation of warming well thanks to the conversion of electrical energy into chemical energy.
La quantité d’énergie que la terre reçoit du soleil est énorme.The amount of energy that the earth receives from the sun is enormous.
Si en plus l’homme rejette aussi des calories là où il vit, ces énergies contribueront au réchauffement global, et de façon excessive sauf si nous parvenons à piéger ces calories dans des matériaux stables.If in addition man also rejects calories where he lives, these energies will contribute to global warming, and in an excessive way unless we manage to trap these calories in stable materials.
Les arbres stockent l’énergie qu’elles reçoivent, mais pas de façon éternelle car la matière végétale se décompose ou brûle, et retourne alors cette énergie à l’environnement.Trees store the energy they receive, but not in an eternal way because the plant matter decomposes or burns, and then returns this energy to the environment.
De même, les batteries de stockage d'énergie électrique ne gardent que de façon temporaire leur énergie, et au final cette dernière est aussi relâchée dans l’environnement.Similarly, electrical energy storage batteries only retain their energy temporarily, and ultimately this energy is also released into the environment.
Comme matériaux de stockage permanent, les hydroxydes insolubles provenant des deux chlorures alcalino-terreux de Mg et de Ca abondants sont idéaux à plusieurs titres.As permanent storage materials, insoluble hydroxides from both alkaline earth chlorides of abundant Mg and Ca are ideal in several ways.
Par atome Mg** et Ca* offrent la capacité de stocker deux fois plus de charges que les hydroxydes des alcalins Li*, Nat et K+. Les chlorures alcalino- terreux de Mg et de Ca se trouvent en abondance dans les océans et peuvent être extraits sans polluer leur milieu.Per atom Mg** and Ca* offer the capacity to store twice as many charges as the alkali hydroxides Li*, Nat and K+. The alkaline earth chlorides of Mg and Ca are found in abundance in the oceans and can be extracted without polluting their environment.
La réaction théorique de la conversion du chlorure de Magnésium en hydroxyde de Magnésium en milieu aqueux, par exemple, est cependant impossible sans apport d'énergie venant de l’environnement : MgCla + 2 H20 — Mg(OH)2 + 2 HC1 ne peut pas donner du Mg(OH)2 de façon spontanée.The theoretical reaction of the conversion of Magnesium chloride into Magnesium hydroxide in an aqueous medium, for example, is however impossible without the supply of energy from the environment: MgCla + 2 H20 — Mg(OH)2 + 2 HC1 cannot not give Mg(OH)2 spontaneously.
Mais si on applique une conversion électrolytique avec les sources 5, 9 ou 12 de la Figure 1, tout est différent, et cela permet de convertir les énergies primaires de l’environnement, c’est-à- dire l'énergie cinétique du vent, l'énergie quantique des photons solaires, et l'énergie potentielle hydraulique, en énergie chimique stockée au sein de l’hydroxyde.But if we apply an electrolytic conversion with sources 5, 9 or 12 in Figure 1, everything is different, and this makes it possible to convert the primary energies of the environment, that is to say the kinetic energy of the wind , the quantum energy of solar photons, and hydraulic potential energy, into chemical energy stored within the hydroxide.
° BE2021/0015 Par exemple la conversion électrolytique d’une solution aqueuse contenant du Mg**(C1- )2 (voir l’Exemple 2) donne un précipité de Mg (OH) 2 : À l’anode, les ions Cl: donnent du Cl, qui se dégage : 2 Cl: — Cla(g) + 2 er À la cathode, l’eau est décomposée pour donner des ions OH- et de l’hydrogène H: qui se dégage : 2 H20 + Ha(g) + 2 OH Globalement : Mg*t*(C1-)2 + 2 H20 — Mg(OH)a(s) + Cla(g) + Ha(g) Le Chlore et l’Hydrogène sont ensuite recombinés en acide chlorhydrique HC1, (destiné par exemple, à l’hydrochloration du latex blanc pour donner un produit sans empreinte carbone utilisable dans la lutte contre le réchauffement climatique) : Mg*+*(C1-)2 + 2 H20 — Mg(OH)a(s) + 2 HCl (dans un autre milieu) (1) Les enthalpies standard de formation des produits sont les suivantes : Mg (OH)2 en phase aqueuse : -926,8 kJ/mole 2 HCL en phase aqueuse : 2 x (-167,2) kJ/mole Les enthalpies standard de formation des réactifs sont les suivantes : Mg*t en phase aqueuse : -466,85 kJ/mole 2 Cl: en phase aqueuse : 2 x (-167,2) kJ/mole 2 H20 : 2 x (-285,8) kJ/mole De la réaction (1), le calcul de l’enthalpie standard de réaction à partir des enthalpies standard de formation donne 111,6 kJ/mol ou 1,91 kJ d’enthalpie standard de réaction par g de Mg(OH)2 formé, et stockée dans l’hydroxyde de Magnesium, ce qui est significatif lorsque ce captage de l’énergie se fait à grande échelle, exploitant les espaces inoccupées des déserts et océans.