Zelený vodík: budoucí technologie pro udržitelnou výrobu energie!

Zelený vodík: budoucí technologie pro udržitelnou výrobu energie!

Laboratoř ESC na Braniborské technické univerzitě Cottbus-Senftenberg učinila inovativním krokem na podporu udržitelných zdrojů energie průlomový pokrok v syntéze metanu. Reaktory přeměňují zelený vodík a oxid uhličitý (CO₂) z průmyslových procesů na syntetický metan, uhlíkově neutrální zdroj energie s vysokou výhřevností. Tato technologie by mohla významně přispět ke snížení emisí skleníkových plynů.

Reaktory pro syntézu metanu pracují při teplotách 300 až 350 °C a tlakovém rozsahu 1 až 10 bar. Používají se katalyzátory Ni/Al203. Pro další optimalizaci reaktorů se používají jednorozměrné simulační modely, jejichž dlouhé výpočetní časy poskytují cenné poznatky o procesu. ESC Lab vyvíjí metamodel, který předpovídá vlivy tlaku a ředění na syntézu metanu. Tento model je určen k integraci do aplikací Power-to-X a digitálních dvojčat, což by mohlo výrazně zvýšit efektivitu procesů.

Vývoj metamodelu

Pro trénování metamodelu jsou generovány datové soubory z 5 000 simulací modelu reaktoru. Různé parametry zahrnují složení vstupu plynu, teplotu, tlak, průtok, délku reaktoru a průběh reakce. K vývoji předpovědních modelů vědci používají polynom 6. řádu, dopřednou neuronovou síť a Gaussovy procesy. Cíl je jasný: vytvořit rychlý predikční model založený na datech pro optimalizaci procesů Power-to-X a digitálních dvojčat.

Bylo vytvořeno více než 220 000 simulačních bodů pro robustní tréninkovou datovou sadu umožňující přesné modelování. Neuronová síť poskytuje nejlepší předpovědi pro teplotu reaktoru po celé délce reaktoru. Dobré výsledky vykazuje také při mapování vlivu tlaku a ředění na obsah metanu. Gaussovy procesy se ukázaly být zvláště účinné pro předpověď vodíku. Vědci jako Tim Franken, Monang Vadivala, Saurabh Sharma, Tobias Gloesslein a Fabian Mauß jsou zásadním způsobem zapojeni do tohoto výzkumného projektu.

Integrace do technologií Power-to-X

Aplikace vyvinutých technologií při skladování a přeměně energie je stále důležitější. Přebytečná energie z větrné energie a fotovoltaických systémů se v rámci sektorového propojení přeměňuje na cenné zdroje energie. Výzkumný tým pracující na projektu Power-to-Methanol pod vedením frankfurtské Dechemy zkoumá přeměnu vodíku a CO₂ na metanol pomocí bioplynových stanic. Tato metoda by mohla výrazně zlepšit flexibilitu v odvětví elektřiny.

Projekt vyvinul dva koncepty pro závody na výrobu zeleného metanolu ze zelené elektřiny. Byl zohledněn technický vývoj a plánování pro skutečná umístění závodu. Výzvy spočívají zejména v podmínkách specifických pro dané místo a poskytování zelené elektřiny nebo vodíku má zásadní význam. Perspektivní je zejména syntéza zeleného metanolu se zeleným CO₂, který vzniká při výrobě bioetanolu.

V pozitivním souhrnu projektový tým a partneři doporučují dále rozvíjet regulační rámec pro výrobu zeleného metanolu ze zelené elektřiny a zeleného CO₂. Kombinace základního výzkumu, praktického inženýrství závodu a ekonomické analýzy se ukázala jako zásadní pro pokrok v implementaci těchto inovativních technologií.

Výsledky tohoto výzkumu byly nedávno prezentovány na 2. valné hromadě COST Action CYPHER v Krakově v květnu 2025, což poskytlo příležitost upozornit na nejnovější pokroky v syntéze metanu a souvisejících technologiích. Ústřední, ambiciózní vize je jasná: transformace energetického sektoru prostřednictvím inovativních technologií Power-to-X pro udržitelnou budoucnost. Další informace naleznete na webových stránkách Braniborská technická univerzita, Aliance PTX a to Projekt Power-to-methanol.