Zöld hidrogén: a fenntartható energiatermelés jövőtechnológiája!

Zöld hidrogén: a fenntartható energiatermelés jövőtechnológiája!

A fenntartható energiaforrások népszerűsítésének innovatív lépéseként a Brandenburgi Műszaki Egyetem Cottbus-Senftenberg ESC Laboratóriuma úttörő eredményeket ért el a metánszintézis terén. A reaktorok az ipari folyamatokból származó zöld hidrogént és szén-dioxidot (CO₂) szintetikus metánná, szénsemleges, magas fűtőértékű energiaforrássá alakítják. Ez a technológia jelentősen hozzájárulhat az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentéséhez.

A metánszintézis reaktorok 300-350 °C hőmérsékleten és 1-10 bar nyomástartományban működnek. Ni/Al2O3 katalizátorokat használnak. A reaktorok további optimalizálása érdekében egydimenziós szimulációs modelleket alkalmaznak, amelyek hosszú számítási ideje értékes betekintést nyújt a folyamatba. Az ESC Lab olyan metamodellt fejleszt, amely előrejelzi a nyomás és a hígítás hatását a metánszintézisre. Ezt a modellt a Power-to-X alkalmazásokba és a digitális ikrekbe kívánják integrálni, ami jelentősen növelheti a folyamatok hatékonyságát.

Metamodell fejlesztése

A metamodell betanításához a reaktormodell 5000 szimulációjából állítanak elő adatsorokat. A változó paraméterek közé tartozik a gáz bemeneti összetétele, a hőmérséklet, a nyomás, az áramlási sebesség, a reaktor hossza és a reakció előrehaladása. Az előrejelzési modellek kidolgozásához a tudósok egy 6. rendű polinomot, egy előrecsatolt neurális hálózatot és Gauss-folyamatokat használnak. A cél egyértelmű: egy gyors, adatvezérelt előrejelzési modell létrehozása a Power-to-X folyamatok és a digitális ikrek optimalizálására.

Több mint 220 000 szimulációs pontot hoztak létre egy robusztus képzési adatkészlethez, amely lehetővé teszi a pontos modellezést. A neurális hálózat biztosítja a legjobb előrejelzéseket a reaktor hőmérsékletére vonatkozóan a reaktor hosszában. Jó eredményeket mutat a nyomás és a hígítás metántartalomra gyakorolt ​​hatásának feltérképezésében is. A Gauss-folyamatok különösen hatékonynak bizonyulnak a hidrogén előrejelzésében. Olyan tudósok, mint Tim Franken, Monang Vadivala, Saurabh Sharma, Tobias Gloesslein és Fabian Mauß döntően részt vesznek ebben a kutatási projektben.

Integráció a Power-to-X technológiákba

A kifejlesztett technológiák alkalmazása az energiatárolásban és -átalakításban egyre fontosabbá válik. A szélenergiából és a fotovoltaikus rendszerekből származó többletenergiát az ágazati összekapcsolás részeként értékes energiaforrásokká alakítják. A frankfurti székhelyű Dechema által vezetett Power-to-Mhanol projektben dolgozó kutatócsoport a hidrogén és a CO₂ metanollá történő átalakítását vizsgálja biogázüzemek segítségével. Ez a módszer jelentősen javíthatja a villamosenergia-ágazat rugalmasságát.

A projekt két koncepciót dolgozott ki olyan üzemek számára, amelyek zöld villamos energiából zöld metanolt állítanak elő. Figyelembe vették a műszaki fejlesztéseket és a valódi üzemi helyszínek tervezését. A kihívások elsősorban a helyspecifikus feltételekben rejlenek, és központi jelentőségű a zöld villamos energia vagy a hidrogén biztosítása. Különösen ígéretes a zöld metanol szintézise zöld CO₂-val, amely a bioetanol gyártása során keletkezik.

Pozitívan összefoglalva, a projektcsapat és a partnerek a zöld villamos energiából és zöld CO₂-ból történő zöld metanol előállítására vonatkozó szabályozási keret továbbfejlesztését javasolják. Az alapkutatás, a gyakorlati üzemtervezés és a gazdasági elemzés kombinációja elengedhetetlennek bizonyult ezen innovatív technológiák megvalósításának előmozdításához.

Ennek a kutatásnak az eredményeit a közelmúltban mutatták be a COST Action CYPHER 2. közgyűlésén Krakkóban 2025 májusában, amely lehetőséget adott a metánszintézis és a kapcsolódó technológiák legújabb vívmányainak kiemelésére. A központi, ambiciózus jövőkép egyértelmű: az energiaszektor átalakítása innovatív Power-to-X technológiákon keresztül a fenntartható jövő érdekében. További információk a weboldalon találhatók Brandenburgi Műszaki Egyetem, a PTX Szövetség és azt Power-to-metanol projekt.