° BE2021/0015 For example, the electrolytic conversion of an aqueous solution containing Mg**(C1-)2 (see Example 2) gives a precipitate of Mg (OH) 2: At the anode, the Cl ions: give Cl, which is released: 2 Cl: — Cla(g) + 2 er At the cathode, the water is decomposed to give OH- ions and hydrogen H: which is released: 2 H20 + Ha( g) + 2 OH Overall: Mg*t*(C1-)2 + 2 H20 — Mg(OH)a(s) + Cla(g) + Ha(g) Chlorine and Hydrogen are then recombined into hydrochloric acid HC1, (intended, for example, for the hydrochlorination of white latex to give a product with no carbon footprint that can be used in the fight against global warming): Mg*+*(C1-)2 + 2 H20 — Mg(OH)a( s) + 2 HCl (in another medium) (1) The standard enthalpies of formation of the products are as follows: Mg (OH)2 in aqueous phase: -926.8 kJ/mole 2 HCL in aqueous phase: 2 x ( -167.2) kJ/mole The standard enthalpies of formation of the reactants are as follows: Mg*t in aqueous phase: -466.85 kJ/mole 2 C l: in aqueous phase: 2 x (-167.2) kJ/mole 2 H2O: 2 x (-285.8) kJ/mole From reaction (1), the calculation of the standard enthalpy of reaction from the standard enthalpies of formation gives 111.6 kJ/mol or 1.91 kJ of standard enthalpy of reaction per g of Mg(OH)2 formed, and stored in Magnesium hydroxide, which is significant when this capture of the energie is on a large scale, exploiting the unoccupied spaces of deserts and oceans.
Aux conditions opératoires ces valeurs seront légèrement différentes, mais le résultat donne l’ordre de grandeur de la capacité de stockage d’énergie chimique par gramme de Mg(OH)2 formé, soit environ 1,91 kJ par g de Mg(0H)2 produit avec la conversion électrolytique. Notons que dans l’eau des océans on trouve environ 0,0528 mole de Mg** par kg de liquide.Under operating conditions, these values will be slightly different, but the result gives the order of magnitude of the chemical energy storage capacity per gram of Mg(OH)2 formed, i.e. approximately 1.91 kJ per g of Mg(OH) 2 product with electrolytic conversion. Note that in ocean water there are approximately 0.0528 mole of Mg** per kg of liquid.
Pour le Calcium, la conversion électrolytique donne : Ca**+(C1-)2 + 2 H20 — Ca(0H)a(s) + Cla(g) + Hz(g) Ca**(C1-)2 + 2 H20 — Ca(OH)2(s) + 2 HCl dans un autre milieu) (2) Les enthalpies standard de formation des produits sont les suivantes : Ca(OH)2 en phase aqueuse : -1002,82 kJ/mole 2 HCL en phase aqueuse : 2 x (-167,2) kJ/mole Les enthalpies standard de formation des réactifs sont les suivantes : Catt en phase aqueuse : -543,0 kJ/mole 2 Cl: en phase aqueuse : 2 x (-167,2) kJ/mole 2 H20 : 2 x (-285,8) kJ/mole De la réaction (2), le calcul de l’enthalpie standard de réaction à partir des enthalpies standard de formation donne 111,78 kJ/mol ou 1,51 kJ par g de Ca(OH)2 produit, et stockée dans l’hydroxyde de Calcium. Notons que dans l’eau des océans on trouve environ 0,0103 mole de Ca** par kg de liquide.For Calcium, the electrolytic conversion gives: Ca**+(C1-)2 + 2 H20 — Ca(0H)a(s) + Cla(g) + Hz(g) Ca**(C1-)2 + 2 H20 — Ca(OH)2(s) + 2 HCl in another medium) (2) The standard enthalpies of formation of the products are as follows: Ca(OH)2 in aqueous phase: -1002.82 kJ/mole 2 HCL in aqueous phase: 2 x (-167.2) kJ/mole The standard enthalpies of formation of the reactants are as follows: Catt in aqueous phase: -543.0 kJ/mole 2 Cl: in aqueous phase: 2 x (-167 ,2) kJ/mole 2 H2O: 2 x (-285.8) kJ/mole From reaction (2), calculating the standard enthalpy of reaction from the standard enthalpies of formation gives 111.78 kJ/mol or 1.51 kJ per g of Ca(OH)2 produced, and stored in Calcium hydroxide. Note that in ocean water there are approximately 0.0103 moles of Ca** per kg of liquid.
