Piroliza sintetičkog metana: kada efikasnost nije sve...

Piroliza sintetičkog metana, proces negativnih emisija koji može doprinijeti dekarbonizaciji švicarske industrije (Foto: EMPA)

Ako Švicarska želi postići ambiciozni cilj od nula emisija do 2050. godine moraće da se osloni i na tzv tehnologije negativnih emisija (NET), tj. oni procesi koji hvataju CO2 iz atmosfere i "zarobljavaju" ga dugoročno, na primjer u tlu i poroznim materijalima kao što je beton.

Kao dio nove inicijative Iskopavanje atmosfere, istraživači EMPA-e proučavaju različita rješenja za hvatanje i skladištenje viška CO2 u atmosferi: jedno od njih se fokusira na dekarbonizaciju topline koja nastaje tokom industrijskih procesa i planira proizvodi sintetički metan iz obnovljivih izvora u najtoplijim predelima Zemlje da bi ga transportovao u Evropu.

Iako proces zahtijeva ogromne količine energije, objašnjavaju naučnici, može rezultirati a bilans emisija negativan, što je centralni cilj različitih studija na ovu temu.

Tanja Zimmermann: “Pokušavamo 'materijalizirati' energiju”
Hvatanje i skladištenje CO2: 5 strategija na putu do nule

Švicarska teži tehnologijama negativnih emisija

Do 2050. godine, Švicarska će morati eliminišete svoje emisije CO2: izuzetno ambiciozan projekat, koji prolazi kroz drastično smanjenje fosilnih goriva i za "mehaničku" eliminaciju ugljičnog dioksida, čija se emisija ne može izbjeći. Za likvidaciju viška CO2, najnoviji izvještaj to također potvrđuje Fondacija za evaluaciju tehnoloških izbora (TA-SWISS), bit će potrebno eliminirati fosil ali i pribjeći tehnologije negativnih emisija (NET).

Ove tehnologije, u čijem razvoju Švicarska igra pionirsku ulogu, dopustite da apsorbuju i skladište CO2, ali imaju značajne troškove i zahtijevaju poboljšanje na terenu. Među najperspektivnijim NET tehnologijama za postizanje neto nula cilja su skladištenje CO2 u obliku biomasa u šumama, hvatanje i skladištenje CO2 od sagorevanja biomase i ubrzano starenje betona (karbonizacija).

I troškovi su vjerovatno najveća prepreka u ovom trenutku: ako je prioritet smanjenje emisija na nulu, ove nove tehnologije mogu se potaknuti samo energijom koja dolazi iz obnovljivi izvori energije, i dalje znatno skuplji od konvencionalnog.

Ali već postoje važni projekti u ovoj oblasti, kao što suOrca pilot postrojenje za hvatanje i geološko skladištenje na Islandu (najveće klimatsko pozitivno postrojenje na svijetu) i DemoUpCarma&Storage projekat koji vodi ETH Zurich, koji je istraživao dva moguća načina: mineralizaciju CO2 u betonu i skladištenje u geološkom rezervoaru na Islandu.

Sakupljanje i skladištenje ugljenika: kako da koristimo CO2?
Koliko će koštati CO2 neutralna Švicarska?

Rješenje za dekarbonizaciju industrije

Zgrade, mobilnost i industrija najveći su potrošači energije u Švicarskoj. Fokusirajući se na industrijski sektor, vidi se da i procesi visoke temperature koristi se u obradi metala ihemijska industrija, veoma često pogonjen prirodnim gasom, uzrokuju da ukupna potrošnja energije u sektoru skoči na približno 22 terawatt sata godišnje.

Tako je 2022EMPA, Tech Cluster Zug, Kanton Zug i nekoliko drugih partnera su kreiraliUdruženje za dekarbonizaciju industrije (AfDI), koji ima za cilj razvoj integrisanih pristupa za smanjenje emisije CO2 u industrijskim aplikacijama koje se mogu brzo implementirati. Pažnja Udruženja je usmjerena upravo na procesi visoke temperature i logistika, sektori u kojima vodonik će igrati ključnu ulogu.

Istraživači EMPA-e, u ovom kontekstu, namjeravaju doprinijeti dekarbonizaciji topline u procesima visoke temperature: “Shvatimo dekarbonizaciju doslovno", tvrdi on Christian Bach, šef laboratorije Automotive Powertrain Technologies u EMPA.

"Mi koristimo proces pirolize za odvojiti ugljenik od prirodnog gasa pre sagorevanja“, objašnjava naučnik EMPA.

