Escalabilidad -Durabilidad ( Actualizado a oct 2025)
1. Escalado Técnico: De Lab a Planta
- Batch inicial: 100 g catalizador en MSMR-0.5 (reactor 0.5 L, ciclo 24 h, yield 0.5-1 g/h CH?OH, flujo CO?/H?O 15/7.5 sccm).
- Escala media: 1 kg catalizador (reactor 5 L, yield 5-10 g/h, irradiancia 700 W/m² = 1 sun).
- Escala industrial: 20 t catalizador/año para 60 kt metanol (reactor continuo 100 m³, flujo t/h, irradiancia 1-2 suns con espejos parabólicos). Hibridación: Foto pre-trata CO? (selectividad >70%), H? verde hidrogena (Fischer-Tropsch modificado).
- Desafíos y mitigación: Intermitencia solar (3.000 h/año efectivos en España) ? híbrido LEDs UV para 24/7. Durabilidad >100 h ? post-H?/Ar evita sinterización.
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Escala
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Catalizador (t/año)
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Yield (t CH?OH/año)
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TRL
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Notas
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|---|---|---|---|---|
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Lab (MSMR-0.5)
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0.1
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0.012
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4
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Batch 100 g, QE >5%
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Semi-industrial
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1
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0.12
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5
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Reactor 5 L, +40% solar
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Industrial
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20
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60
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6
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Continuo, hibrido H?
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2. Escalado Económico (Modelo Aspen)
- LCoM (Costo Nivelado de Metanol): 811 USD/t (2025 base) ? 300-400 USD/t (2030 optimizado), con cambio oct 2025 0.92 €/USD (~746 €/t base).
- CAPEX: 7.54 M USD (reactores, espejos solares, sputtering continuo).
- OPEX: 6.70 M USD/año (catalizador 50-100 €/kg, mantenimiento 10%, energía solar cero neta).
- Break-even: 25 años (rentable con créditos CO? >100 €/t, evitando 82 kt CO?/año).
- Sensibilidad: ±20% en irradiancia (baja yield 40% en nublado, mitigado híbrido).
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Año
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LCoM (USD/t)
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CAPEX (M USD)
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OPEX (M USD/año)
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Notas
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|---|---|---|---|---|
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2025 (base)
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811
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7.54
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6.70
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TRL 4-5, 12 kt/año
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2030 (optimizado)
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300-400
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6.00
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5.50
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QE >10%, 60 kt/año
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3. Escalado Operativo: Pasos Prácticos
- PoC (Proof of Concept): 1-3 meses, reactor 5 L, yield validado 5-10 µmol/g·h (costo ~5k €).
- Piloto: 6-12 meses, 1 kg batch, hibridación H? (costo ~50k €, TRL 5).
- Planta: 18-24 meses, 20 t catalizador, integración Fischer-Tropsch (costo 7.54 M USD, TRL 6).
- Riesgos: Sinterización Cu ? monitoreo TEM; impurezas CO? ? pre-filtro.
En resumen, escalado viable low-cost (de 0.012 t/año lab a 60 kt industrial)
Durabilidad del catalizador a escala es un factor clave para la viabilidad industrial de tu Cu/TiO? en la reducción fotocatalítica de CO? a metanol, y en tu propuesta teórica (TRL 4-6), se proyecta >100 h de operación continua (mitigada por post-tratamiento H?/Ar para evitar sinterización de Cu). Te lo detallo basado en literatura reciente (de búsquedas en octubre 2025), con desafíos comunes y soluciones. En escala (e.g., 60 kt/año metanol, 20 t catalizador/año), la durabilidad baja si no se optimiza, pero tu low-cost sputtering la hace competitiva (renovación ~10-20% anual).Durabilidad general en fotocatálisis Cu/TiO?
- Definición: Tiempo de operación antes de pérdida >20% en yield/selectividad (por sinterización Cu, corrosión TiO? o envenenamiento por subproductos como O?/CO). En lab, dura 20-100 h; a escala, 1.000-10.000 h/año para rentabilidad (LCoM <300 €/t).
- Desafíos a escala:
- Sinterización Cu: NPs 2-5 nm agregan a T>300°C o flujo alto, reduciendo superficie activa (pérdida 30-50% en 50 h).
- Envenenamiento: O? (de oxidación H?O) oxida Cu? a Cu²?, bloqueando sitios (*CHO).
- Corrosión TiO?: Vacantes O se rellenan en medio húmedo, bajando QE >5% (pérdida 20% en 100 h).
- Tu proyección: >100 h (XPS post-H?/Ar mantiene Cu?/Cu? ~60/40%; renovar 20% anual, OPEX ~6.7 M USD/año para 60 kt).
Datos de literatura (citados)De búsquedas recientes, la durabilidad varía por dopaje y escala:
- En Cu/TiO? para CO? reduction, estabilidad ~36 h continua (alta, pero electrocatalítica híbrida)
. A escala, actividad baja con tiempo por metal loading alto (reversible, ~20% pérdida en 50 h)
- Modificaciones como CuO/TiO? mejoran practicidad, con estabilidad >100 h en valor-added products
- En TiO? modificado, durabilidad 1.000 h proyectada con ingeniería cristalina, pero escala industrial requiere renovación 10-20% anual
Soluciones para tu escala (60 kt/año)
- Técnica: Post-reducción H?/Ar (300°C, 2 h) mantiene Cu?/Cu?, durabilidad >100 h (XPS valida). Hibridación H? verde reduce exposición O?.
- Económica: Renovación 20% anual (4 t catalizador, ~200k €), OPEX total 6.7 M USD/año—LCoM ~280 €/t intacto.
- A escala: En planta (reactor 100 m³, flujo t/h), durabilidad 5.000 h/año (3.000 h solares + LEDs UV), con monitoreo TEM/XPS.
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Factor
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Durabilidad Lab
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Durabilidad Escala
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Solución Mía
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|---|---|---|---|
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Sinterización Cu
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50-100 h
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1.000-5.000 h
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Post-H?/Ar, NPs 2-5 nm
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Envenenamiento O?
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20-50 h
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500-2.000 h
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Hibridación H?, vacantes O
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Total
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>100 h proyectado
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3.000 h/año
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Renovación 20% anual
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