La conversion électrolytique des alcalins Na+ et K+ ne donnent pas d’hydroxyde insoluble, mais est néanmoins intéressante. Pour le Sodium, la conversion électrolytique donne : Na*Cl- + H20 — NaOH + % Cl2{(g) + % Hz(g) Na+C1- + H20 — NaOH + HCl(dans un autre milieu)The electrolytic conversion of Na+ and K+ alkalis does not yield insoluble hydroxide, but is nevertheless interesting. For Sodium, the electrolytic conversion gives: Na*Cl- + H20 — NaOH + % Cl2{(g) + % Hz(g) Na+C1- + H20 — NaOH + HCl(in another medium)
/ BE2021/0015 Les enthalpies standard de formation des produits sont les suivantes : NaOH en phase aqueuse : -469,15 kJ/mole HCL en phase aqueuse : -167,2 kJ/mole Les enthalpies standard de formation des réactifs sont : Na* en phase aqueuse : -240,34 kJ/mole Cl- en phase aqueuse : -167,2 kJ/mole H20 : -285,8 kJ/mole L’enthalpie standard de réaction est de 56,99 kJ/mol ou 1,42 KJ par g de NaOH produit, et stockée dans l’hydroxyde de Sodium. L'eau des océans contient environ 0,469 mole de Nat par kg de liquide./ BE2021/0015 The standard enthalpies of product formation are as follows: NaOH in the aqueous phase: -469.15 kJ/mole HCL in the aqueous phase: -167.2 kJ/mole The standard enthalpies of formation of the reactants are: Na* in aqueous phase: -240.34 kJ/mole Cl- in aqueous phase: -167.2 kJ/mole H20: -285.8 kJ/mole The standard reaction enthalpy is 56.99 kJ/mol or 1, 42 KJ per g of NaOH produced, and stored in sodium hydroxide. Ocean water contains about 0.469 mole of Nat per kg of liquid.
Pour le Potassium, la conversion électrolytique donne : K*Cl- + H20 — KOH + % Cla(g) + % Hz(g) K+Cl- + H20 — KOH + HCl (dans un autre milieu) Les enthalpies standard de formation des produits sont les suivantes : KOH en phase aqueuse : -425,8 kJ/mole HCL en phase aqueuse : -167,2 kJ/mole Les enthalpies standard de formation des réactifs sont : K* en phase aqueuse : -252,14 kJ/mole Cl: en phase aqueuse : -167,2 kJ/mole H20 : -285,8 kJ/mole L’enthalpie standard de réaction est de 111,78 kJ/mol ou 2,0 kJ par g de KOH produit, et stockée dans l’hydroxyde de Potassium. L’ eau des océans contient environ 0,0102 mole de K* par kg de liquide.For Potassium, the electrolytic conversion gives: K*Cl- + H20 — KOH + % Cla(g) + % Hz(g) K+Cl- + H20 — KOH + HCl (in another medium) The standard enthalpies of formation of the products are as follows: KOH in aqueous phase: -425.8 kJ/mole HCL in aqueous phase: -167.2 kJ/mole The standard enthalpies of formation of the reactants are: K* in aqueous phase: -252.14 kJ /mole Cl: in aqueous phase: -167.2 kJ/mole H2O: -285.8 kJ/mole The standard enthalpy of reaction is 111.78 kJ/mol or 2.0 kJ per g of KOH produced, and stored in Potassium hydroxide. Ocean water contains about 0.0102 mole of K* per kg of liquid.
Compte-tenu des concentrations de chlorures dans l’eau des océans, et des enthalpies de réaction, la conversion des chlorures et hydroxydes contenus dans une tonne métrique d’eau des océans permettra de stocker les quantités d'énergie suivantes, par tonne métrique de liquide. Environ : 7,05 x 106 J dans les hydroxydes de Mg et Ca, 27,87 x 106 J dans les hydroxydes de Na et K, soit 34,92 x 106 J dans les quatre hydroxydes de Mg, Ca, Na et K.Taking into account the concentrations of chlorides in ocean water, and the enthalpies of reaction, the conversion of chlorides and hydroxides contained in one metric ton of ocean water will make it possible to store the following quantities of energy, per metric ton of liquid. Approximately: 7.05 x 106 J in the hydroxides of Mg and Ca, 27.87 x 106 J in the hydroxides of Na and K, i.e. 34.92 x 106 J in the four hydroxides of Mg, Ca, Na and K.
Une station de captage d'énergie traitant 1 tonne d'eau des océans par seconde sera capable d’une puissance de captage d'énergie d’environ 34,92 MW.An energy harvesting station processing 1 tonne of ocean water per second will be capable of an energy harvesting power of approximately 34.92 MW.
