Η τεχνολογία αυτή θα συμβάλει στην επιτάχυνση της μετάβασης από τα ορυκτά καύσιμα στην καθαρή ενέργεια υδρογόνου, ενώ η μελέτη που υποστηρίχθηκε με επιχορήγηση από το Ρωσικό Επιστημονικό Ίδρυμα (RSF) δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Fuel
Οι επιστήμονες που εργάζονται για τη ρωσική Skoltech βρήκαν έναν τρόπο να παράγουν υδρογόνο από φυσικό αέριο με απόδοση 45%, αξιοποιώντας όχι κάποια δεύτερη εγκατάσταση, αλλά το ίδιο το κοίτασμα του φυσικού αερίου.
Σύμφωνα με το Hydrogen Insight, η διαδικασία περιλαμβάνει την εισαγωγή ατμού και ενός καταλύτη στο πηγάδι και στη συνέχεια προστίθεται οξυγόνο για την ανάφλεξη του αερίου.
Η καύση με τη βοήθεια του καταλύτη παράγει ένα μείγμα μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου, από το οποίο το τελευταίο μπορεί εύκολα να εξαχθεί.
Η τεχνολογία αυτή θα συμβάλει στην επιτάχυνση της μετάβασης από τα ορυκτά καύσιμα στην καθαρή ενέργεια υδρογόνου, ενώ η μελέτη που υποστηρίχθηκε με επιχορήγηση από το Ρωσικό Επιστημονικό Ίδρυμα (RSF) δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Fuel.
Περίπου το 80% της ενέργειας παγκοσμίως προέρχεται από ορυκτά καύσιμα, όπως το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, τα οποία, όταν καίγονται, απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα, απειλώντας το περιβάλλον και συμβάλλοντας στην κλιματική αλλαγή.
Αν και το φυσικό αέριο θεωρείται καθαρότερο από το πετρέλαιο, εξακολουθεί να εκπέμπει διοξείδιο του άνθρακα όταν καίγεται, καθιστώντας το φυσικό αέριο απειλή για το περιβάλλον.
Το υδρογόνο, το οποίο δεν εκπέμπει παρά μόνο υδρατμούς, θα μπορούσε να είναι μια πιο οικολογική εναλλακτική λύση. Ωστόσο, η ευρεία χρήση αυτής της πράσινης πηγής ενέργειας παρεμποδίζεται από δυσκολίες στην φάση της παραγωγής.
Επαναστατική μέθοδος
Για πρώτη φορά, μια ομάδα από το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Skolkovo της Μόσχας πρότεινε την εξαγωγή υδρογόνου απευθείας από τις δεξαμενές των κοιτασμάτων φυσικού αερίου, οι οποίες είναι πλούσιες σε υδρογονάνθρακες που περιέχουν μεγάλη ποσότητα υδρογόνου σε μοριακό επίπεδο.
Αυτό σημαίνει ότι οι υδρογονάνθρακες, αφού μετατραπούν, μπορούν να αποδώσουν άφθονο πράσινο καύσιμο, ενώ σημαντικό πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι το ιδιαίτερα χαμηλό κόστος της.
Η ομάδα πρότεινε μια αποτελεσματική διαδικασία πολλαπλών σταδίων για την παραγωγή υδρογόνου από κοιτάσματα φυσικού αερίου.
Αρχικά, διοχετεύεται ατμός στο πηγάδι μαζί με έναν καταλύτη που θα βοηθήσει αργότερα στο διαχωρισμό του υδρογόνου από τα συστατικά του φυσικού αερίου.
Στη συνέχεια, διοχετεύεται αέρας ή καθαρό οξυγόνο για την ανάφλεξη του αερίου απευθείας στον ταμιευτήρα.
Με τη βοήθεια του ατμού και του καταλύτη, το φυσικό αέριο καίγεται και μετατρέπεται σε μείγμα μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου και ύστερα το διοξείδιο του άνθρακα που σχηματίζεται από το μονοξείδιο του άνθρακα παραμένει στη δεξαμενή, οπότε με αυτόν τον τρόπο καταφέρνει να μην συμβάλει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.
Στο τελικό στάδιο, το υδρογόνο εξάγεται από τη γεώτρηση μέσω μιας μεμβράνης που εμποδίζει τα άλλα προϊόντα της καύσης, αφήνοντας το μονοξείδιο του άνθρακα και το διοξείδιο του άνθρακα μόνιμα παγιδευμένα στο υπέδαφος.
Οι ερευνητές δοκίμασαν τη μέθοδο αυτή σε εργαστηριακούς αντιδραστήρες που έμοιαζαν με πραγματικό περιβάλλον ταμιευτήρα φυσικού αερίου.
Εκεί, τοποθέτησαν θρυμματισμένο πέτρωμα στον αντιδραστήρα και στη συνέχεια εισήγαγαν μεθάνιο, το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου, μαζί με ατμό και καταλύτη, και στη συνέχεια οξυγόνο.
