Vihreä vety: tulevaisuuden teknologiaa kestävään energiantuotantoon!

Vihreä vety: tulevaisuuden teknologiaa kestävään energiantuotantoon!

Brandenburgin teknisen yliopiston Cottbus-Senftenbergin ESC-laboratorio on innovatiivinen askel edistääkseen kestäviä energialähteitä. Reaktorit muuttavat teollisista prosesseista peräisin olevan vihreän vedyn ja hiilidioksidin (CO₂) synteettiseksi metaaniksi, hiilineutraaliksi energialähteeksi, jolla on korkea lämpöarvo. Tällä tekniikalla voidaan merkittävästi vähentää kasvihuonekaasupäästöjä.

Metaanisynteesireaktorit toimivat lämpötiloissa 300 - 350 °C ja painealueella 1 - 10 bar. Ni/Al203-katalyyttejä käytetään. Reaktoreiden edelleen optimoimiseksi käytetään yksiulotteisia simulaatiomalleja, joiden pitkät laskentaajat antavat arvokasta tietoa prosessista. ESC Lab kehittää metamallia, joka ennustaa paineen ja laimentumisen vaikutukset metaanisynteesiin. Tämä malli on tarkoitettu integroitavaksi Power-to-X-sovelluksiin ja digitaalisiin kaksosiin, mikä voisi merkittävästi parantaa prosessien tehokkuutta.

Metamallin kehittäminen

Metamallin opettamiseksi reaktorimallin 5 000 simulaatiosta luodaan tietojoukkoja. Vaihtelevia parametreja ovat kaasun sisääntulon koostumus, lämpötila, paine, virtausnopeus, reaktorin pituus ja reaktion eteneminen. Ennustemallien kehittämiseen tutkijat käyttävät kuudennen asteen polynomia, myötäkytkentäistä hermoverkkoa ja Gaussin prosesseja. Tavoite on selvä: luoda nopea, dataan perustuva ennustemalli Power-to-X-prosessien ja digitaalisten kaksosten optimoimiseksi.

Yli 220 000 simulaatiopistettä luotiin vankalle harjoitustietojoukolle, mikä mahdollistaa tarkan mallintamisen. Neuraaliverkko tarjoaa parhaat ennusteet reaktorin lämpötilasta reaktorin pituudella. Se osoittaa myös hyviä tuloksia paineen ja laimentumisen vaikutusta metaanipitoisuuteen kartoittaessa. Gaussin prosessit osoittautuvat erityisen tehokkaiksi vedyn ennustamisessa. Tutkijat, kuten Tim Franken, Monang Vadivala, Saurabh Sharma, Tobias Gloesslein ja Fabian Mauß, ovat ratkaisevan tärkeitä tässä tutkimusprojektissa.

Integrointi Power-to-X-teknologioihin

Kehitettyjen teknologioiden soveltaminen energian varastoinnissa ja muuntamisessa on yhä tärkeämpää. Tuulivoiman ja aurinkosähköjärjestelmien ylimääräinen energia muunnetaan arvokkaiksi energialähteiksi osana sektorin kytkentää. Frankfurtissa toimivan Decheman johtamassa Power-to-Mhanol -projektissa työskentelevä tutkimusryhmä tutkii vedyn ja CO₂:n muuntamista metanoliksi biokaasulaitoksilla. Tällä menetelmällä voitaisiin merkittävästi parantaa sähköalan joustavuutta.

Hankkeessa on kehitetty kaksi konseptia laitoksille, jotka tuottavat vihreää metanolia vihreästä sähköstä. Tekninen kehitys ja todellisten tehdaspaikkojen suunnittelu otettiin huomioon. Haasteita ovat erityisesti paikkakohtaiset olosuhteet, ja vihreän sähkön tai vedyn tarjoaminen on keskeistä. Erityisen lupaavaa on vihreän metanolin synteesi vihreän CO₂:n kanssa, jota syntyy bioetanolin valmistuksessa.

Positiivisena yhteenvetona voidaan todeta, että projektitiimi ja kumppanit suosittelevat vihreän metanolin tuotannon sääntelykehyksen edelleen kehittämistä vihreästä sähköstä ja vihreästä CO₂:sta. Perustutkimuksen, käytännön laitossuunnittelun ja taloudellisen analyysin yhdistelmä on osoittautunut välttämättömäksi näiden innovatiivisten teknologioiden käyttöönoton edistämiseksi.

Tämän tutkimuksen tulokset esiteltiin äskettäin COST Action CYPHERin toisessa yleiskokouksessa Krakovassa toukokuussa 2025, mikä tarjosi mahdollisuuden tuoda esiin viimeisimmät edistysaskeleet metaanisynteesin ja siihen liittyvien teknologioiden alalla. Keskeinen kunnianhimoinen visio on selkeä: energia-alan muutos innovatiivisten Power-to-X-tekniikoiden avulla kestävää tulevaisuutta varten. Lisätietoja löytyy verkkosivuilta Brandenburgin teknillinen yliopisto, PTX Alliance ja se Power-to-metanoli -projekti.