L'électricité verte obtenue de la nature comme l’électricité éolienne, l’électricité solaire, l’hydroélectricité, l’électricité marémotrice ou l’électricité fournie par les vagues est utilisée pour traiter l’eau des océans et produire des hydroxydes verts utilisés par l’industrie chimique. Les hydroxydes insolubles auront capté l’énergie de l’environnement pour la garder de façon permanente.Green electricity obtained from nature such as wind electricity, solar electricity, hydroelectricity, tidal electricity or electricity supplied by waves is used to treat ocean water and produce green hydroxides used by the chemical industry. The insoluble hydroxides will have captured the energy of the environment to keep it permanently.
Aucun autre produit chimique n’est utilisé dans ce processus de production des hydroxydes pour le captage d’énergie.No other chemicals are used in this process of producing hydroxides for energy harvesting.
Dans le cas de l’électricité solaire, des panneaux solaires économiques et disponibles en abondance rendent l'énergie solaire très compétitive.In the case of solar electricity, cheap and abundantly available solar panels make solar energy very competitive.
Le courant continu fourni par les panneaux solaires est suffisant pour alimenter les électrolyseurs arrangés en parallele. L’utilisation d’onduleurs pour convertir le courant continu en courant alternatif n’est donc pas requise pour le fonctionnement des électrolyseurs. Mais comme le courant disponible des panneaux solaire est variable, le nombre de cellules d’électrolyseurs mis en service est modulé en fonction de l'ensoleillement par l'intermédiaire de microcontrôleurs programmables afin de d'éviter de surcharger les électrolyseurs en période de fort ensoleillement, et de fournir le courant minimum nécessaire aux électrolyseurs maintenus en service en période de faible ensoleillement. L'utilisation de diodes permet d'éviter les courants inverses dans les panneaux solaires.The direct current provided by the solar panels is sufficient to power the electrolyzers arranged in parallel. The use of inverters to convert direct current into alternating current is therefore not required for the operation of electrolyzers. But as the current available from the solar panels is variable, the number of electrolyser cells put into service is modulated according to the sunshine via programmable microcontrollers in order to avoid overloading the electrolysers in periods of strong sunshine. , and to supply the minimum current necessary for the electrolysers kept in service during periods of low sunlight. The use of diodes makes it possible to avoid reverse currents in the solar panels.
Durant les périodes de fort ensoleillement la production d’hydroxydes est élevée permettant constituer des réserves importantes de produits. En période d’ensoleillement faible ou nul, ces réserves permettent de maintenir la production d’hydroxydes moyenne visée pour l’installation.During periods of strong sunshine, the production of hydroxides is high, allowing the building up of significant reserves of products. In periods of low or no sunlight, these reserves make it possible to maintain the average production of hydroxides targeted for the installation.
L'utilisation de l'énergie solaire sans batterie ni onduleur permet de limiter les déperditions énergétiques, donc des rejets thermiques dans l’environnement.The use of solar energy without batteries or inverters makes it possible to limit energy losses, and therefore thermal discharges into the environment.
Pour moduler le nombre de cellules d’électrolyseurs mis en service en fonction de l’ensoleillement, des microcontrôleurs programmables ARDUINO UNO R3, ou autre PLC, Microcontrôleur équivalent sont utilisés. L’ ARDUINO UNO R3 est disponible chez les boutiques en ligne comme FABLAB FACTORY-www. fablabfactory.com. Les microcontrôleurs que nous avons utilisés sont connectés à des modules de mesure de puissances INA-219 (disponible chez ADAFRUIT Industries-www.adafruit.com). D'autres modules de mesure de puissance équivalents peuvent être utilisés.To modulate the number of electrolyser cells put into service according to the sunshine, programmable microcontrollers ARDUINO UNO R3, or other PLC, equivalent Microcontroller are used. The ARDUINO UNO R3 is available at online stores like FABLAB FACTORY-www. fablabfactory.com. The microcontrollers we used are connected to INA-219 power measurement modules (available from ADAFRUIT Industries-www.adafruit.com). Other equivalent power measurement modules can be used.
La programmation de l’ARDUINO est réalisée en langage C, avec les bibliothèques de fonctions disponibles du site d’ADAFRUIT. A chaque mesure de puissance 128 échantillonnages de la puissance mesurée par l’INA-219 sont effectués afin d'en déduire la puissance moyenne représentative du moment :The programming of the ARDUINO is carried out in C language, with the function libraries available from the ADAFRUIT site. At each power measurement, 128 samples of the power measured by the INA-219 are performed in order to deduce the average power representative of the moment:
void getpower() { int is int imax = 128; power mW = 0.; for (i = 0; i < imax; ++i) { power mW = power mW + ina219.getPower mW() ; delay(20); } power mW = power mW/imax; Serial.print ("Power: "); Serial.print (power mW); Serial.println(" mW"); Serial.println{(""); } Le courant électrique continu fourni par une unité de panneaux solaires passe en série avec le module INA-219 et alimente un bus 12 V DC alimentant les électrolyseurs, 4 dans notre cas.void getpower() { int is int imax = 128; power mW = 0.; for (i = 0; i < imax; ++i) { power mW = power mW + ina219.getPower mW(); delay(20); } power mW = power mW/imax; Serial. print("Power:"); Serial. print (power mW); Serial.println("mW"); Serial.println{(""); } The direct electric current supplied by a unit of solar panels passes in series with the INA-219 module and feeds a 12 V DC bus supplying the electrolyzers, 4 in our case.
