الهيدروجين الأخضر: التكنولوجيا المستقبلية لإنتاج الطاقة المستدامة!

الهيدروجين الأخضر: التكنولوجيا المستقبلية لإنتاج الطاقة المستدامة!

في خطوة مبتكرة لتعزيز مصادر الطاقة المستدامة، حقق مختبر ESC في جامعة براندنبورغ التقنية كوتبوس-سينفتنبرغ تقدمًا رائدًا في تصنيع الميثان. تقوم المفاعلات بتحويل الهيدروجين الأخضر وثاني أكسيد الكربون (CO₂) من العمليات الصناعية إلى غاز الميثان الاصطناعي، وهو مصدر طاقة محايد للكربون ذو قيمة حرارية عالية. ويمكن لهذه التكنولوجيا أن تقدم مساهمة كبيرة في الحد من انبعاثات الغازات الدفيئة.

تعمل مفاعلات تصنيع الميثان عند درجات حرارة تتراوح من 300 إلى 350 درجة مئوية ونطاق ضغط يتراوح من 1 إلى 10 بار. يتم استخدام محفزات Ni/Al₂O₃. ومن أجل تحسين المفاعلات بشكل أكبر، يتم استخدام نماذج محاكاة أحادية البعد، والتي توفر أوقات الحوسبة الطويلة الخاصة بها رؤى قيمة للعملية. يقوم مختبر ESC بتطوير نموذج ميتا يتنبأ بتأثيرات الضغط والتخفيف على تخليق الميثان. تم تصميم هذا النموذج ليتم دمجه في تطبيقات Power-to-X والتوائم الرقمية، مما قد يزيد بشكل كبير من كفاءة العمليات.

تطوير نموذج ميتامودل

لتدريب النموذج التعريفي، يتم إنشاء مجموعات البيانات من 5000 عملية محاكاة لنموذج المفاعل. وتشمل المعلمات المتغيرة تكوين مدخل الغاز، ودرجة الحرارة، والضغط، ومعدل التدفق، وطول المفاعل وتقدم التفاعل. لتطوير نماذج التنبؤ، استخدم العلماء متعدد الحدود من الدرجة السادسة، وشبكة عصبية مغذية وعمليات غاوسية. الهدف واضح: إنشاء نموذج تنبؤ سريع يعتمد على البيانات لتحسين عمليات Power-to-X والتوائم الرقمية.

تم إنشاء أكثر من 220,000 نقطة محاكاة لمجموعة بيانات تدريب قوية، مما يتيح وضع نماذج دقيقة. توفر الشبكة العصبية أفضل التنبؤات لدرجة حرارة المفاعل على طول المفاعل. كما أظهر نتائج جيدة في رسم خرائط تأثير الضغط والتخفيف على محتوى الميثان. أثبتت العمليات الغوسية فعاليتها بشكل خاص في التنبؤ بالهيدروجين. ويشارك علماء مثل تيم فرانكن، ومونانج فاديفالا، وسوراب شارما، وتوبياس جلوسلين، وفابيان موس بشكل حاسم في هذا المشروع البحثي.

التكامل في تقنيات Power-to-X

أصبح تطبيق التقنيات المتقدمة في تخزين الطاقة وتحويلها ذا أهمية متزايدة. يتم تحويل الطاقة الزائدة من طاقة الرياح والأنظمة الكهروضوئية إلى مصادر طاقة قيمة كجزء من اقتران القطاع. يقوم فريق بحث يعمل في مشروع تحويل الطاقة إلى الميثانول بقيادة شركة Dechema ومقرها فرانكفورت، بالتحقيق في تحويل الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون إلى ميثانول باستخدام مصانع الغاز الحيوي. يمكن لهذه الطريقة أن تحسن بشكل كبير المرونة في قطاع الكهرباء.

وقد طور المشروع مفهومين لمصانع إنتاج الميثانول الأخضر من الكهرباء الخضراء. وقد تم أخذ التطورات التقنية والتخطيط لمواقع المصانع الحقيقية بعين الاعتبار. وتكمن التحديات بشكل خاص في الظروف الخاصة بالموقع، كما أن توفير الكهرباء الخضراء أو الهيدروجين له أهمية مركزية. يعد تخليق الميثانول الأخضر مع ثاني أكسيد الكربون الأخضر، والذي يتم إنتاجه في إنتاج الإيثانول الحيوي، أمرًا واعدًا بشكل خاص.

في ملخص إيجابي، يوصي فريق المشروع والشركاء بمواصلة تطوير الإطار التنظيمي لإنتاج الميثانول الأخضر من الكهرباء الخضراء وثاني أكسيد الكربون الأخضر. لقد أثبت الجمع بين الأبحاث الأساسية وهندسة المصانع العملية والتحليل الاقتصادي أنه ضروري لتعزيز تنفيذ هذه التقنيات المبتكرة.

تم عرض نتائج هذا البحث مؤخرًا في الاجتماع العام الثاني لـ COST Action CYPHER في كراكوف في مايو 2025، والذي أتاح الفرصة لتسليط الضوء على أحدث التطورات في تخليق الميثان والتقنيات ذات الصلة. الرؤية المركزية الطموحة واضحة: تحويل قطاع الطاقة من خلال تقنيات Power-to-X المبتكرة من أجل مستقبل مستدام. يمكن العثور على مزيد من المعلومات على الموقع جامعة براندنبورغ التقنية ، ال تحالف بي تي إكس وهذا مشروع تحويل الطاقة إلى الميثانول.