Πράσινο υδρογόνο: μελλοντική τεχνολογία για βιώσιμη παραγωγή ενέργειας!

Πράσινο υδρογόνο: μελλοντική τεχνολογία για βιώσιμη παραγωγή ενέργειας!

Σε ένα καινοτόμο βήμα για την προώθηση βιώσιμων πηγών ενέργειας, το εργαστήριο ESC στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Βρανδεμβούργου Cottbus-Senftenberg έχει κάνει πρωτοποριακές προόδους στη σύνθεση μεθανίου. Οι αντιδραστήρες μετατρέπουν το πράσινο υδρογόνο και το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) από τις βιομηχανικές διεργασίες σε συνθετικό μεθάνιο, μια ουδέτερη ως προς τον άνθρακα πηγή ενέργειας με υψηλή θερμογόνο δύναμη. Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να συμβάλει σημαντικά στη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου.

Οι αντιδραστήρες σύνθεσης μεθανίου λειτουργούν σε θερμοκρασίες από 300 έως 350°C και εύρος πίεσης από 1 έως 10 bar. Χρησιμοποιούνται καταλύτες Ni/Al2O3. Προκειμένου να βελτιστοποιηθούν περαιτέρω οι αντιδραστήρες, χρησιμοποιούνται μονοδιάστατα μοντέλα προσομοίωσης, των οποίων οι μεγάλοι χρόνοι υπολογισμού παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες για τη διαδικασία. Το εργαστήριο ESC αναπτύσσει ένα μεταμοντέλο που προβλέπει τις επιδράσεις της πίεσης και της αραίωσης στη σύνθεση μεθανίου. Αυτό το μοντέλο προορίζεται να ενσωματωθεί σε εφαρμογές Power-to-X και digital twins, γεγονός που θα μπορούσε να αυξήσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα των διαδικασιών.

Ανάπτυξη μεταμοντέλου

Για την εκπαίδευση του μεταμοντέλου, δημιουργούνται σύνολα δεδομένων από 5.000 προσομοιώσεις του μοντέλου του αντιδραστήρα. Οι ποικίλες παράμετροι περιλαμβάνουν τη σύνθεση εισόδου αερίου, τη θερμοκρασία, την πίεση, τον ρυθμό ροής, το μήκος του αντιδραστήρα και την πρόοδο της αντίδρασης. Για να αναπτύξουν τα μοντέλα πρόβλεψης, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν ένα πολυώνυμο 6ης τάξης, ένα νευρωνικό δίκτυο τροφοδοσίας και διαδικασίες Gauss. Ο στόχος είναι σαφής: να δημιουργηθεί ένα γρήγορο μοντέλο πρόβλεψης βάσει δεδομένων για τη βελτιστοποίηση των διαδικασιών Power-to-X και των digital twins.

Πάνω από 220.000 σημεία προσομοίωσης δημιουργήθηκαν για ένα ισχυρό σύνολο δεδομένων εκπαίδευσης, επιτρέποντας ακριβή μοντελοποίηση. Το νευρωνικό δίκτυο παρέχει τις καλύτερες προβλέψεις για τη θερμοκρασία του αντιδραστήρα σε όλο το μήκος του αντιδραστήρα. Δείχνει επίσης καλά αποτελέσματα στη χαρτογράφηση της επίδρασης της πίεσης και της αραίωσης στην περιεκτικότητα σε μεθάνιο. Οι διεργασίες Gauss αποδεικνύονται ιδιαίτερα αποτελεσματικές για την πρόβλεψη του υδρογόνου. Επιστήμονες όπως οι Tim Franken, Monang Vadivala, Saurabh Sharma, Tobias Gloesslein και Fabian Mauß συμμετέχουν καθοριστικά σε αυτό το ερευνητικό έργο.

Ενσωμάτωση σε τεχνολογίες Power-to-X

Η εφαρμογή των αναπτυγμένων τεχνολογιών στην αποθήκευση και μετατροπή ενέργειας γίνεται ολοένα και πιο σημαντική. Η πλεονάζουσα ενέργεια από την αιολική ενέργεια και τα φωτοβολταϊκά συστήματα μετατρέπεται σε πολύτιμες πηγές ενέργειας ως μέρος της σύζευξης τομέα. Μια ερευνητική ομάδα που εργάζεται στο έργο Power-to-Methanol με επικεφαλής την Dechema με έδρα τη Φρανκφούρτη, διερευνά τη μετατροπή υδρογόνου και CO2 σε μεθανόλη χρησιμοποιώντας εγκαταστάσεις βιοαερίου. Αυτή η μέθοδος θα μπορούσε να βελτιώσει σημαντικά την ευελιξία στον τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας.

Το έργο έχει αναπτύξει δύο ιδέες για τις εγκαταστάσεις παραγωγής πράσινης μεθανόλης από πράσινη ηλεκτρική ενέργεια. Λήφθηκαν υπόψη οι τεχνικές εξελίξεις και ο σχεδιασμός για πραγματικές τοποθεσίες εργοστασίων. Οι προκλήσεις έγκεινται ιδιαίτερα στις συγκεκριμένες συνθήκες τοποθεσίας και η παροχή πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας ή υδρογόνου είναι κεντρικής σημασίας. Η σύνθεση της πράσινης μεθανόλης με το πράσινο CO2, που παράγεται στην παραγωγή βιοαιθανόλης, είναι ιδιαίτερα υποσχόμενη.

Σε μια θετική περίληψη, η ομάδα του έργου και οι εταίροι συνιστούν την περαιτέρω ανάπτυξη του ρυθμιστικού πλαισίου για την παραγωγή πράσινης μεθανόλης από πράσινη ηλεκτρική ενέργεια και πράσινο CO₂. Ένας συνδυασμός βασικής έρευνας, πρακτικής μηχανικής εγκαταστάσεων και οικονομικής ανάλυσης έχει αποδειχθεί ότι είναι απαραίτητος για την προώθηση της εφαρμογής αυτών των καινοτόμων τεχνολογιών.

Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας παρουσιάστηκαν πρόσφατα στη 2η Γενική Συνέλευση της COST Action CYPHER στην Κρακοβία τον Μάιο του 2025, η οποία έδωσε την ευκαιρία να επισημανθούν οι τελευταίες εξελίξεις στη σύνθεση μεθανίου και τις σχετικές τεχνολογίες. Το κεντρικό, φιλόδοξο όραμα είναι σαφές: ο μετασχηματισμός του ενεργειακού τομέα μέσω καινοτόμων τεχνολογιών Power-to-X για ένα βιώσιμο μέλλον. Περισσότερες πληροφορίες μπορείτε να βρείτε στον ιστότοπο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Βρανδεμβούργου, το PTX Alliance και αυτό Έργο Power-to-Methanol.