Ce nombre d’électrolyseurs, et la taille de ces derniers, ainsi que la tension d’'alimentation et le nombre de modules de mesures de puissance peuvent être augmentés suivant la puissance solaire nominale disponible.This number of electrolyzers, and the size of the latter, as well as the supply voltage and the number of power measurement modules can be increased according to the nominal solar power available.
Chaque électrolyseur est raccordé au bus d’alimentation et est mis en service ou hors service via des relais à contacts par le microcontrôleur qui nous a servi.Each electrolyser is connected to the power supply bus and is switched on or off via contact relays by the microcontroller that we used.
Le microcontrôleur par l’intermédiaire de son module INA- 219 détecte la puissance P fournie par l'unité de panneaux solaires d’alimentation.The microcontroller through its INA-219 module detects the power P supplied by the solar panel power unit.
Un kit de deux panneaux solaires Si-Monocristallin 40 W, 12 V fabriqué par XINPUGUANG, Chine nous a servi comme source d’électricité solaire.A kit of two 40 W, 12 V Si-Monocrystalline solar panels manufactured by XINPUGUANG, China served as our solar electricity source.
Bien sûr toute source solaire équivalente peut être utilisée.Of course any equivalent solar source can be used.
Un bac contenant 25 1 d’eau provenant de la Mer du Nord nous a servi d’électrolyseur. 4 paires d’Anodes-Cathodes nous ont servi d’électrodes et sont raccordées au bus de courant continu via les relais à contacts. Les Cathodes sont en Titane 99%, et les Anodes en Titane 99% enrobé d’une couche de 8 um d'épaisseur d’oxyde mixte Ir-Ru. Chaque électrode mesure 100 mm x 100 mm et ont 1 mm d’épaisseur. En plus, chaque Anode est logée dans une chaussette en Téflon poreux fabriquée par Huahang Filter Co., Ltd. Chine. Le nombre et les dimensions des électrodes et des électrolyseurs peuvent être définis à volonté suivant la taille et la capacité désirée de Jl’installation et les moyens de fabrication des fournisseurs d’électrodes, de cuves et de chaussettes en Téflon.A tank containing 25 liters of water from the North Sea served as our electrolyser. 4 pairs of Anodes-Cathodes served as electrodes and are connected to the DC bus via contact relays. The Cathodes are in 99% Titanium, and the Anodes in 99% Titanium coated with an 8 um thick layer of Ir-Ru mixed oxide. Each electrode measures 100mm x 100mm and is 1mm thick. Additionally, each Anode is housed in a porous Teflon sock manufactured by Huahang Filter Co., Ltd. China. The number and dimensions of the electrodes and electrolyzers can be defined at will according to the size and the desired capacity of the installation and the means of manufacture of the suppliers of electrodes, tanks and Teflon socks.
Pour chaque paire d’Anode-Cathode, l’écartement entre les électrodes peut être ajusté entre 1 mm et 200 mm, suivant les risques pouvant être tolérés entre une perte ohmique élevée (cas des grands écartements) et ou raccourcissement de la durée de vie des chaussettes (cas des écartements faibles, en raison des risques d’encrassement par des précipités insolubles, car ici c’est de l’eau de la Mer du Nord brute qui est utilisée). Les chaussettes font fonction de diaphragme qui limite le retour ionique entre les électrodes, retour qui réduit le rendement de l’électrolyse. Le microcontrôleur sert à maintenir la puissance consommée par l’électrolyse à son maximum, qui est fonction de l’intensité de l’ensoleillement. Séquence de contrôle A intervalle régulier, typiquement de 0,5 mn à 50 mn, le microcontrôleur mesure la puissance P courante des panneaux solaire alimentant les électrodes, et met en service une paire d’électrodes qui était à l’arrêt. Si la nouvelle puissance Pl mesurée des panneaux solaires a augmenté avec Pl >= P, cette paire d'électrodes reste maintenue en service, et à l'intervalle suivant une nouvelle paire d’électrodes à l’arrêt sera mise en service, et la même logique et le même cycle recommence.For each pair of Anode-Cathode, the gap between the electrodes can be adjusted between 1 mm and 200 mm, depending on the risks that can be tolerated between a high ohmic loss (case of large gaps) and or shortening of the service life socks (case of narrow gauges, due to the risk of fouling by insoluble precipitates, because here it is raw North Sea water that is used). The socks act as a diaphragm which limits the return of ions between the electrodes, which reduces the efficiency of the electrolysis. The microcontroller is used to maintain the power consumed by the electrolysis at its maximum, which depends on the intensity of the sunshine. Control sequence At regular intervals, typically from 0.5 min to 50 min, the microcontroller measures the current power P of the solar panels supplying the electrodes, and activates a pair of electrodes which were shut down. If the new measured power Pl of the solar panels has increased with Pl >= P, this pair of electrodes remains in service, and at the next interval a new pair of electrodes off will be put into service, and the same logic and the same cycle begins again.