Ono što ostaje jeste čisti vodonik (koji se može koristiti za rad procesa na visokim temperaturama) e karbonijum odvojeno u obliku praha, koji se može dalje obraditi za različite primjene u građevinarstvu i poljoprivredi.

Biće izgrađen demonstracioni pogon ove tehnologije Zug u naredne dvije godine: lVodik koji nastaje pirolizom zamijenit će fosilni prirodni plin u V-ZUG-ovim pećima za emajliranje.

Martin Eichler: “16,3 milijarde za hvatanje i skladištenje ugljika”
Vodonik u Njemačkoj: vrijeme je za energetsku revoluciju

E-metan iz pustinje do neto nule

Da proizvede jedan megavat sat toplote za industriju iz prirodni gas, potrebno je 1,2 MWh primarne energije i CO2 emisije jednake su 288 kg CO2. Ako je prirodni plin prethodno dekarboniziran pirolizom i samo nastali vodik se koristi za stvaranje topline visoke temperature, emisije CO2 mogu biti smanjen za 40 posto, dolazi sa 178 kg.

I čak je moguće dobiti negativne emisije tokom celog procesa, ako se koristi umesto prirodnog gasa sintetički metan, koji se proizvodi izdvajanjem CO2 iz atmosfere koji tada ostaje dostupan u obliku čvrstog ugljika.

"Nerealno je, međutim, misliti da ćemo moći pokritiogromna potreba za energijom naše industrije kroz domaću proizvodnju obnovljivog vodonika ili sintetičkog metana“, kaže Bach.

Pogled naučnika je stoga okrenut ka pustinjskim regijama svijeta, gdje je sunčevo zračenje po kvadratnom metru dvostruko veće od Švicarske.

Ovdje se nameće još jedna tema: proizvodnja sintetičkog metana u pustinji, njegov transport u Evropu i naknadna piroliza smanjuju ukupnu efikasnost, pa je potrebno ispitati energetske bilance i gasove staklene bašte tokom proizvodnog ciklusa (uključujući ekstrakciju prirodnog gasa i njegov transport).

Rezultat je da, iako emisije dramatično padaju, potreba za primarnom energijom raste: ako je prirodni plin prethodno dekarboniziran pirolizom (i samo nastali vodik se koristi za proizvodnju topline na visokim temperaturama), u stvari, proizvodnja 1 MWh zahtijeva 2,6 MWh primarne energije, preko duplo u poređenju sa fosilnim procesom.

Martin Ackermann: „Prilagođavanje klimi? Zaštitite se”
Od emisije ugljika inovativna tenisica za trčanje

Sintetički metan: više energije, manje emisija

Upotreba obnovljivi sintetički metan umjesto prirodnog plina smanjuje emisiju CO2, koja ide u negativnu teritoriju, ali zahtijeva ogromne količine primarne energije (pod pretpostavkom da je CO2 potreban za proizvodnju sintetičkog metana izvučen direktno iz atmosfere sa sistemom direktnog zahvatanja vazduha). Zbog toga se biljke ovog tipa mogu zamisliti samo u pustinjskim krajevima, objašnjava Bach.

Ako uzmemo u obzir i emisije zbog izgradnja solarnih i vjetrosistema, upotreba sintetičkog metana za generiranje 1 MWh topline na visokim temperaturama uključuje potrebe za primarnom energijom od 3,5 MWh i emisije jednake 126 kg CO2.

Ali ako ugljik dođe ponovo odvojen od vodonika kroz pirolizu, bilans emisije postaje negativan: cijeli proces, u ovom slučaju, proizvodi -77 kg CO2. S druge strane, kao što je i predviđeno, energetski zahtjevi su još veći: za svaki MWh procesne topline potrebno je 6,2 MWh.

"Naravno, potrebe za primarnom energijom su visoke, 2,5 do 3 puta veće od najefikasnije proizvodnje vodonika u Švicarskoj“, priznaje Bach.

"Ali budući da je u pustinjskim regijama moguće generirati dva do 2,5 puta više električne energije po kvadratnom metru fotonaponskih uređaja u poređenju sa ovim, ovaj pristup ne zahtijeva skoro nikakvu fotonaponsku površinu".

Pravi izazov predstavljaju troškovi: Naučnik EMPA je uvjeren da bi bilo moguće početi tržišnog ugljenika kao sirovina za energetske primjene, cijeli proces bi mogao postati ekonomski održivo pa čak i profitabilan.

Švicarski put do sintetičkog metana je čvršći i fleksibilniji
Nula emisija i bolji kvalitet života: “To je pametan grad”