Zelený vodík: budúca technológia pre trvalo udržateľnú výrobu energie!

Zelený vodík: budúca technológia pre trvalo udržateľnú výrobu energie!

Laboratórium ESC na Technickej univerzite v Brandenbursku Cottbus-Senftenberg urobilo inovatívnym krokom na podporu udržateľných zdrojov energie prelomový pokrok v syntéze metánu. Reaktory premieňajú zelený vodík a oxid uhličitý (CO₂) z priemyselných procesov na syntetický metán, uhlíkovo neutrálny zdroj energie s vysokou výhrevnosťou. Táto technológia by mohla významne prispieť k zníženiu emisií skleníkových plynov.

Reaktory na syntézu metánu pracujú pri teplotách 300 až 350 °C a tlakovom rozsahu 1 až 10 barov. Používajú sa katalyzátory Ni/Al203. Na ďalšiu optimalizáciu reaktorov sa používajú jednorozmerné simulačné modely, ktorých dlhé výpočtové časy poskytujú cenné informácie o procese. ESC Lab vyvíja metamodel, ktorý predpovedá vplyvy tlaku a riedenia na syntézu metánu. Tento model je určený na integráciu do Power-to-X aplikácií a digitálnych dvojčiat, čo by mohlo výrazne zvýšiť efektivitu procesov.

Vývoj metamodelu

Na trénovanie metamodelu sa generujú súbory údajov z 5 000 simulácií modelu reaktora. Rôzne parametre zahŕňajú zloženie prívodu plynu, teplotu, tlak, prietok, dĺžku reaktora a priebeh reakcie. Na vývoj predikčných modelov vedci používajú polynóm 6. rádu, doprednú neurónovú sieť a Gaussove procesy. Cieľ je jasný: vytvoriť rýchly predikčný model založený na údajoch na optimalizáciu procesov Power-to-X a digitálnych dvojčiat.

Bolo vytvorených viac ako 220 000 simulačných bodov pre robustný tréningový súbor údajov, ktorý umožňuje presné modelovanie. Neurónová sieť poskytuje najlepšie predpovede teploty reaktora po celej dĺžke reaktora. Dobré výsledky vykazuje aj pri mapovaní vplyvu tlaku a riedenia na obsah metánu. Gaussove procesy sa ukázali ako obzvlášť účinné na predpovedanie vodíka. Vedci ako Tim Franken, Monang Vadivala, Saurabh Sharma, Tobias Gloesslein a Fabian Mauß sú kľúčovo zapojení do tohto výskumného projektu.

Integrácia do technológií Power-to-X

Aplikácia vyvinutých technológií pri skladovaní a premene energie je čoraz dôležitejšia. Prebytočná energia z veternej energie a fotovoltaických systémov sa premieňa na cenné zdroje energie ako súčasť sektorového prepojenia. Výskumný tím pracujúci na projekte Power-to-Methanol pod vedením frankfurtskej Dechemy skúma premenu vodíka a CO₂ na metanol pomocou bioplynových staníc. Táto metóda by mohla výrazne zlepšiť flexibilitu v sektore elektrickej energie.

Projekt vyvinul dva koncepty pre zariadenia na výrobu zeleného metanolu zo zelenej elektriny. Zohľadnil sa technický vývoj a plánovanie pre skutočné umiestnenie závodu. Výzvy spočívajú najmä v podmienkach špecifických pre danú lokalitu a ústredný význam má poskytovanie zelenej elektriny alebo vodíka. Perspektívna je najmä syntéza zeleného metanolu so zeleným CO₂, ktorý vzniká pri výrobe bioetanolu.

V pozitívnom zhrnutí projektový tím a partneri odporúčajú ďalší rozvoj regulačného rámca pre výrobu zeleného metanolu zo zelenej elektriny a zeleného CO₂. Kombinácia základného výskumu, praktického inžinierstva závodu a ekonomickej analýzy sa ukázala ako nevyhnutná pre pokrok v implementácii týchto inovatívnych technológií.

Výsledky tohto výskumu boli nedávno prezentované na 2. valnom zhromaždení COST Action CYPHER v Krakove v máji 2025, čo poskytlo príležitosť poukázať na najnovšie pokroky v syntéze metánu a súvisiacich technológiách. Ústredná, ambiciózna vízia je jasná: transformácia energetického sektora prostredníctvom inovatívnych technológií Power-to-X pre udržateľnú budúcnosť. Ďalšie informácie nájdete na webovej stránke Brandenburská technická univerzita, Aliancia PTX a to Projekt Power-to-methanol.