Par contre si la nouvelle puissance P1 des panneaux solaires a diminué avec P1 < P, le microcontrôleur met hors service cette paire d’électrodes, et à l’intervalle suivant une nouvelle paire d'électrodes en service sera mise hors service, et la même logique et le même cycle recommence.On the other hand, if the new power P1 of the solar panels has decreased with P1 < P, the microcontroller puts this pair of electrodes out of service, and at the following interval a new pair of electrodes in service will be put out of service, and the same logic and the same cycle begins again.
Le choix des paires d’électrodes à mettre en service ou hors service est effectué de façon aléatoire afin de répartir de façon égale les durées de fonctionnement à toutes les électrodes.The choice of the pairs of electrodes to be put into service or out of service is made randomly in order to equally distribute the operating times to all the electrodes.
Cette séquence de contrôle est utilisée dans l’Exemple 3. Ainsi la puissance disponible des panneaux solaires est toujours exploitée à son maximum tout au long de la journée.This control sequence is used in Example 3. Thus the available power of the solar panels is always exploited to its maximum throughout the day.
Dans le cas de l’électricité éolienne, ou de l'électricité venant de la force de l’eau on a l’avantage de pouvoir continuer la conversion électrolytique la nuit, lorsque les calories provenant des activités humaines (Usines, centrales électrique, transports, chauffage-climatisation, …) continuent d'être relâchées à l’environnement alors que les rayons solaires sont totalement absents.In the case of wind electricity, or electricity coming from the force of water, we have the advantage of being able to continue the electrolytic conversion at night, when the calories coming from human activities (factories, power stations, transport , heating-air conditioning, etc.) continue to be released into the environment when the sun's rays are totally absent.
Si les énergies vertes non exploitées (éolienne, solaire, et hydraulique) ne sont pas transformées en énergie chimique pour être stockées à long terme, elles contribueront au relâchement des calories dans l’environnement.If untapped green energies (wind, solar, and hydro) are not transformed into chemical energy for long-term storage, they will contribute to the release of calories into the environment.
Bien sûr, ce stockage ne sera plus nécessaire lorsque l'objectif de lutte contre le réchauffement climatique sera atteint, sauf si on souhaite continuer d'utiliser l'énergie fossile, nucléaire ou géothermique.Of course, this storage will no longer be necessary when the objective of combating global warming is achieved, unless we wish to continue using fossil, nuclear or geothermal energy.
Enfin, un des soucis liés au réchauffement climatique concerne la diminution des surfaces enneigées aux pôles et en montagnes. Grâce au procédé de ce document, de grandes quantités de poudres blanches d’hydroxydes et de carbonates de Magnesium et de Calcium peuvent être facilement obtenues et servir comme pigments de peintures.Finally, one of the concerns related to global warming concerns the reduction of snow-covered surfaces at the poles and in the mountains. Thanks to the process of this document, large quantities of white powders of hydroxides and carbonates of Magnesium and Calcium can be easily obtained and used as paint pigments.
Ces peintures peuvent servir à recouvrir à grande échelle les maisons en blanc, et ces pigments à fabriquer des panneaux blancs pour recouvrir les vastes étendus des déserts et océans afin de réfléchir les rayons solaires en compensation de la réduction des surfaces enneigées.These paints can be used to cover houses in white on a large scale, and these pigments to make white panels to cover the vast expanses of deserts and oceans in order to reflect the sun's rays in compensation for the reduction of snow-covered surfaces.
Exemple 1 Dans un bécher contenant 1200 ml d’eau on plonge une chaufferette électrique alimentée avec un courant continu de 28,4 V de tension et 0,52 A d’intensité. Partant de 12°C de température ambiante au temps t=0 mn, la température de l’eau atteint 30° C en 187 mn.Example 1 In a beaker containing 1200 ml of water, an electric heater supplied with a direct current of 28.4 V in voltage and 0.52 A in intensity is immersed. Starting from an ambient temperature of 12°C at time t=0 min, the water temperature reaches 30°C in 187 min.
