Watanabe LaboratoryLaboratorio Watanabe
WATANABE LABORATORY / RESEARCH
Cuatro temas de investigación que abarcan materiales, estructuras, reactores y suministro de energía. Conectamos la catálisis y la ingeniería de reacciones para desarrollar las transformaciones moleculares como procesos.
01 / CARBON CIRCULATION
Combinamos conversión de CO₂, producción de gas de síntesis y fijación de carbono sólido en sistemas de circulación del carbono.
Estudiamos procesos de reacción que utilizan CO₂ y metano como fuentes de carbono para producir gas de síntesis destinado a combustibles y productos químicos, o carbono sólido que pueda recuperarse y utilizarse. Además de las transformaciones moleculares catalíticas, investigamos combinaciones de reactores y la separación y recuperación de productos para controlar el destino del carbono.
Para convertir los gases residuales industriales en recursos in situ, estudiamos las relaciones entre composición del gas, temperatura de reacción, caudal y equilibrio de reacción. Vinculamos el rendimiento de los materiales catalíticos con el balance de carbono del proceso completo, buscando una conversión y recuperación continuas.
Convertimos CO₂ en monóxido de carbono mediante la reacción inversa de desplazamiento de gas de agua (RWGS) y el reformado seco de metano (DRM). Para el gas de síntesis, compuesto por hidrógeno y monóxido de carbono, investigamos cómo las combinaciones de condiciones de reacción y catalizadores afectan a su composición y cantidad producida.
Combinamos RWGS con reacciones que producen carbono sólido a partir de monóxido de carbono, así como metanación con reformado y descomposición. Investigamos dónde se forma el carbono, su morfología, su acumulación en los catalizadores y los métodos de recuperación, desarrollando procesos que permiten extraer carbono mientras continúan las reacciones.
Conectamos varias etapas de reacción y ajustamos la temperatura, la composición gaseosa y la eliminación de agua en cada una. Analizamos el papel de cada reacción y el transporte de materia entre etapas para evaluar las relaciones entre conversión de CO₂, recuperación de productos y uso del carbono en todo el sistema de reactores.
02 / STRUCTURED CATALYSTS
Usamos espirales, metales porosos y recubrimientos para construir reactores que integran la transferencia de calor y materia.
En los reactores catalíticos, el rendimiento depende de la actividad del material catalítico, del flujo del gas, de la transferencia de calor y del transporte de materia hasta la superficie del catalizador. Utilizamos catalizadores estructurados basados en espirales y metales porosos para crear entornos de reacción mediante los materiales y la geometría.
Depositamos componentes catalíticos sobre los soportes mediante recubrimiento y metalización, ajustando su distribución y la geometría de los canales. Combinamos experimentos de reacción con análisis de flujo y transferencia térmica para estudiar desde el transporte del gas al catalizador hasta el del calor de reacción.
Estudiamos cómo la torsión de las espirales y los canales de los metales porosos afectan a la mezcla, la permanencia del gas y su contacto con el catalizador. Examinamos la relación entre rendimiento de reacción y pérdida de presión al aumentar el caudal, buscando geometrías de reactor adecuadas a la capacidad de tratamiento.
Formamos capas catalíticas sobre soportes metálicos mediante recubrimiento y metalización química sin corriente, entre otros métodos. Estudiamos las relaciones entre carga, distribución, adherencia y rendimiento de reacción, utilizando la conductividad térmica del soporte y las funciones del material catalítico.
Estudiamos el flujo y las distribuciones de temperatura en los reactores mediante experimentos y dinámica de fluidos computacional (CFD). A través de reacciones como la metanación de CO₂, evaluamos cómo la geometría de la estructura contribuye a distribuir el calor generado y a suministrar los gases de reacción.
03 / e-REACTION PROCESS
Introducimos energía eléctrica directamente en reactores y catalizadores para aprovechar la respuesta rápida, el calentamiento local y los equipos compactos.
Hacemos pasar corriente directamente por estructuras catalíticas metálicas y utilizamos el calor Joule producido por su resistencia eléctrica para las reacciones. Generar calor en la estructura que soporta el catalizador permite controlar la relación espacial entre aporte de energía y reacción, y estudiar los procesos químicos desde sus métodos de calentamiento.
Relacionamos las propiedades de los materiales y de generación de calor de los catalizadores electrificados con las distribuciones de temperatura y la transferencia térmica del reactor. Investigamos la respuesta a cambios en potencia suministrada, caudal gaseoso y composición de reacción, desarrollando procesos electrificados que incluyen la metanación de CO₂ y el reformado.
Examinamos las relaciones entre trayectorias de corriente, resistencia eléctrica de la estructura, posición de la capa catalítica y generación de calor. Medimos la potencia suministrada y la temperatura de reacción y comparamos con el calentamiento externo para evaluar cómo el método de aporte de calor afecta a la reacción catalítica.
Estudiamos la conversión, la composición de productos y el estado del catalizador en la metanación electrificada de CO₂ (e-Methanation) y el reformado seco de metano (e-DRM). Para las reacciones exotérmicas y endotérmicas, examinamos la relación entre calentamiento directo y calor de reacción.
Combinamos reacciones como metanación y reformado por etapas, ajustando el suministro eléctrico y las condiciones de operación de cada una. Investigamos la respuesta al arranque y a los cambios de condiciones, el control de la composición del gas de síntesis y equipos compactos, buscando sistemas de reacción utilizables in situ.
04 / LATTICE SULFUR CATALYSIS
Estudiamos ciclos redox en los que el azufre de los sulfuros se libera y se reinserta desde H₂S, reutilizando el azufre reticular a través de sus vacantes.
Utilizamos el azufre de la red de los sulfuros como especie química que participa en las reacciones. Nos centramos en su intervención en la extracción de hidrógeno de los hidrocarburos y su salida como H₂S, seguida de la reinserción de azufre en las vacantes correspondientes.
Mediante ciclos redox que consumen y regeneran repetidamente el azufre de la red, estudiamos la deshidrogenación de alcanos y la conversión de compuestos de azufre. Investigamos la relación entre el estado del material durante la reacción y los productos para desarrollar procesos catalíticos que utilizan especies de azufre.
Estudiamos cómo el azufre de la red de los sulfuros participa en la conversión de hidrocarburos. Para reacciones como la deshidrogenación de alcanos a olefinas, examinamos las relaciones entre composición del catalizador, temperatura de reacción, composición gaseosa y selectividad de productos.
Nos centramos en las vacantes que quedan tras la salida del azufre de la red y en su reinserción mediante H₂S. Evaluamos las condiciones de reacción y regeneración, el transporte de azufre y el rendimiento catalítico en operaciones repetidas para encontrar condiciones que permitan reutilizar el azufre de la red.
Investigamos la conversión de hidrocarburos mediada por especies de azufre y las reacciones de compuestos de azufre. Relacionamos el estado superficial del catalizador con el método de calentamiento y estudiamos cómo la operación mediante calentamiento directo y otros métodos afecta a la reactividad y a los productos.
FROM CATALYST TO PROCESS
Nuestro enfoque conecta química de materiales, ingeniería de reacciones, catalizadores estructurados y suministro de energía.
Collaborate with us