Przełomowa technologia podnosi wartość rozszczepiania metanu
Chcąc osiągnąć cele Zielonego Ładu, Europa musi znaleźć sposób na szybką dekarbonizację sektora energetycznego. Jednym z obiecujących rozwiązań jest rozszczepianie metanu, a ściślej rozkład metanu na węgiel i paliwo wodorowe. Proces ten wiąże się jednak z kilkoma wyzwaniami, które stanowią przeszkodę na drodze do wprowadzenia go na rynek. Problemem tym zajął się interdyscyplinarny zespół złożony z przedstawicieli uniwersytetów, ośrodków badawczych i przemysłu, który poczynił ogromne postępy w dziedzinie katalitycznego rozkładu metanu, aby uczynić z tego procesu bardziej opłacalną bezemisyjną technologię.
Niskotemperaturowe reakcje katalityczne
Pierwszym etapem prac w ramach finansowanego ze środków UE projektu 112CO2 było kompleksowe badanie mające rzucić więcej światła na chemiczne i fizyczne aspekty procesu pirolizy. Uzyskanie tej kluczowej wiedzy było niezbędne do osiągnięcia głównego celu, jaki postawili przed sobą uczestnicy projektu 112CO2. Jak twierdzi Adélio Mendes, koordynator projektu: „Od początku naszym celem było przygotowanie gruntu pod przełomową, niedrogą technologię, która pozwoli na szybką dekarbonizację sektora energetycznego”. Jednym z najważniejszych czynników w katalizie jest temperatura. W ramach innych konsorcjów analizowane są możliwości wykorzystania wysokich temperatur (powyżej 900 °C), aczkolwiek ta metoda jest energochłonna, a co więcej, w zależności od zastosowanej technologii, może być również niebezpieczna w obsłudze. Z tego względu zespół projektu 112CO2 postanowił opracować rozwiązanie wykorzystujące niskie temperatury (500–650 °C). Osiągnięcie tego celu było możliwe dzięki użyciu czystego metanu, przy czym zespół doszedł do wniosku, że nie jest to najlepsze podejście w przypadku korzystania z gazu ziemnego lub biometanu, ponieważ technologia ta powodowała kumulowanie się zanieczyszczeń wewnątrz reaktora. W ramach projektu odkryto, że praca w temperaturze pośredniej (750–850 °C) zapewnia większą stabilność reaktora, przy większej gęstości mocy.
Rozwiązanie problemu gromadzenia się osadów węgla
Zarówno w przypadku reakcji niskotemperaturowych, jak i średniotemperaturowych katalityczne metody rozszczepiania metanu powodowały gromadzenie się osadów stałego węgla na katalizatorach. Zespół projektu 112CO2 zdołał pokonać to wyzwanie poprzez okresowe dostarczanie wodoru i odwracanie reakcji chemicznej. Efektem tego była mniejsza akumulacja węgla, a w warunkach niskiej temperatury – również regeneracja katalizatora. Do swoich głównych osiągnięć zespół zalicza opracowanie bardzo aktywnego i stabilnego katalizatora oraz utrzymanie go w stanie wolnym od zanieczyszczenia węglem. „Wśród najważniejszych rezultatów projektu 112CO2 jest opracowanie – po raz pierwszy – prawdziwie stabilnego katalizatora niklowego oraz procesu regeneracji, który umożliwia cykliczne usuwanie gromadzących się cząstek węgla, a co za tym idzie regenerację katalizatora”, stwierdza Mendes.
Przyszłość waloryzowanych produktów ubocznych
Niewątpliwie niezbędnym wsparciem dekarbonizacji sektora energetycznego jest produkcja czystego paliwa wodorowego. Oprócz wykorzystania biometanu do produkcji opłacalnych paliw, takich jak zielony metanol (zawierający wodór i produkt przejściowy), technologia ta może dodatkowo wspierać zieloną transformację, oferując usuwanie CO2 z atmosfery. Co więcej, wysokowartościowe odnawialne materiały grafitowe, które powstają w wyniku tego procesu, znajdują liczne zastosowania, takie jak elektrody w urządzeniach elektrochemicznych. Konsorcjum projektu 112CO2 udało się pokonać wiele wyzwań na drodze do stworzenia łatwego w obsłudze i opłacalnego reaktora do rozkładu metanu, który według wyliczeń powinien działać przez ponad 10 000 godzin bez wyłączania. Zanim jednak technologia ta będzie gotowa do wdrożenia, należy rozwiązać kilka kwestii. Jedną z nich jest znalezienie najlepszego sposobu na oczyszczenie wodoru i usunięcie zanieczyszczeń z reaktora. Do kolejnych problemów należą optymalizacja warunków i kontrola kosztów w odniesieniu do struktury katalizatora oraz jego temperatury i ciśnienia. Partnerzy projektu mają nadzieję, że znajdą rozwiązania już na kolejnym etapie badań. Otrzymali oni środki w ramach projektu „Transformacja” EIC na realizację inicjatywy ZeroCarb, która rozpocznie się w kwietniu 2025 roku. Komentując wysiłki na rzecz bezemisyjnej Europy, Mendes podkreśla: „Zespół naukowy wierzy, że do 2028 roku zbuduje pierwszy prototyp w prawdziwie przemysłowej skali”. Więcej informacji na temat projektu 112CO2 można znaleźć tutaj.
Słowa kluczowe
112CO2, przełomowa technologia, rozkład metanu, rozszczepianie metanu, bezemisyjna, reakcje katalityczne, usuwanie osadów węgla, katalizator niklowy, wodór, węgiel grafitowy
