Badania dotyczące nowych rozwiązań związanych z procesem uwodornienia dwutlenku węgla do metanu prowadzą naukowcy z Politechniki Rzeszowskiej. Ograniczy to emisję dwutlenku węgla, a jednocześnie zapewni pozyskanie syntetycznego gazu.
Proces metanizacji dwutlenku węgla, czyli uwodornienia CO2 do metanu, nazywany też reakcją Sabatiera, został opisany już ponad 100 lat temu przez francuskiego chemika Paula Sabatiera (laureata nagrody Nobla w 1912 r.). Obecnie jest jednym z najbardziej obiecujących procesów, ponieważ jednocześnie jest źródłem substytutu gazu ziemnego, ogranicza emisję CO2 do atmosfery i pomaga zrównoważyć fluktuacje energii elektrycznej pochodzącej z odnawialnych źródeł energii (ma to znaczenie dla stabilności sieci elektrycznej).
Proces metanizacji dwutlenku węgla
Proces ten wpasowuje się w realizację celów środowiskowych przyjętych przez Komisję Europejską, a także w uniezależnianie się od gazu ziemnego pochodzącego z Rosji. Jego wdrożenie na dużą skalę może się przyczynić do poprawy warunków środowiskowych i podniesienia jakości życia obywateli. Na przeszkodzie w upowszechnieniu stoją dość słabe wyniki mikroekonomiczne omawianej technologii. Jednak aktualna sytuacja polityczna skłaniająca państwa europejskie do szukania alternatywnych źródeł gazu ziemnego oraz cele stawiane przez KE, a w szczególności neutralność klimatyczna, wskazują, że proces metanizacji dwutlenku węgla został dostrzeżony zarówno przez naukowców, jak i przedstawicieli przemysłu, zwłaszcza branży energetycznej.
W literaturze dostępne są liczne prace naukowe, które opisują wszystkie aspekty procesu: mechanizm, kinetykę, termodynamikę, wiele rodzajów katalizatorów, mikroekonomię, rodzaje stosowanych reaktorów itp. Przedstawiane w opracowaniach prognozy ekonomiczne wskazują, że jeżeli nawet proces Sabatiera nadal będzie nierentowny, to i tak można liczyć na stały wzrost zysków makroekonomicznych wynikających z rozwiązania wspomnianych problemów (m.in. przez unikanie opłat za zakup uprawnień do emisji CO2 czy kosztów awarii sieci energetycznych). Niewielka poprawa efektów mikroekonomicznych procesu może więc być bardzo owocna, tym bardziej że prognozy wskazują na stały wzrost zysków makroekonomicznych wynikających z rozwiązania problemów.
Technologia Power-to-Gas
W zależności od efektu, jaki ma być osiągnięty podczas procesu, badania reakcji Sabatiera prowadzone są w kilku, nieznacznie różniących się od siebie kierunkach. W Katedrze Inżynierii Chemicznej i Procesowej na Wydziale Chemicznym Politechniki Rzeszowskim realizowane są badania nad sposobem praktycznego wykorzystania uwodornienia CO2, tj. nad technologią określaną mianem Power-to-Gas. Wykorzystuje się ją do przekształcenia nadwyżki energii elektrycznej w cenny gaz w procesie łączonym: podczas elektrolizy wody wytwarzany jest wodór, który w następnym etapie reaguje z dwutlenkiem węgla, dając metan. Ten drugi krok wymaga dostarczenia CO2, np. z gazów emisyjnych (a więc pozwala ograniczać zanieczyszczenie nimi środowiska). Koncepcja PtG oferuje atrakcyjną perspektywę redukcji emisji CO2 na dużą skalę, przy jednoczesnym wykorzystaniu nadwyżki energii z OZE. Jeden proces łączy zatem rozwiązania kilku problemów – usuwa CO2 i zagospodarowuje okresowe nadwyżki energii elektrycznej grożące destabilizacją systemu energetycznego państw, a dodatkowo dostarcza substytutu gazu ziemnego.
Zespół naukowców pod kierunkiem dr. hab. inż. Mirosława Szukiewicza, prowadząc badania nad stosowaniem w praktyce reakcji Sabatiera, już od blisko czterech lat zajmuje się procesem PtG. Oprócz badań eksperymentalnych wykorzystywane jest modelowanie matematyczne. Na podstawie modelu matematycznego procesu określane są warunki pracy reaktora (oparte na analizie wyników symulacji komputerowej przebiegu reakcji). Takie podejście pozwala na znaczną redukcję liczby badań eksperymentalnych, a więc na skrócenie czasu uzyskania wyników i obniżenie kosztów.
Marta Jagiełowicz, źródło: PRz