Zaļais ūdeņradis: nākotnes tehnoloģija ilgtspējīgai enerģijas ražošanai!

Zaļais ūdeņradis: nākotnes tehnoloģija ilgtspējīgai enerģijas ražošanai!

Novatoriskā solī ilgtspējīgu enerģijas avotu veicināšanai Brandenburgas Tehniskās universitātes Cottbus-Senftenberg ESC laboratorija ir panākusi revolucionārus sasniegumus metāna sintēzes jomā. Reaktoros rūpnieciskajos procesos iegūto zaļo ūdeņradi un oglekļa dioksīdu (CO₂) pārvērš sintētiskā metānā, kas ir oglekļa neitrāla enerģijas avots ar augstu siltumspēju. Šī tehnoloģija varētu sniegt būtisku ieguldījumu siltumnīcefekta gāzu emisiju samazināšanā.

Metāna sintēzes reaktori darbojas temperatūrā no 300 līdz 350°C un spiediena diapazonā no 1 līdz 10 bāriem. Tiek izmantoti Ni/Al2O3 katalizatori. Lai vēl vairāk optimizētu reaktorus, tiek izmantoti viendimensijas simulācijas modeļi, kuru ilgie skaitļošanas laiki sniedz vērtīgu ieskatu procesā. ESC laboratorija izstrādā metamodeli, kas prognozē spiediena un atšķaidīšanas ietekmi uz metāna sintēzi. Šo modeli paredzēts integrēt Power-to-X lietojumprogrammās un digitālajos dvīņos, kas varētu būtiski palielināt procesu efektivitāti.

Metamodeļa izstrāde

Lai apmācītu metamodeli, datu kopas tiek ģenerētas no 5000 reaktora modeļa simulācijām. Dažādie parametri ietver gāzes ieplūdes sastāvu, temperatūru, spiedienu, plūsmas ātrumu, reaktora garumu un reakcijas gaitu. Lai izstrādātu prognozēšanas modeļus, zinātnieki izmanto 6. kārtas polinomu, uz priekšu vērstu neironu tīklu un Gausa procesus. Mērķis ir skaidrs: izveidot ātru, uz datiem balstītu prognozēšanas modeli, lai optimizētu Power-to-X procesus un digitālos dvīņus.

Vairāk nekā 220 000 simulācijas punktu tika izveidoti spēcīgai apmācības datu kopai, kas ļauj veikt precīzu modelēšanu. Neironu tīkls nodrošina vislabākās reaktora temperatūras prognozes visā reaktora garumā. Tas arī parāda labus rezultātus, kartējot spiediena un atšķaidīšanas ietekmi uz metāna saturu. Gausa procesi izrādās īpaši efektīvi ūdeņraža prognozēšanai. Tādi zinātnieki kā Tims Frankens, Monangs Vadivala, Saurabs Šarma, Tobiass Glosleins un Fabians Mauß ir būtiski iesaistīti šajā pētniecības projektā.

Integrācija Power-to-X tehnoloģijās

Izstrādāto tehnoloģiju pielietojums enerģijas uzglabāšanā un pārveidē kļūst arvien aktuālāks. Enerģijas pārpalikums no vēja enerģijas un fotoelementu sistēmām tiek pārveidots vērtīgos enerģijas avotos sektora savienojuma ietvaros. Pētnieku grupa, kas strādā projektā Power-to-Mhanol, ko vada Frankfurtē bāzētā Dechema, pēta ūdeņraža un CO₂ pārvēršanu metanolā, izmantojot biogāzes iekārtas. Šī metode varētu būtiski uzlabot elektroenerģijas nozares elastību.

Projektā ir izstrādātas divas koncepcijas augiem, lai no zaļās elektroenerģijas ražotu zaļo metanolu. Tika ņemta vērā tehniskā attīstība un plānošana reālām rūpnīcu atrašanās vietām. Izaicinājumi ir īpaši saistīti ar atrašanās vietai raksturīgiem apstākļiem, un zaļās elektroenerģijas vai ūdeņraža nodrošināšanai ir galvenā nozīme. Īpaši daudzsološa ir zaļā metanola sintēze ar zaļo CO₂, kas rodas bioetanola ražošanā.

Pozitīvi var teikt, ka projekta komanda un partneri iesaka turpināt izstrādāt normatīvo regulējumu zaļā metanola ražošanai no zaļās elektroenerģijas un zaļās CO₂. Pamatpētījumu, praktiskās iekārtu inženierijas un ekonomiskās analīzes kombinācija ir izrādījusies būtiska, lai veicinātu šo novatorisko tehnoloģiju ieviešanu.

Šī pētījuma rezultāti nesen tika prezentēti COST Action CYPHER 2. ģenerālsapulcē Krakovā 2025. gada maijā, kas sniedza iespēju izcelt jaunākos sasniegumus metāna sintēzes un saistīto tehnoloģiju jomā. Centrālā, vērienīgā vīzija ir skaidra: enerģētikas nozares pārveide, izmantojot novatoriskas Power-to-X tehnoloģijas ilgtspējīgai nākotnei. Papildu informāciju var atrast tīmekļa vietnē Brandenburgas Tehniskā universitāte, PTX alianse un tas Power-to-metanolu projekts.