Ερευνητές του Stanford ανέπτυξαν εσωτερική μέθοδο θέρμανσης για την πυρόλυση μεθανίου, μειώνοντας τις εκπομπές άνθρακα και παράγοντας παράλληλα γραφίτη, πολύτιμο υλικό για μπαταρίες
Ερευνητές του Stanford Engineering ανέπτυξαν μια νέα, ιδιαίτερα αποδοτική μέθοδο για την παραγωγή υδρογόνου με χρήση πυρόλυσης μεθανίου.
Η προσέγγιση αντιμετωπίζει σημαντικές περιβαλλοντικές και οικονομικές προκλήσεις στην παραγωγή υδρογόνου.
Το υδρογόνο είναι απαραίτητο τόσο ως χημικό δομικό στοιχείο για την παγκόσμια βιομηχανία όσο και ως βασικός φορέας ενέργειας για τη βαθιά απανθρακοποίηση.
Η πυρόλυση μεθανίου είναι μια διαδικασία κατά την οποία το αέριο μεθάνιο θερμαίνεται για να διαχωριστεί σε καύσιμο υδρογόνο και στερεό άνθρακα.
Ανέκαθεν υποσχόταν μια καθαρότερη εναλλακτική στην συμβατική διύλιση υδρογόνου, όμως η κλιμάκωση της διαδικασίας απαιτούσε τη θέρμανση τεράστιων βιομηχανικών αντιδραστήρων σε ακραίες θερμοκρασίες.
Η θέρμανση αυτών των γιγάντιων κατασκευών από το εξωτερικό αποδείχθηκε επίσης αργή, αναποτελεσματική και δαπανηρή.
«Αν θέλεις να πραγματοποιήσεις πυρόλυση στην κλίμακα που απαιτείται για να καλυφθούν οι αγορές υδρογόνου, τότε πρέπει να δημιουργήσεις πολύ μεγάλους αντιδραστήρες», δήλωσε ο κύριος συγγραφέας Matteo Cargnello, αναπληρωτής καθηγητής χημικής μηχανικής στο Stanford Engineering. «Για να θερμάνεις αυτούς τους αντιδραστήρες σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, όπως στους 1.000 βαθμούς Κελσίου, οι μέθοδοι θέρμανσής σου πρέπει να είναι πολύ αποδοτικές».
Για να ξεπεράσει αυτή την πρόκληση, η ομάδα του Stanford δοκίμασε κάτι αντιδιαισθητικό. Και δοκίμασε να τοποθετήσει τον καυστήρα μέσα στον αντιδραστήρα.
Άμεση εσωτερική θέρμανση
Οι ερευνητές του Stanford ξεπέρασαν αυτή την πρόκληση αναπτύσσοντας μια μέθοδο εσωτερικής θέρμανσης.
Αντί να θερμαίνουν τεράστιους αντιδραστήρες αναποτελεσματικά από το εξωτερικό ή να καίνε μεθάνιο, η ομάδα τοποθέτησε έναν καυστήρα απευθείας μέσα στον αντιδραστήρα, ώστε να καίει ένα μικρό μέρος του υδρογόνου.
Αυτή η εσωτερική διαδικασία παράγει την απαραίτητη υψηλή θερμότητα και εκπέμπει κυρίως υδρατμούς, οδηγώντας με επιτυχία την αντίδραση προς τα εμπρός χωρίς άμεσες εκπομπές άνθρακα.
Αυτή η αυτοθερμαινόμενη μέθοδος εσωτερικής θέρμανσης αποδίδει περίπου δεκαπλάσια αύξηση στην αποδοτικότητα σε σύγκριση με τις συμβατικές τεχνικές. Βελτιστοποιεί τη μεταφορά θερμότητας τόσο αποτελεσματικά, ώστε ένας αντιδραστήρας να επιτυγχάνει την παραγωγή δέκα συμβατικών, εξωτερικά θερμαινόμενων αντιδραστήρων χρησιμοποιώντας ακριβώς την ίδια ποσότητα ενέργειας.
«Επιστρέφει σε αυτή την ιδέα της αποδοτικότητας. Μπορείς να μειώσεις τις εκπομπές CO2 αποφεύγοντας να τις δημιουργήσεις εξαρχής, αλλά μπορείς επίσης να μειώσεις τις εκπομπές CO2 όντας πιο αποδοτικός στον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιείς την ενέργειά σου», δήλωσε ο Henry Moise, πρώτος συν-συγγραφέας. «Υπάρχουν, λοιπόν, πολλοί τρόποι για να καταστεί μια διαδικασία πιο βιώσιμη».
Απρόσμενο παραπροϊόν
Στη συνέχεια ήρθε η πραγματική έκπληξη. Ένα απροσδόκητο όφελος αυτής της διαδικασίας είναι ότι το στερεό παραπροϊόν άνθρακα αποδείχθηκε ότι ήταν γραφίτης, ένα υλικό που χρησιμοποιείται σε μπαταρίες και ηλεκτρόδια και το οποίο οι ΗΠΑ σήμερα εισάγουν.
Απαιτείται περαιτέρω έρευνα για να καταστεί ο γραφίτης αρκετά καθαρός για απαιτητικές εφαρμογές σε μπαταρίες. Η ομάδα θεωρεί αυτόν τον εκπληκτικά «υψηλό βαθμό γραφιτοποίησης» ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός για την εγχώρια προμήθεια.
Παλαιότερες μέθοδοι, όπως η αναμόρφωση μεθανίου με ατμό (SMR), παράγουν το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου των ΗΠΑ, αλλά απελευθερώνουν τεράστιες ποσότητες άνθρακα. Υπό αυτή την έννοια, η πυρόλυση μεθανίου προσφέρει μια καθαρή εναλλακτική.
Το υδρογόνο παραμένει ένα θεμελιώδες δομικό στοιχείο της παγκόσμιας οικονομίας. Είναι απαραίτητο για την παραγωγή μεθανόλης, την απομάκρυνση του θείου από τη βενζίνη και την παραγωγή λιπασμάτων με βάση την αμμωνία, τα οποία θρέφουν σχεδόν το ήμισυ του παγκόσμιου πληθυσμού.
Επί του παρόντος, οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων υπερέχουν στη βραχυπρόθεσμη αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας (ώρες), αλλά το υδρογόνο μπορεί να αποθηκευτεί σε μεγάλες ποσότητες σε υπόγεια σπήλαια άλατος για μήνες, εξισορροπώντας τις εποχικές διακυμάνσεις στην παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές.
Αυτή η συνεργατική έρευνα αποσκοπεί στην απανθρακοποίηση ενός ευρέως διαδεδομένου πόρου, επιτρέποντας καθαρότερη και φθηνότερη παραγωγή υδρογόνου. Η ομάδα αναγνωρίζει ότι η κλιμάκωση της διαδικασίας για ευρεία βιομηχανική χρήση θα απαιτήσει συνεχή χρηματοδότηση και προσπάθεια μεταξύ διαφορετικών ιδρυμάτων.
www.worldenergynews.gr
