Zeleni vodik: tehnologija prihodnosti za trajnostno proizvodnjo energije!

Zeleni vodik: tehnologija prihodnosti za trajnostno proizvodnjo energije!

Laboratorij ESC na Brandenburški tehnični univerzi Cottbus-Senftenberg je v inovativnem koraku za spodbujanje trajnostnih virov energije naredil prelomen napredek pri sintezi metana. Reaktorji pretvorijo zeleni vodik in ogljikov dioksid (CO₂) iz industrijskih procesov v sintetični metan, ogljično nevtralen vir energije z visoko kalorično vrednostjo. Ta tehnologija bi lahko pomembno prispevala k zmanjšanju emisij toplogrednih plinov.

Reaktorji za sintezo metana delujejo pri temperaturah od 300 do 350 °C in v območju tlaka od 1 do 10 barov. Uporabljajo se katalizatorji Ni/Al₂O3. Za nadaljnjo optimizacijo reaktorjev se uporabljajo enodimenzionalni simulacijski modeli, katerih dolgi računski časi zagotavljajo dragocen vpogled v proces. ESC Lab razvija metamodel, ki napoveduje vplive tlaka in redčenja na sintezo metana. Ta model je namenjen integraciji v aplikacije Power-to-X in digitalne dvojčke, kar bi lahko bistveno povečalo učinkovitost procesov.

Razvoj metamodela

Za usposabljanje metamodela se nizi podatkov ustvarijo iz 5000 simulacij modela reaktorja. Različni parametri vključujejo sestavo vstopnega plina, temperaturo, tlak, pretok, dolžino reaktorja in potek reakcije. Za razvoj napovednih modelov znanstveniki uporabljajo polinom 6. reda, nevronsko mrežo naprej in Gaussove procese. Cilj je jasen: ustvariti hiter model napovedovanja, ki temelji na podatkih, za optimizacijo procesov Power-to-X in digitalnih dvojčkov.

Več kot 220.000 simulacijskih točk je bilo ustvarjenih za robusten nabor podatkov za usposabljanje, kar omogoča natančno modeliranje. Nevronska mreža zagotavlja najboljše napovedi za temperaturo reaktorja po dolžini reaktorja. Prav tako kaže dobre rezultate pri kartiranju učinka tlaka in redčenja na vsebnost metana. Gaussovi procesi so se izkazali za posebej učinkovite za napovedovanje vodika. Znanstveniki, kot so Tim Franken, Monang Vadivala, Saurabh Sharma, Tobias Gloesslein in Fabian Mauß, so ključno vključeni v ta raziskovalni projekt.

Integracija v tehnologije Power-to-X

Uporaba razvitih tehnologij pri shranjevanju in pretvorbi energije postaja vse bolj pomembna. Odvečna energija iz vetrne energije in fotovoltaičnih sistemov se pretvori v dragocene vire energije kot del povezovanja sektorjev. Raziskovalna skupina, ki sodeluje pri projektu Power-to-Methanol, ki ga vodi frankfurtski Dechema, raziskuje pretvorbo vodika in CO₂ v metanol z uporabo bioplinarn. Ta metoda bi lahko bistveno izboljšala prožnost v elektroenergetskem sektorju.

Projekt je razvil dva koncepta za naprave za proizvodnjo zelenega metanola iz zelene električne energije. Upoštevan je bil tehnični razvoj in načrtovanje realnih lokacij obratov. Izzivi so predvsem v lokacijskih razmerah, osrednjega pomena pa je zagotavljanje zelene elektrike oziroma vodika. Še posebej obetavna je sinteza zelenega metanola z zelenim CO₂, ki nastaja pri proizvodnji bioetanola.

V pozitivnem povzetku projektna skupina in partnerji priporočajo nadaljnji razvoj regulativnega okvira za proizvodnjo zelenega metanola iz zelene električne energije in zelenega CO₂. Kombinacija temeljnih raziskav, praktičnega inženiringa obratov in ekonomske analize se je izkazala za bistveno za pospešitev izvajanja teh inovativnih tehnologij.

Rezultati te raziskave so bili nedavno predstavljeni na 2. skupščini COST Action CYPHER v Krakovu maja 2025, kar je dalo priložnost, da se izpostavi najnovejši napredek na področju sinteze metana in povezanih tehnologij. Osrednja, ambiciozna vizija je jasna: preoblikovanje energetskega sektorja z inovativnimi tehnologijami Power-to-X za trajnostno prihodnost. Dodatne informacije najdete na spletni strani Brandenburška tehnična univerza, the PTX Alliance in to Projekt iz električne energije v metanol.