Žalias vandenilis: ateities tvarios energijos gamybos technologija!

Žalias vandenilis: ateities tvarios energijos gamybos technologija!

Siekdama naujoviško žingsnio skatinant tvarius energijos šaltinius, Brandenburgo technikos universiteto Cottbus-Senftenberg ESC laboratorija padarė novatorišką metano sintezės pažangą. Reaktoriai žaliąjį vandenilį ir anglies dioksidą (CO₂) iš pramoninių procesų paverčia sintetiniu metanu – anglies atžvilgiu neutraliu energijos šaltiniu, turinčiu aukštą šiluminę vertę. Ši technologija galėtų labai prisidėti prie šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijos mažinimo.

Metano sintezės reaktoriai veikia 300–350°C temperatūroje ir 1–10 barų slėgio diapazone. Naudojami Ni/Al2O3 katalizatoriai. Siekiant toliau optimizuoti reaktorius, naudojami vienmačiai modeliavimo modeliai, kurių ilgas skaičiavimo laikas suteikia vertingų įžvalgų apie procesą. ESC laboratorija kuria metamodelį, numatantį slėgio ir skiedimo įtaką metano sintezei. Šį modelį ketinama integruoti į Power-to-X programas ir skaitmeninius dvynius, o tai gali žymiai padidinti procesų efektyvumą.

Metamodelio kūrimas

Norint išmokyti metamodelį, duomenų rinkiniai generuojami iš 5000 reaktoriaus modelio modeliavimų. Įvairūs parametrai apima dujų įleidimo sudėtį, temperatūrą, slėgį, srautą, reaktoriaus ilgį ir reakcijos eigą. Kurdami prognozavimo modelius, mokslininkai naudoja 6-osios eilės polinomą, grįžtamąjį neuroninį tinklą ir Gauso procesus. Tikslas aiškus: sukurti greitą, duomenimis pagrįstą prognozavimo modelį, kuris optimizuotų Power-to-X procesus ir skaitmeninius dvynius.

Buvo sukurta daugiau nei 220 000 modeliavimo taškų tvirtam mokymo duomenų rinkiniui, leidžiančiam tiksliai modeliuoti. Neuroninis tinklas pateikia geriausias reaktoriaus temperatūros prognozes per visą reaktoriaus ilgį. Tai taip pat rodo gerus rezultatus nustatant slėgio ir skiedimo poveikį metano kiekiui. Gauso procesai yra ypač veiksmingi numatant vandenilį. Tokie mokslininkai kaip Tim Franken, Monang Vadivala, Saurabh Sharma, Tobias Gloesslein ir Fabian Mauß yra labai svarbūs šiame tyrimo projekte.

Integracija į Power-to-X technologijas

Sukurtų technologijų taikymas energijos kaupime ir konversijoje tampa vis svarbesnis. Vėjo energijos ir fotovoltinių sistemų energijos perteklius paverčiamas vertingais energijos šaltiniais kaip sektoriaus sujungimo dalis. Frankfurte įsikūrusios bendrovės „Dechema“ vadovaujama projekto Power-to-Mhanol tyrimų grupė tiria vandenilio ir CO₂ pavertimą metanoliu naudojant biodujų įrenginius. Šis metodas galėtų žymiai pagerinti elektros energijos sektoriaus lankstumą.

Įgyvendinant projektą buvo sukurtos dvi koncepcijos, skirtos augalams gaminti žaliąjį metanolį iš žaliosios elektros energijos. Buvo atsižvelgta į techninius pokyčius ir realių gamyklų vietų planavimą. Iššūkiai visų pirma kyla dėl konkrečios vietos sąlygų, o žaliosios elektros arba vandenilio tiekimas yra labai svarbus. Ypač daug žada žaliojo metanolio sintezė su žaliuoju CO₂, kuris susidaro gaminant bioetanolį.

Apibendrinant galima teigti, kad projekto komanda ir partneriai rekomenduoja toliau tobulinti žaliojo metanolio gamybos iš žaliosios elektros energijos ir žaliojo CO₂ reguliavimo sistemą. Įrodyta, kad pagrindinių mokslinių tyrimų, praktinės gamyklos inžinerijos ir ekonominės analizės derinys yra būtinas siekiant pažangos diegti šias naujoviškas technologijas.

Šio tyrimo rezultatai neseniai buvo pristatyti 2025 m. gegužės mėn. Krokuvoje vykusiame 2-ajame visuotiniame COST Action CYPHER susirinkime, kuris suteikė galimybę pabrėžti naujausius metano sintezės ir susijusių technologijų pasiekimus. Pagrindinė, ambicinga vizija yra aiški: energetikos sektoriaus transformacija naudojant novatoriškas Power-to-X technologijas tvarios ateities labui. Daugiau informacijos galima rasti svetainėje Brandenburgo technikos universitetas, PTX aljansas ir tai Power-to-metanolis projektas.