Зелен водород: бъдеща технология за устойчиво производство на енергия!

Зелен водород: бъдеща технология за устойчиво производство на енергия!

В новаторска стъпка за насърчаване на устойчиви енергийни източници, ESC Lab към Бранденбургския технически университет Котбус-Зенфтенберг направи новаторски напредък в синтеза на метан. Реакторите преобразуват зеления водород и въглеродния диоксид (CO₂) от промишлени процеси в синтетичен метан, въглеродно неутрален източник на енергия с висока калоричност. Тази технология може значително да допринесе за намаляване на емисиите на парникови газове.

Реакторите за синтез на метан работят при температури от 300 до 350°C и диапазон на налягане от 1 до 10 бара. Използват се катализатори Ni/Al2O3. За по-нататъшно оптимизиране на реакторите се използват едномерни симулационни модели, чиито дълги изчислителни времена осигуряват ценна представа за процеса. ESC Lab разработва метамодел, който прогнозира влиянието на налягането и разреждането върху синтеза на метан. Този модел е предназначен да бъде интегриран в Power-to-X приложения и цифрови близнаци, което може значително да повиши ефективността на процесите.

Разработване на метамодел

За да се обучи метамоделът, се генерират набори от данни от 5000 симулации на модела на реактора. Различните параметри включват състав на входа на газа, температура, налягане, скорост на потока, дължина на реактора и напредък на реакцията. За да разработят моделите за прогнозиране, учените използват полином от 6-ти ред, невронна мрежа с предварителна връзка и процеси на Гаус. Целта е ясна: да се създаде бърз, базиран на данни модел за прогнозиране за оптимизиране на Power-to-X процесите и цифровите близнаци.

Бяха създадени над 220 000 симулационни точки за стабилен набор от данни за обучение, позволяващ точно моделиране. Невронната мрежа осигурява най-добрите прогнози за температурата на реактора по дължината на реактора. Той също така показва добри резултати при картографиране на ефекта от налягането и разреждането върху съдържанието на метан. Процесите на Гаус се оказват особено ефективни за прогнозиране на водород. Учени като Тим Франкен, Монанг Вадивала, Саураб Шарма, Тобиас Глослайн и Фабиан Маус са изключително ангажирани в този изследователски проект.

Интеграция в технологиите Power-to-X

Приложението на разработените технологии за съхранение и преобразуване на енергия става все по-важно. Излишната енергия от вятърна енергия и фотоволтаични системи се преобразува в ценни енергийни източници като част от секторното свързване. Изследователски екип, работещ в проекта Power-to-Methanol, ръководен от базираната във Франкфурт Dechema, изследва превръщането на водород и CO₂ в метанол с помощта на инсталации за биогаз. Този метод може значително да подобри гъвкавостта в електроенергийния сектор.

Проектът разработи две концепции за инсталации за производство на зелен метанол от зелено електричество. Бяха взети под внимание техническото развитие и планирането на реалните местоположения на заводите. Предизвикателствата се крият по-специално в специфичните за местоположението условия и осигуряването на екологично електричество или водород е от централно значение. Синтезът на зелен метанол със зелен CO₂, който се получава при производството на биоетанол, е особено обещаващ.

Като положително обобщение, екипът на проекта и партньорите препоръчват по-нататъшно развитие на регулаторната рамка за производството на зелен метанол от зелено електричество и зелен CO₂. Комбинацията от фундаментални изследвания, практическо инсталационно инженерство и икономически анализ се оказаха от съществено значение за напредъка във внедряването на тези иновативни технологии.

Резултатите от това изследване бяха представени наскоро на 2-рото общо събрание на COST Action CYPHER в Краков през май 2025 г., което даде възможност да се подчертаят най-новите постижения в синтеза на метан и свързаните с него технологии. Централната, амбициозна визия е ясна: трансформацията на енергийния сектор чрез иновативни технологии Power-to-X за устойчиво бъдеще. Допълнителна информация можете да намерите на уебсайта Бранденбургски технически университет, на PTX алианс и това Проект за захранване към метанол.