Roheline vesinik: säästva energia tootmise tulevikutehnoloogia!

Roheline vesinik: säästva energia tootmise tulevikutehnoloogia!

Uuendusliku sammuna säästvate energiaallikate edendamisel on Brandenburgi tehnikaülikooli Cottbus-Senftenbergi ESC labor teinud metaani sünteesis murrangulisi edusamme. Reaktorid muudavad tööstusprotsessides tekkiva rohelise vesiniku ja süsinikdioksiidi (CO₂) sünteetiliseks metaaniks, mis on kõrge kütteväärtusega süsinikneutraalne energiaallikas. See tehnoloogia võib oluliselt kaasa aidata kasvuhoonegaaside heitkoguste vähendamisele.

Metaani sünteesireaktorid töötavad temperatuuridel 300–350 °C ja rõhuvahemikus 1–10 baari. Kasutatakse Ni/Al2O3 katalüsaatoreid. Reaktorite edasiseks optimeerimiseks kasutatakse ühemõõtmelisi simulatsioonimudeleid, mille pikad arvutusajad annavad protsessile väärtuslikku teavet. ESC Lab töötab välja metamudelit, mis ennustab rõhu ja lahjenduse mõju metaani sünteesile. See mudel on mõeldud integreerimiseks Power-to-X rakendustesse ja digitaalsetesse kaksikutesse, mis võib oluliselt tõsta protsesside efektiivsust.

Metamudeli väljatöötamine

Metamudeli koolitamiseks genereeritakse andmekogumid reaktorimudeli 5000 simulatsiooni põhjal. Erinevad parameetrid hõlmavad gaasi sisselaskeava koostist, temperatuuri, rõhku, voolukiirust, reaktori pikkust ja reaktsiooni kulgu. Prognoosmudelite väljatöötamiseks kasutavad teadlased 6. järku polünoomi, edasisuunalist närvivõrku ja Gaussi protsesse. Eesmärk on selge: luua kiire andmepõhine ennustusmudel, et optimeerida Power-to-X protsesse ja digitaalseid kaksikuid.

Tugeva koolitusandmestiku jaoks loodi üle 220 000 simulatsioonipunkti, mis võimaldab täpset modelleerimist. Närvivõrk annab parimad prognoosid reaktori temperatuuri kohta kogu reaktori pikkuses. Samuti näitab see häid tulemusi rõhu ja lahjenduse mõju kaardistamisel metaanisisaldusele. Gaussi protsessid osutuvad eriti tõhusaks vesiniku ennustamisel. Sellised teadlased nagu Tim Franken, Monang Vadivala, Saurabh Sharma, Tobias Gloesslein ja Fabian Mauß on selles uurimisprojektis otsustava tähtsusega.

Integreerimine Power-to-X tehnoloogiatesse

Väljatöötatud tehnoloogiate rakendamine energia salvestamisel ja muundamisel muutub üha olulisemaks. Tuuleenergia ja fotogalvaaniliste süsteemide ülemäärane energia muudetakse sektori sidumise osana väärtuslikeks energiaallikateks. Frankfurdis asuva Dechema juhitud Power-to-Methanol projektis töötav uurimisrühm uurib vesiniku ja CO₂ muundamist metanooliks biogaasijaamade abil. See meetod võib oluliselt parandada elektrisektori paindlikkust.

Projekti raames on välja töötatud kaks kontseptsiooni tehastele rohelisest elektrist rohelise metanooli tootmiseks. Arvesse võeti tehnilisi arenguid ja tehase reaalsete asukohtade planeerimist. Väljakutsed seisnevad eelkõige asukohaspetsiifilistes tingimustes ning keskse tähtsusega on rohelise elektri või vesiniku pakkumine. Eriti paljulubav on rohelise metanooli süntees rohelise CO₂-ga, mis tekib bioetanooli tootmisel.

Positiivse kokkuvõttena soovitavad projekti meeskond ja partnerid edasi arendada regulatiivset raamistikku rohelisest elektrist ja rohelisest CO₂-st rohelise metanooli tootmiseks. Alusuuringute, praktilise tehase inseneritöö ja majandusanalüüsi kombinatsioon on osutunud nende uuenduslike tehnoloogiate rakendamise edendamisel oluliseks.

Selle uurimistöö tulemusi esitleti hiljuti 2025. aasta mais Krakowis toimunud COST Action CYPHER 2. üldkoosolekul, mis andis võimaluse tõsta esile uusimaid edusamme metaani sünteesi ja sellega seotud tehnoloogiate vallas. Keskne, ambitsioonikas visioon on selge: energiasektori ümberkujundamine uuenduslike Power-to-X tehnoloogiate abil jätkusuutliku tuleviku nimel. Lisateavet leiate veebisaidilt Brandenburgi tehnikaülikool, PTX liit ja see Power-to-metanool projekt.