И мобильность, и энергетический сектор в настоящее время сталкиваются с серьезными проблемами: топливо должно стать нейтральным по отношению к СО 2, а зеленое электричество не всегда доступно, когда это необходимо. Объединение секторов электричества и мобильности может быть решением, как показывают исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) с проектом Kopernikus Power-to-X (P2X): они производят топливо из углекислого газа, воды и зеленого электричества.
Производить топливо из зеленого электричества
«Ветер и солнце обеспечивают нас достаточным количеством энергии во всем мире, но не всегда в нужное время», - объясняет профессор Роланд Диттмейер из KIT о дилемме перехода энергии. «Кроме того, некоторые важные транспортные сегменты, такие как воздушные или грузовые перевозки, также нуждаются в топливе в долгосрочной перспективе, поскольку они имеют высокую плотность энергии». Поэтому имеет смысл хранить ранее неиспользованное зеленое электричество в химических источниках энергии.
Партнеры Climeworks, Ineratec, Sunfire и KIT теперь объединили необходимые этапы химического процесса в компактной системе, достигли совместной работы и таким образом продемонстрировали функциональный принцип. По мнению исследователей, сочетание технологий обещает оптимальное использование используемого диоксида углерода и максимально возможную энергоэффективность, поскольку материальные и энергетические потоки перерабатываются внутри компании. Текущий испытательный центр может производить около десяти литров топлива в день. На втором этапе проекта будет разработана система с 200 литрами в день. После этого будет построен доиндустриальный демонстрационный завод в диапазоне мегаватт, то есть с производительностью от 1500 до 2000 литров в день. Это теоретически позволило бы достичь эффективности около 60 процентов.то есть хранить 60 процентов зеленой электроэнергии, используемой в качестве химической энергии в топливе.
Топливо в четыре ступени
На первом этапе система извлекает углекислый газ из окружающего воздуха в циклическом процессе. В технологии прямого захвата воздуха от Climeworks, дочерней компании ETH Zurich, используется специально обработанный фильтрующий материал. Воздушные фильтры поглощают молекулы углекислого газа, как губка. Под вакуумом и при 95 градусах Цельсия прилипший углекислый газ растворяется с поверхности и откачивается.
Защита климата
Два швейцарских инженера проектируют пылесосы CO2
На втором этапе происходит одновременное электролитическое расщепление углекислого газа и водяного пара. Этот так называемый совместный электролиз, производимый технологической компанией Sunfire, производит водород и окись углерода за один технологический этап, синтез-газ, который формирует основу для широкого спектра процессов в химической промышленности. Соэлектролиз с высокой степенью эффективности может химически связывать 80 процентов экологически чистого электричества, используемого в синтез-газе, в промышленных масштабах.
На третьем этапе молекулы углеводородов с длинной цепью, исходные продукты для топлива, образуются из синтез-газа с использованием процесса Фишера-Тропша. Кроме того, Ineratec, дочерняя компания KIT, поставляет микроструктурированный реактор, который имеет большую площадь поверхности в наименьшем пространстве для безопасного отвода тепла процесса и использования его для других технологических этапов. Таким образом, процесс легко контролировать, он может легко справляться с изменениями нагрузки и имеет модульное расширение.
Четвертый шаг, наконец, оптимизирует качество топлива и выход. KIT интегрировал этот подпроцесс, так называемый гидрокрекинг, в технологическую цепочку. В присутствии платино-цеолитного катализатора длинные углеводородные цепи частично расщепляются в атмосфере водорода и, таким образом, изменяют ассортимент продуктов в сторону более полезных видов топлива, таких как бензин, керосин и дизельное топливо.
Может использоваться децентрализованно, где доступно зеленое электричество
Процесс предлагает особенно большой потенциал с точки зрения его модульного характера. Из-за низкого риска масштабирования порог внедрения значительно ниже, чем для центрального крупного химического завода. Процесс может быть установлен децентрализованно и, следовательно, может использоваться везде, где есть солнечная, ветровая или гидроэнергетика.