Zielony wodór: technologia przyszłości dla zrównoważonej produkcji energii!

Zielony wodór: technologia przyszłości dla zrównoważonej produkcji energii!

Dokonując innowacyjnego kroku w promowaniu zrównoważonych źródeł energii, laboratorium ESC na Brandenburskim Uniwersytecie Technicznym w Cottbus-Senftenberg dokonało przełomowych postępów w syntezie metanu. Reaktory przekształcają zielony wodór i dwutlenek węgla (CO₂) pochodzące z procesów przemysłowych w syntetyczny metan, neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla źródło energii o wysokiej wartości opałowej. Technologia ta może znacząco przyczynić się do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych.

Reaktory do syntezy metanu pracują w temperaturach od 300 do 350°C i w zakresie ciśnień od 1 do 10 barów. Stosuje się katalizatory Ni/Al₂O₃. W celu dalszej optymalizacji reaktorów wykorzystywane są jednowymiarowe modele symulacyjne, których długie czasy obliczeń dostarczają cennych informacji na temat procesu. Laboratorium ESC opracowuje metamodel, który przewiduje wpływ ciśnienia i rozcieńczenia na syntezę metanu. Model ten ma zostać zintegrowany z aplikacjami Power-to-X i cyfrowymi bliźniakami, co mogłoby znacząco zwiększyć efektywność procesów.

Opracowanie metamodelu

Aby wytrenować metamodel, generowane są zestawy danych z 5000 symulacji modelu reaktora. Zmienne parametry obejmują skład wlotu gazu, temperaturę, ciśnienie, natężenie przepływu, długość reaktora i postęp reakcji. Do opracowania modeli prognostycznych naukowcy wykorzystali wielomian 6. rzędu, sieć neuronową ze sprzężeniem zwrotnym i procesy Gaussa. Cel jest jasny: stworzenie szybkiego modelu predykcyjnego opartego na danych w celu optymalizacji procesów Power-to-X i cyfrowych bliźniaków.

Na potrzeby solidnego zbioru danych szkoleniowych utworzono ponad 220 000 punktów symulacyjnych, umożliwiających dokładne modelowanie. Sieć neuronowa zapewnia najlepsze przewidywania temperatury reaktora na całej długości reaktora. Wykazuje również dobre wyniki w mapowaniu wpływu ciśnienia i rozcieńczenia na zawartość metanu. Procesy Gaussa okazują się szczególnie skuteczne w przewidywaniu wodoru. Naukowcy tacy jak Tim Franken, Monang Vadivala, Saurabh Sharma, Tobias Gloesslein i Fabian Mauß są niezwykle zaangażowani w ten projekt badawczy.

Integracja z technologiami Power-to-X

Zastosowanie opracowanych technologii w magazynowaniu i konwersji energii staje się coraz ważniejsze. Nadmiar energii z elektrowni wiatrowych i fotowoltaiki przekształcany jest w cenne źródła energii w ramach łączenia sektorów. Zespół badawczy pracujący w ramach projektu Power-to-Metanol kierowanego przez firmę Dechema z siedzibą we Frankfurcie bada konwersję wodoru i CO₂ w metanol za pomocą biogazowni. Metoda ta mogłaby znacznie poprawić elastyczność w sektorze energii elektrycznej.

W ramach projektu opracowano dwie koncepcje zakładów produkujących ekologiczny metanol z ekologicznej energii elektrycznej. Uwzględniono rozwój techniczny i planowanie rzeczywistych lokalizacji zakładów. Wyzwania wiążą się szczególnie z warunkami specyficznymi dla danej lokalizacji, a zapewnienie zielonej energii elektrycznej lub wodoru ma kluczowe znaczenie. Szczególnie obiecująca jest synteza zielonego metanolu z zielonym CO₂, który powstaje przy produkcji bioetanolu.

Podsumowując, zespół projektowy i partnerzy zalecają dalszy rozwój ram regulacyjnych dotyczących produkcji ekologicznego metanolu z zielonej energii elektrycznej i zielonego CO₂. Połączenie badań podstawowych, praktycznej inżynierii instalacji i analizy ekonomicznej okazało się niezbędne do przyspieszenia wdrażania tych innowacyjnych technologii.

Wyniki tych badań zostały niedawno zaprezentowane na II Walnym Zgromadzeniu COST Action CYPHER w Krakowie w maju 2025 roku, co dało okazję do zaprezentowania najnowszych osiągnięć w syntezie metanu i technologiach z nią związanych. Główna, ambitna wizja jest jasna: transformacja sektora energetycznego poprzez innowacyjne technologie Power-to-X na rzecz zrównoważonej przyszłości. Więcej informacji można znaleźć na stronie internetowej Brandenburski Uniwersytet Techniczny, Sojusz PTX i to Projekt zamiany energii na metanol.