Безвредная и безотходная технология выработки энергии

Благодаря новой технологии, разработанной исследователями Institute for Advanced Sustainability Studies в Потсдаме и Технологического института Карлсруэ (KIT), производство энергии из природного газа без выбросов диоксида углерода может скоро стать реальностью. В рамках совместного проекта, инициированного лауреатом Нобелевской премии профессором Карло Руббиа, ученые изучали инновационную технологию для извлечения водорода из метана чистым и эффективным способом. После двух лет интенсивной работы на примере экспериментального реактора ученые демонстрируют будущий потенциал этой технологии.

Сжигание ископаемого топлива для производства электроэнергии является основным источником вредных выбросов двуокиси углерода. В частности, метан – основной компонент природного газа – широко используемое ископаемое топливо, мировое производство которого планирует резко возрасти в ближайшие десятилетия.

Именно поэтому исследователи решили изучить вопрос: как извлечь энергию из метана без побочного продукта в виде углекислого газа?

Вместо сжигания метана (CH4), он может быть разделен на компоненты – водород (Н2) и углерод (С) в процессе, называемом «расщепление метана» (англ. «methane cracking»). Эта реакция происходит при высоких температурах (750 °C и выше) и не приводит к вредным выбросам.

Первый продукт, водород, известен своей высокой плотностью энергии на единицу массы. В самом деле, многие рассматривают его как важный компонент энергетики будущего. Но водород уже сегодня важный промышленный товар, используемый в больших количествах для производства аммиака – ключевого продукта для производства удобрений. Тем не менее, большинство производств водорода в мире в настоящее время основано на традиционных технологиях, которые также используют природный газ в качестве сырья и выделяют двуокись углерода в процессе.

В то время как водород является основным продуктом реакции расщепления метана, её побочный продукт, твердый черный углерод, также является важным промышленным товаром. Он широко используется в производстве стали, углеродных волокон и многих других конструкционных материалов на основе углерода. Черный углерод, получаемый в ходе этой реакции, имеет высокое качество и чистоту.

Углерод – продукт реакции расщепления метана. Credit: Bild:KIT

Расщепление метана – не совсем новая идея: в последние два десятилетия, в различных учреждениях проводились эксперименты, доказавшие техническую возможность этого процесса. Но эти предыдущие попытки были ограничены такими вопросами, как низкий выход продуктов реакции и др.

В ходе настоящего исследования было решено создать экспериментальный реактор по расщеплению метана. Отправной точкой являлась конструкция реактора, предложенная Карло Руббиа, на основе технологии жидких металлов. Мелкие пузырьки метана вводили в нижнюю часть колонки, заполненной расплавленным оловом. Реакция расщепления происходит, когда эти пузырьки поднимаются к поверхности жидкого металла. Углерод отделяется на поверхности пузырьков и осаждается в виде порошка в верхней части реактора.

Испытания проходили с конца 2012 до весны 2015 года. Исследователи смогли оценить различные параметры технологии и выбрать конструкционные материалы. Окончательный дизайн  - это 1,2-метровое устройство, сделанное из кварца и нержавеющей стали. В самых последних экспериментах реактор работал без перерывов в течение двух недель, производил водород со скоростью преобразования 78% при температуре 1200 °С. Таким образом, реактор продемонстрировал технические возможности, которые будут необходимы для непрерывной работы в промышленных масштабах.

На следующем этапе исследование будет сосредоточено на оптимизации конструкции реактора и его постепенном масштабировании до более высоких скоростей производства.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (9 votes)
Источник(и):

worldofmaterials.ru

kit.edu