В процессе метанирования используется CO2, например, из производства биогаза, и в сочетании с водородом (H2) из избыточной возобновляемой электроэнергии образуется метан, который можно не только просто и экономично распределять в сети природного газа, но и хранить. на более длительные периоды времени. Это означает, что возобновляемая энергия используется для производства «квази-ископаемого» топлива — основного принципа «превращения энергии в газ».Реакция Сабатье, в результате которой из водорода и CO2 образуется горючий метан, известна давно.
Теперь исследователям из отдела «Водород и энергия» Empa удалось значительно оптимизировать процесс. Катализатор необходим, чтобы вызвать реакцию CO2 с водородом, используя как можно меньше энергии; этот катализатор может быть изготовлен, например, из никеля. Молекулы газа легче реагируют друг с другом на поверхности такого катализатора, уменьшая энергию, необходимую для протекания реакции. Это называется сорбционным катализом.
Исследователь Empa Андреас Боргшульте и его команда объединили наноразмерный никелевый катализатор с цеолитом. Цеолиты — это кристаллические алюмосиликаты, способные поглощать молекулы воды и снова высвобождать их при нагревании.Принцип прост: химическая реакция водорода с CO2 дает не только метан (CH4), но и воду (H2O).
Исследователи используют гигроскопичность (то есть связывание воды) цеолита для удаления образующейся воды из реакционной смеси. Затем химическое равновесие смещается в сторону метана. Результат: более высокий выход чистого метана и более эффективный каталитический процесс.
Как только цеолит насыщается водой, его можно снова «выгружать» путем нагревания и испарения воды, а затем повторно использовать.Процесс работает — правда, пока только в лаборатории. По словам Боргшульте, еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем он будет готов к коммерческой эксплуатации на крупных заводах. Исследователи Empa в настоящее время ищут партнеров по проекту, чтобы построить крупномасштабную установку метанирования и использовать ее в качестве пилотного проекта.
В то же время команда Borgschulte хотела бы еще больше оптимизировать процесс. Следующий этап — одновременное использование четырех и более катализаторов сорбции. Когда один из них насыщен водой, система автоматически переходит к следующему «сухому» катализатору, в то время как предыдущий снова «разгружается».Одной из проблем этого циклического метода до сих пор была сера, которая производилась на биогазовых установках вместе с метаном и CO2.
Соединения серы могут нанести цеолиту непоправимый ущерб. В настоящее время исследователи работают над удалением серы из сырого биогаза, чтобы цеолит продолжал работать как можно дольше.
В будущем Боргшульте также считает возможным использование новых каталитических материалов, которые более эффективны, чем никель, в сочетании с цеолитом. Это могло бы еще больше улучшить процесс Сабатье.
Это означало бы, что избыток возобновляемой электроэнергии больше не тратится впустую, а используется в качестве основы для устойчивого производства природного газа.