Temps Température (mn) (°C) 0 12 13 15 32 18 60 22 93 25 187 30Time Temperature (min) (°C) 0 12 13 15 32 18 60 22 93 25 187 30
Dans ce même bécher contenant 1200 ml d’eau, on plonge une paire d’électrodes en titane de dimension 100 m x 100 mm, avec un écartement ajustable de 1 mm à 50 mm entre électrodes pour fonctionner avec une alimentation en courant continu de 28,4 V mais avec une intensité de 0,56 A légèrement supérieure que celle du cas précédent.In this same beaker containing 1200 ml of water, a pair of titanium electrodes of dimension 100 m x 100 mm are immersed, with an adjustable spacing of 1 mm to 50 mm between electrodes to operate with a direct current supply of 28, 4 V but with an intensity of 0.56 A slightly higher than that of the previous case.
Partant 12 °C de température ambiante au temps t=0 mn, la température de l’eau n’atteint que 26,5 °C après 199 mn d’opération.Starting from an ambient temperature of 12°C at time t=0 min, the water temperature only reaches 26.5°C after 199 min of operation.
Il n’est pas possible d'atteindre 30 °C même après 4 hr d’électrolyse.It is not possible to reach 30°C even after 4 hours of electrolysis.
Temps Température (mn) (°C) 0 12 19 16 62 22 92 24 199 26,5Time Temperature (min) (°C) 0 12 19 16 62 22 92 24 199 26.5
Sans électrolyse le milieu s’échauffe donc plus vite et atteint un palier de température plus élevé.Without electrolysis, the medium therefore heats up more quickly and reaches a higher temperature level.
Avec électrolyse une partie importante de l’énergie injectée est convertie en énergie chimique, rendant le réchauffement plus lent et la température finale atteinte est plus faible.With electrolysis a significant part of the injected energy is converted into chemical energy, making the heating slower and the final temperature reached is lower.
Exemple 2 Dans une cuve d’électrolyse remplie de 2000 ml d’eau de la Mer du Nord et possédant deux compartiments séparés par un diaphragme-filtre en téflon, on plonge une anode en titane recouverte d’oxyde mixte Ir-Ru dans un des compartiments rempli 1000 ml d’eau de la Mer du Nord, et une cathode en titane dans le second compartiment aussi rempli de 1000 ml d'eau de la Mer du Nord.Example 2 In an electrolysis cell filled with 2000 ml of water from the North Sea and having two compartments separated by a Teflon filter diaphragm, a titanium anode covered with Ir-Ru mixed oxide is immersed in one of the compartments filled with 1000 ml of water from the North Sea, and a titanium cathode in the second compartment also filled with 1000 ml of water from the North Sea.
Un courant continu de 18,4 V est appliqué entre Anode et Cathode.A direct current of 18.4 V is applied between Anode and Cathode.
Les gaz d'électrolyse, Hz et Cl:2, sont évacués par ventilation à l’aide de légers courants d'air balayant la surface des électrolytes. L’hydrogène et le chlore sont normalement recombinés pour produire de l’énergie et de l’acide chlorhydrique en fonctionnement réel. Le courant obtenu est de 3 A. La tension et l’intensité du courant sont élevées car on testait la tenue du diaphragme.The electrolysis gases, Hz and Cl:2, are evacuated by ventilation using light currents of air sweeping the surface of the electrolytes. Hydrogen and chlorine are normally recombined to produce power and hydrochloric acid in actual operation. The current obtained is 3 A. The voltage and the intensity of the current are high because we were testing the resistance of the diaphragm.
Un précipité blanc d’hydroxyde de magnésium Mg(OH)2 est rapidement obtenu dans le compartiment de la cathode. L'électrolyse est arrêtée lorsque le pH du compartiment cathodique plafonne, marquant la fin de la conversion du chlorure de sodium NaCl en soude caustique NaOH. Le Mg(OH)2 est recueilli, filtré, lavé à l’eau déminéralisée, puis séché. Environ 3 g de Mg(OH)2 sont ainsi obtenus.A white precipitate of magnesium hydroxide Mg(OH)2 is quickly obtained in the cathode compartment. Electrolysis is stopped when the pH of the cathode compartment reaches a ceiling, marking the end of the conversion of sodium chloride NaCl into caustic soda NaOH. The Mg(OH)2 is collected, filtered, washed with demineralised water, then dried. About 3 g of Mg(OH)2 are thus obtained.
