Groene waterstof: toekomstige technologie voor duurzame energieproductie!

Groene waterstof: toekomstige technologie voor duurzame energieproductie!

In een innovatieve stap om duurzame energiebronnen te bevorderen heeft het ESC Lab van de Brandenburgse Technische Universiteit Cottbus-Senftenberg baanbrekende vooruitgang geboekt op het gebied van de methaansynthese. De reactoren zetten groene waterstof en kooldioxide (CO₂) uit industriële processen om in synthetisch methaan, een koolstofneutrale energiebron met een hoge calorische waarde. Deze technologie zou een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan het terugdringen van de uitstoot van broeikasgassen.

De methaansynthesereactoren werken bij temperaturen van 300 tot 350°C en een drukbereik van 1 tot 10 bar. Er wordt gebruik gemaakt van Ni/Al2O3-katalysatoren. Om de reactoren verder te optimaliseren wordt gebruik gemaakt van eendimensionale simulatiemodellen, waarvan de lange rekentijden waardevolle inzichten in het proces opleveren. Het ESC Lab ontwikkelt een metamodel dat de invloed van druk en verdunning op de methaansynthese voorspelt. Dit model is bedoeld om te worden geïntegreerd in Power-to-X-applicaties en digital twins, wat de efficiëntie van de processen aanzienlijk zou kunnen verhogen.

Ontwikkeling van een metamodel

Om het metamodel te trainen worden datasets gegenereerd uit 5.000 simulaties van het reactormodel. De variërende parameters omvatten de samenstelling van de gasinlaat, temperatuur, druk, stroomsnelheid, reactorlengte en voortgang van de reactie. Om de voorspellingsmodellen te ontwikkelen, gebruiken de wetenschappers een polynoom van de 6e orde, een feedforward neuraal netwerk en Gaussiaanse processen. Het doel is duidelijk: een snel, datagestuurd voorspellingsmodel creëren om Power-to-X-processen en digitale tweelingen te optimaliseren.

Er zijn meer dan 220.000 simulatiepunten gecreëerd voor een robuuste trainingsdataset, waardoor nauwkeurige modellering mogelijk is. Het neurale netwerk biedt de beste voorspellingen voor de reactortemperatuur over de reactorlengte. Het laat ook goede resultaten zien bij het in kaart brengen van het effect van druk en verdunning op het methaangehalte. Gaussische processen blijken bijzonder effectief te zijn voor het voorspellen van waterstof. Wetenschappers als Tim Franken, Monang Vadivala, Saurabh Sharma, Tobias Gloesslein en Fabian Mauß zijn cruciaal betrokken bij dit onderzoeksproject.

Integratie in Power-to-X-technologieën

De toepassing van de ontwikkelde technologieën bij energieopslag en -conversie wordt steeds belangrijker. Overtollige energie uit windenergie en fotovoltaïsche systemen wordt in het kader van de sectorkoppeling omgezet in waardevolle energiebronnen. Een onderzoeksteam dat werkt in het Power-to-Methanol-project onder leiding van het in Frankfurt gevestigde Dechema onderzoekt de omzetting van waterstof en CO₂ in methanol met behulp van biogasinstallaties. Deze methode zou de flexibiliteit in de elektriciteitssector aanzienlijk kunnen verbeteren.

Het project heeft twee concepten ontwikkeld waarmee installaties groene methanol kunnen produceren uit groene stroom. Er werd rekening gehouden met technische ontwikkelingen en planning voor echte fabriekslocaties. De uitdagingen liggen vooral in de locatiespecifieke omstandigheden, waarbij de levering van groene stroom of waterstof centraal staat. Vooral de synthese van groene methanol met groene CO₂, die ontstaat bij de productie van bio-ethanol, is veelbelovend.

Positief samengevat bevelen het projectteam en partners aan om het regelgevingskader voor de productie van groene methanol uit groene stroom en groene CO₂ verder te ontwikkelen. Een combinatie van fundamenteel onderzoek, praktische installatietechniek en economische analyse is essentieel gebleken om de implementatie van deze innovatieve technologieën te bevorderen.

De resultaten van dit onderzoek zijn onlangs gepresenteerd op de tweede algemene vergadering van COST Action CYPHER in Krakau in mei 2025, wat de gelegenheid bood om de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van methaansynthese en aanverwante technologieën onder de aandacht te brengen. De centrale, ambitieuze visie is duidelijk: de transformatie van de energiesector door middel van innovatieve Power-to-X-technologieën voor een duurzame toekomst. Meer informatie vindt u op de website Technische Universiteit Brandenburg, de PTX-alliantie en dat Power-to-methanol-project.