Η πίεση στο εσωτερικό του αντιδραστήρα διατηρήθηκε σε επίπεδο τυπικό για τους ταμιευτήρες φυσικού αερίου (ογδόντα φορές υψηλότερη από την ατμοσφαιρική πίεση).
Καθώς προχωρούσε το πείραμα, η ομάδα ανέλυσε τη σύνθεση των αερίων στον αντιδραστήρα για να αξιολογήσει την αποτελεσματικότητα της μετατροπής του μεθανίου σε υδρογόνο. Αποδείχθηκε ότι το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου - 45% του συνολικού όγκου του αερίου - σχηματίστηκε στους 800° C με μεγάλες ποσότητες ατμού που διοχετεύονταν στον αντιδραστήρα.
Για να είναι η αντίδραση όσο το δυνατόν πιο αποδοτική, θα πρέπει να υπάρχει τέσσερις φορές περισσότερος ατμός από το φυσικό αέριο. Οι ερευνητές επέλεξαν τη θερμοκρασία των 800° C επειδή επιτυγχάνεται εύκολα στην καύση φυσικού αερίου και δεν χρειάζεται να διατηρηθεί τεχνητά.
Η απόδοση υδρογόνου εξαρτάται επίσης από τη σύσταση του πετρώματος.
Για παράδειγμα, σε πειράματα με πορώδη αλουμίνα, η απόδοση υδρογόνου έφτασε το 55%. Η υψηλότερη απόδοση στην περίπτωση αυτή εξηγείται από το γεγονός ότι η αλουμίνα είναι αδρανής, δηλαδή δεν αντιδρά με τα περιβάλλοντα στοιχεία. Το φυσικό πέτρωμα περιέχει άλλα, πιο ενεργά ορυκτά που μπορούν να αντιδράσουν με τα συστατικά του μίγματος αερίου και να επηρεάσουν την απόδοση υδρογόνου.
«Όλα τα στάδια της διαδικασίας βασίζονται σε καθιερωμένες τεχνολογίες που δεν είχαν προηγουμένως προσαρμοστεί για την παραγωγή υδρογόνου από πραγματικούς ταμιευτήρες αερίου. Αποδείξαμε ότι η προσέγγισή μας μπορεί να συμβάλει στη μετατροπή υδρογονανθράκων σε πράσινα καύσιμα στο περιβάλλον του πεδίου με απόδοση έως και 45%. Στο μέλλον, σκοπεύουμε να δοκιμάσουμε τη μέθοδό μας σε πραγματικά κοιτάσματα φυσικού αερίου», λέει η Elena Mukhina, PhD, ανώτερη ερευνήτρια της Skoltech Petroleum και επικεφαλής του έργου που υποστηρίζεται από το RSF.
www.worldenergynews.gr
Σύμφωνα με το Hydrogen Insight, η διαδικασία περιλαμβάνει την εισαγωγή ατμού και ενός καταλύτη στο πηγάδι και στη συνέχεια προστίθεται οξυγόνο για την ανάφλεξη του αερίου.
Η καύση με τη βοήθεια του καταλύτη παράγει ένα μείγμα μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου, από το οποίο το τελευταίο μπορεί εύκολα να εξαχθεί.
Η τεχνολογία αυτή θα συμβάλει στην επιτάχυνση της μετάβασης από τα ορυκτά καύσιμα στην καθαρή ενέργεια υδρογόνου, ενώ η μελέτη που υποστηρίχθηκε με επιχορήγηση από το Ρωσικό Επιστημονικό Ίδρυμα (RSF) δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Fuel.
Περίπου το 80% της ενέργειας παγκοσμίως προέρχεται από ορυκτά καύσιμα, όπως το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, τα οποία, όταν καίγονται, απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα, απειλώντας το περιβάλλον και συμβάλλοντας στην κλιματική αλλαγή.
Αν και το φυσικό αέριο θεωρείται καθαρότερο από το πετρέλαιο, εξακολουθεί να εκπέμπει διοξείδιο του άνθρακα όταν καίγεται, καθιστώντας το φυσικό αέριο απειλή για το περιβάλλον.
Το υδρογόνο, το οποίο δεν εκπέμπει παρά μόνο υδρατμούς, θα μπορούσε να είναι μια πιο οικολογική εναλλακτική λύση. Ωστόσο, η ευρεία χρήση αυτής της πράσινης πηγής ενέργειας παρεμποδίζεται από δυσκολίες στην φάση της παραγωγής.
Επαναστατική μέθοδος
Για πρώτη φορά, μια ομάδα από το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Skolkovo της Μόσχας πρότεινε την εξαγωγή υδρογόνου απευθείας από τις δεξαμενές των κοιτασμάτων φυσικού αερίου, οι οποίες είναι πλούσιες σε υδρογονάνθρακες που περιέχουν μεγάλη ποσότητα υδρογόνου σε μοριακό επίπεδο.