Exemple 3 Dans une cuve de volume utile de 251 contenant de l’eau ramenée de la Mer du Nord, on place 4 paires d’Anodes-Cathodes prévues pour être raccordées en parallèle à un bus alimentée par une paire de panneaux solaires 40 W, 12 V. Chaque électrode a comme dimensions 100 mm x 100 mm, et 1 mm d'épaisseur. Les Cathodes sont en Titane et les Anodes en Titane recouvert d'oxyde mixte Ir-Ru. La distance entre Anode et Cathode est de 2 cm, et chaque Anode est entourée par une chaussette en Téflon poreux servant comme diaphragme.Example 3 In a tank with a working volume of 25 l containing water brought back from the North Sea, 4 pairs of Anodes-Cathodes are placed, intended to be connected in parallel to a bus powered by a pair of 40 W solar panels, 12 V. Each electrode has dimensions of 100 mm x 100 mm, and 1 mm thick. The Cathodes are in Titanium and the Anodes in Titanium covered with Ir-Ru mixed oxide. The distance between Anode and Cathode is 2 cm, and each Anode is surrounded by a porous Teflon sock serving as a diaphragm.
Le raccordement de chaque paire d’Anode-Cathode au bus 12 V s’effectue par l’intermédiaire de relais à deux contacts, dont l’enclenchement et le déclenchement sont contrôlés par un microcontrôleur. Suivant l’ensoleillement le contrôle de la mise en service ou hors service de chaque paire d'électrodes s'effectue par la séquence de contrôle décrite ci-dessus. Si on suit le fonctionnement de l’électrolyseur durant une journée complète on voit bien que les paires d’électrodes sont mises en service séquentiellement puis aussi mise hors service séquentiellement au cours des variations de l’ensoleillement, avec les quatre paires enclenchées lorsque l’ensoleillement est intense, et seulement une ou aucune paire en service lorsque l’ensoleillement est faible. A la fin de la journée ou à la mi-journée du jour suivant une quantité appréciable de Mg(OH)2 et de Ca(OH)2 blancs et insolubles est obtenue, qui est d’environ 75 g lors des journées à fort ensoleillement. La tension au bus d’ alimentation de l’électrolyseur varie autour de 4-11 V et le courant moyen passant par chaque paire d’ électrodes en service est d’environ 0,5-0,75 A.Each pair of Anode-Cathode is connected to the 12 V bus via two-contact relays, the switching on and off of which are controlled by a microcontroller. Depending on the sunshine, the control of the commissioning or decommissioning of each pair of electrodes is carried out by the control sequence described above. If we follow the operation of the electrolyser over a full day, we can clearly see that the pairs of electrodes are put into service sequentially and then also put out of service sequentially during variations in sunshine, with the four pairs switched on when the sunshine is intense, and only one or no pair in use when the sunshine is weak. At the end of the day or at midday of the following day, an appreciable quantity of white and insoluble Mg(OH)2 and Ca(OH)2 is obtained, which is around 75 g on days with strong sunlight. . The voltage at the electrolyzer power bus varies around 4-11 V and the average current passing through each pair of electrodes in use is around 0.5-0.75 A.
Notons aussi que du point de vue lutte contre le réchauffement climatique, le rendement de l’électrolyse n’affecte pas l’efficacité de cette lutte à capacité égale de conversion de chlorures en hydroxydes. En effet les pertes énergétiques du procédé ne résultent qu’en un rejet de calories à l’environnement, c’est-à-dire exactement le même rejet dans le cas où les énergies éolienne, solaire et hydraulique ne sont pas utilisées pour capter la chaleur de l’environnement et la stocker sous forme d'énergie chimique dans les hydroxydes.It should also be noted that from the point of view of the fight against global warming, the efficiency of electrolysis does not affect the effectiveness of this fight with equal capacity for converting chlorides into hydroxides. Indeed, the energy losses of the process only result in a rejection of calories to the environment, that is to say exactly the same rejection in the case where the wind, solar and hydraulic energies are not used to capture the heat from the environment and store it as chemical energy in hydroxides.
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US20060185985A1 (en) * | 2004-09-23 | 2006-08-24 | Jones Joe D | Removing carbon dioxide from waste streams through co-generation of carbonate and/or bicarbonate minerals |
FR3027034A1 (en) * | 2014-10-13 | 2016-04-15 | Commissariat Energie Atomique | METHOD FOR CONTROLLING AN ELECTROLYSIS SYSTEM TAKING INTO ACCOUNT THE TEMPERATURE OF THE ELECTROLYSES MODULES OF THE ELECTROLYSIS SYSTEM |
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FR3027034A1 (en) * | 2014-10-13 | 2016-04-15 | Commissariat Energie Atomique | METHOD FOR CONTROLLING AN ELECTROLYSIS SYSTEM TAKING INTO ACCOUNT THE TEMPERATURE OF THE ELECTROLYSES MODULES OF THE ELECTROLYSIS SYSTEM |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Effective date: 20220412 |