Grönt väte: framtidens teknik för hållbar energiproduktion!

Grönt väte: framtidens teknik för hållbar energiproduktion!

I ett innovativt steg för att främja hållbara energikällor har ESC Lab vid Brandenburgs tekniska universitet Cottbus-Senftenberg gjort banbrytande framsteg inom metansyntes. Reaktorerna omvandlar grönt väte och koldioxid (CO₂) från industriella processer till syntetisk metan, en kolneutral energikälla med ett högt värmevärde. Denna teknik skulle kunna ge ett betydande bidrag till att minska utsläppen av växthusgaser.

Metansyntesreaktorerna arbetar vid temperaturer på 300 till 350°C och ett tryckområde på 1 till 10bar. Ni/Al2O3-katalysatorer används. För att ytterligare optimera reaktorerna används endimensionella simuleringsmodeller, vars långa beräkningstider ger värdefulla insikter i processen. ESC Lab utvecklar en metamodell som förutsäger påverkan av tryck och utspädning på metansyntes. Denna modell är tänkt att integreras i Power-to-X-applikationer och digitala tvillingar, vilket avsevärt skulle kunna öka effektiviteten i processerna.

Utveckling av en metamodell

För att träna metamodellen genereras datamängder från 5 000 simuleringar av reaktormodellen. De varierande parametrarna inkluderar gasinloppssammansättning, temperatur, tryck, flödeshastighet, reaktorlängd och reaktionsförlopp. För att utveckla förutsägelsemodellerna använder forskarna ett polynom av 6:e ordningen, ett neuralt nätverk för feedforward och Gaussiska processer. Målet är tydligt: ​​att skapa en snabb, datadriven prediktionsmodell för att optimera Power-to-X-processer och digitala tvillingar.

Över 220 000 simuleringspunkter skapades för en robust träningsdatauppsättning, vilket möjliggör noggrann modellering. Det neurala nätverket ger de bästa förutsägelserna för reaktortemperaturen över reaktorlängden. Den visar också goda resultat i att kartlägga effekten av tryck och utspädning på metanhalten. Gaussiska processer visar sig vara särskilt effektiva för att förutsäga väte. Forskare som Tim Franken, Monang Vadivala, Saurabh Sharma, Tobias Gloesslein och Fabian Mauß är avgörande involverade i detta forskningsprojekt.

Integrering i Power-to-X-teknik

Tillämpningen av de utvecklade teknologierna inom energilagring och energiomvandling blir allt viktigare. Överskottsenergi från vindkraft och solcellssystem omvandlas till värdefulla energikällor som en del av sektorkopplingen. En forskargrupp som arbetar i Power-to-Methanol-projektet som leds av Frankfurt-baserade Dechema undersöker omvandlingen av väte och CO₂ till metanol med hjälp av biogasanläggningar. Denna metod kan avsevärt förbättra flexibiliteten inom elsektorn.

Projektet har utvecklat två koncept för anläggningar för att producera grön metanol från grön el. Den tekniska utvecklingen och planering för verkliga anläggningslägen togs i beaktande. Utmaningarna ligger särskilt i de platsspecifika förhållandena och tillhandahållandet av grön el eller vätgas är av central betydelse. Syntesen av grön metanol med grön CO₂, som produceras vid produktion av bioetanol, är särskilt lovande.

I en positiv sammanfattning rekommenderar projektgruppen och partners att vidareutveckla regelverket för produktion av grön metanol från grön el och grön CO₂. En kombination av grundforskning, praktisk anläggningsteknik och ekonomisk analys har visat sig vara avgörande för att främja implementeringen av dessa innovativa teknologier.

Resultaten av denna forskning presenterades nyligen vid det andra bolagsmötet för COST Action CYPHER i Krakow i maj 2025, vilket gav möjligheten att lyfta fram de senaste framstegen inom metansyntes och relaterad teknologi. Den centrala, ambitiösa visionen är tydlig: omvandlingen av energisektorn genom innovativ Power-to-X-teknik för en hållbar framtid. Mer information finns på hemsidan Brandenburgs tekniska universitet, den PTX Alliance och det Power-to-metanol-projekt.