Syntetyczny gaz ziemny – obiecujący sposób na magazynowanie energii odnawialnej
Unia Europejska podjęła zobowiązanie do ograniczenia do 2050 roku emisji gazów cieplarnianych o 80 % do 95 % w stosunku do wartości z 1990 roku. Badania sugerują, że energia wiatrowa i słoneczna będą stanowiły główne filary transformacji energetycznej, która odbywa się obecnie w Europie. Z wykorzystaniem tych źródeł energii wiąże się kwestia magazynowania nadmiarowej energii elektrycznej, która stanowi klucz do zapewnienia nieprzerwanych dostaw energii. W ramach finansowanego ze środków UE projektu ElectroGas powstała innowacyjna technologia oparta na procesie elektrolizy, która pozwala na przekształcanie energii wytwarzanej przez elektrownie wiatrowe i fotowoltaiczne na łatwy do przechowywania syntetyczny gaz ziemny – wysoce wydajne i przyjazne środowisku paliwo.
Magazynowanie energii w postaci gazu
Koncepcja wykorzystywania energii elektrycznej do wytwarzania wysokoenergetycznych gazów, takich jak wodór i metan, nie jest nowa, ale ostatnio przeżywa renesans w związku ze wzrostem popularności generowania energii ze źródeł odnawialnych. Nośniki energii, takie jak paliwa w postaci gazowej oferują dużą elastyczność w zakresie magazynowania energii, co umożliwiłoby pokrycie zapotrzebowania energetycznego w okresach mniejszego nasłonecznienia i osłabienia wiatrów. Pierwszym etapem procesu jest synteza wodoru z wykorzystaniem procesu elektrolizy wody z użyciem energii pozyskanej ze źródeł odnawialnych. Przemiana „odnawialnego” wodoru w metan (główny składnik gazu ziemnego) lub inne węglowodory stanowi kolejny etap procesu, na który składa się szereg kroków. Jeden z nich zakłada przeprowadzenie odwrotnej konwersji tlenku węgla z parą wodną, aby przekształcić CO2 w tlenek węgla. Kolejny wymaga zmieszania wodoru z tlenkiem węgla lub CO2 w celu wytworzenia gazu syntezowego. Tak uzyskany gaz jest wtłaczany do reaktora katalitycznego, w którym uzyskuje się węglowodory (metan, metanol, kwas mrówkowy itp.). Konwencjonalne techniki pozyskiwania gazu syntezowego z biomasy wymagają wysokiej temperatury (500–1 000 ºC) oraz wysokiego ciśnienia (ponad 40 barów). Opracowany w ramach projektu ElectroGas proces stanowi prawdziwą rewolucję, gdyż pozwala na uzyskanie gazu syntezowego w znacznie niższej temperaturze (100 ºC) i przy wielokrotnie niższym ciśnieniu (poniżej 4 barów).
Lepsza alternatywna metoda magazynowania energii
„Dwutlenek węgla wykorzystywany w ramach procesu jest wytwarzany bezpośrednio w elektrolizerze w wyniku utleniania elektrod biowęglowych (biomasowych), dzięki czemu cykl węglowy pozostaje cyklem zamkniętym. Gdyby pochodził z innego źródła (kopalnego), tak jak ma to miejsce w stosowanym obecnie procesie technologicznym, nasze rozwiązanie nie byłoby możliwe do sklasyfikowania jako bezemisyjne”, wyjaśnia koordynator projektu José Campos Rodrigues. Brak emisji CO2 pozwala też myśleć o rozszerzeniu możliwości wykorzystania energii odnawialnej w odizolowanych obszarach. „Przechowywanie nadmiarowej odnawialnej energii elektrycznej w postaci syntetycznego gazu ziemnego mogłoby zagwarantować niezależność energetyczną dowolnego regionu lub społeczności i wyeliminować konieczność importu paliw. Synteza gazu ziemnego i płynnych paliw to olbrzymia szansa dla gospodarki i inwestorów, a także obiecująca duże zyski specjalizacja, która może doprowadzić do rozwoju gospodarki Europy” dodaje Rodrigues. Kolejną przewagą syntetycznego gazu ziemnego nad innymi metodami magazynowania energii (lub wykorzystywaniem w tym celu innych paliw gazowych) jest łatwość jego przechowywania i transportowania. Syntetyczny gaz może być przesyłany przy pomocy istniejącej infrastruktury gazu ziemnego bez konieczności jakiegokolwiek dalszego przetwarzania. ElectroGas to także lepsza i bardziej niezawodna metoda magazynowania energii niż akumulatory wykorzystywane nieprzyłączonych do sieci – akumulatory nie dają bowiem możliwości magazynowania energii na potrzeby pokrycia okresowych zmian wydajności jej wytwarzania w przystępnej cenie. Co więcej, w porównaniu z energią generowaną przez elektrownie szczytowo-pompowe, stosowanie gazu ElectroGas wymaga znacznie mniejszych nakładów inwestycyjnych i nie wpływa na środowisko. Naukowcy pracują teraz nad zwiększeniem skali prototypu laboratoryjnego i budową elektrolizera o mocy 5 kW. Zakłada się, że badania terenowe zostaną przeprowadzone do końca 2020 roku. W przyszłości może okazać się, że technologia ElectroGas będzie miała kluczowe znaczenie w magazynowaniu energii ze źródeł odnawialnych i przyczyni się do osiągnięcia redukcji emisji dwutlenku węgla zgodnie z założeniami UE. Syntetyczny gaz ziemny to zrównoważone źródło energii, które może stanowić rozwiązanie problemów związanych z zapewnieniem mobilności i elektryfikacją wsi oraz odizolowanych obszarów. Może też być motorem zwiększającym udział innych odnawialnych źródeł energii (nawet powyżej 90 %) w rynku energetycznym przed upływem połowy stulecia.
Słowa kluczowe
ElectroGas, syntetyczny gaz ziemny, magazynowanie energii, CO2, energia odnawialna, energia słoneczna, metan, elektrolizer