Αυτό σημαίνει ότι οι υδρογονάνθρακες, αφού μετατραπούν, μπορούν να αποδώσουν άφθονο πράσινο καύσιμο, ενώ σημαντικό πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι το ιδιαίτερα χαμηλό κόστος της.
Η ομάδα πρότεινε μια αποτελεσματική διαδικασία πολλαπλών σταδίων για την παραγωγή υδρογόνου από κοιτάσματα φυσικού αερίου.
Αρχικά, διοχετεύεται ατμός στο πηγάδι μαζί με έναν καταλύτη που θα βοηθήσει αργότερα στο διαχωρισμό του υδρογόνου από τα συστατικά του φυσικού αερίου.
Στη συνέχεια, διοχετεύεται αέρας ή καθαρό οξυγόνο για την ανάφλεξη του αερίου απευθείας στον ταμιευτήρα.
Με τη βοήθεια του ατμού και του καταλύτη, το φυσικό αέριο καίγεται και μετατρέπεται σε μείγμα μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου και ύστερα το διοξείδιο του άνθρακα που σχηματίζεται από το μονοξείδιο του άνθρακα παραμένει στη δεξαμενή, οπότε με αυτόν τον τρόπο καταφέρνει να μην συμβάλει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.
Στο τελικό στάδιο, το υδρογόνο εξάγεται από τη γεώτρηση μέσω μιας μεμβράνης που εμποδίζει τα άλλα προϊόντα της καύσης, αφήνοντας το μονοξείδιο του άνθρακα και το διοξείδιο του άνθρακα μόνιμα παγιδευμένα στο υπέδαφος.
Οι ερευνητές δοκίμασαν τη μέθοδο αυτή σε εργαστηριακούς αντιδραστήρες που έμοιαζαν με πραγματικό περιβάλλον ταμιευτήρα φυσικού αερίου.
Εκεί, τοποθέτησαν θρυμματισμένο πέτρωμα στον αντιδραστήρα και στη συνέχεια εισήγαγαν μεθάνιο, το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου, μαζί με ατμό και καταλύτη, και στη συνέχεια οξυγόνο.
Η πίεση στο εσωτερικό του αντιδραστήρα διατηρήθηκε σε επίπεδο τυπικό για τους ταμιευτήρες φυσικού αερίου (ογδόντα φορές υψηλότερη από την ατμοσφαιρική πίεση).
Καθώς προχωρούσε το πείραμα, η ομάδα ανέλυσε τη σύνθεση των αερίων στον αντιδραστήρα για να αξιολογήσει την αποτελεσματικότητα της μετατροπής του μεθανίου σε υδρογόνο. Αποδείχθηκε ότι το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου - 45% του συνολικού όγκου του αερίου - σχηματίστηκε στους 800° C με μεγάλες ποσότητες ατμού που διοχετεύονταν στον αντιδραστήρα.
Για να είναι η αντίδραση όσο το δυνατόν πιο αποδοτική, θα πρέπει να υπάρχει τέσσερις φορές περισσότερος ατμός από το φυσικό αέριο. Οι ερευνητές επέλεξαν τη θερμοκρασία των 800° C επειδή επιτυγχάνεται εύκολα στην καύση φυσικού αερίου και δεν χρειάζεται να διατηρηθεί τεχνητά.
Η απόδοση υδρογόνου εξαρτάται επίσης από τη σύσταση του πετρώματος.
Για παράδειγμα, σε πειράματα με πορώδη αλουμίνα, η απόδοση υδρογόνου έφτασε το 55%. Η υψηλότερη απόδοση στην περίπτωση αυτή εξηγείται από το γεγονός ότι η αλουμίνα είναι αδρανής, δηλαδή δεν αντιδρά με τα περιβάλλοντα στοιχεία. Το φυσικό πέτρωμα περιέχει άλλα, πιο ενεργά ορυκτά που μπορούν να αντιδράσουν με τα συστατικά του μίγματος αερίου και να επηρεάσουν την απόδοση υδρογόνου.
«Όλα τα στάδια της διαδικασίας βασίζονται σε καθιερωμένες τεχνολογίες που δεν είχαν προηγουμένως προσαρμοστεί για την παραγωγή υδρογόνου από πραγματικούς ταμιευτήρες αερίου. Αποδείξαμε ότι η προσέγγισή μας μπορεί να συμβάλει στη μετατροπή υδρογονανθράκων σε πράσινα καύσιμα στο περιβάλλον του πεδίου με απόδοση έως και 45%. Στο μέλλον, σκοπεύουμε να δοκιμάσουμε τη μέθοδό μας σε πραγματικά κοιτάσματα φυσικού αερίου», λέει η Elena Mukhina, PhD, ανώτερη ερευνήτρια της Skoltech Petroleum και επικεφαλής του έργου που υποστηρίζεται από το RSF.
www.worldenergynews.gr
