1 ژوئن 2022 توسط Fraunhofer-Gesellschaft-راکتور متاناسیون کاتالیزوری CO2، خروجی اسمی 50 کیلووات.
نیروگاه های بیوگاز متان را به همراه بیش از 40 درصد CO2 تولید می کنند که در نیروگاه های بیوگاز معمولی در اتمسفر آزاد می شود. محققان مؤسسه ریزمهندسی و میکروسیستم های Fraunhofer اکنون راهی برای تبدیل این محصول زائد به متان اضافی پیدا کرده اند، بنابراین تولید متان از نیروگاه های بیوگاز را به شدت افزایش می دهد. این فرآیند در حال اجراست و تیم تحقیقاتی در حال حاضر در حال افزایش حجم کارخانه نمایشی به پنج متر مکعب متان در ساعت هستند.
آلمان در مسیر بی طرفی آب و هوایی قرار دارد و قصد دارد تا سال 2030 انتشار دی اکسید کربن را تا 65 درصد در مقایسه با سطوح سال 1990 کاهش دهد. گیاهان بیوگاز نقش مهمی در فسیل‌زدایی دارند: باکتری‌های موجود در این گیاهان در غیاب اکسیژن، زیست توده را تجزیه می‌کنند و بیوگاز را تشکیل می‌دهند که به طور متوسط تا 60 درصد متان و بیش از 40 درصد CO2 را تشکیل می‌دهد. در حالی که بیوگاز برای تولید برق و گرما در واحدهای ترکیبی حرارت و نیرو استفاده می شود یا می توان آن را به کیفیت گاز طبیعی ارتقا داد و به شبکه گاز طبیعی وارد کرد، CO2 تا به امروز مورد استفاده قرار نگرفته است.
اطمینان از استفاده کامل از بیوگاز
محققان از Fraunhofer IMM اکنون در حال کار بر روی فناوری برای استفاده از CO2 هستند. دکتر کریستین بیدارت، یکی از دانشمندان در Fraunhofer IMM، در توضیح اصل فرآیند جدید می‌گوید: «ما CO2 را با استفاده از هیدروژن سبز به متان تبدیل می‌کنیم. این بدان معناست که بیوگاز تولید شده می تواند در حال حاضر و نه تنها تا حدود 60 درصد مانند گذشته به میزان کامل مورد استفاده قرار گیرد. واکنش شیمیایی زیربنایی بیش از صد سال پیش کشف شده است، اما تا به امروز از آن برای ارتقای مستقیم بیوگاز استفاده نشده است. با این حال، در محدوده فرآیند انتقال انرژی، مسیرهایی برای استفاده از CO2 مورد توجه قرار گرفته است.
در پروژه ICOCAD I، تیم تحقیقاتی یک کارخانه آزمایشی توسعه دادند که یک متر مکعب بیوگاز در ساعت را به یک متر مکعب متان با توان حرارتی معادل ده کیلووات الکترولیز مورد نیاز برای تولید هیدروژن برای این فرآیند تبدیل می‌کند. در پروژه بعدی ICOCAD II، محققان در حال حاضر در حال افزایش مقیاس این نمایشگر با ضریب 5 تا خروجی حرارتی 50 کیلووات هستند. یکی از چالش های این پروژه ماهیت بسیار پویای فرآیند است. مقدار برق تولید شده توسط سیستم های بادی و فتوولتائیک به طور قابل توجهی در نوسان است – به این معنی که مقدار هیدروژن سبز به دست آمده از آب با استفاده از برق در الکترولایزرها نیز در معرض نوسانات قابل توجهی است. بنابراین کارخانه باید بتواند به مقادیر مختلف هیدروژن به سرعت پاسخ دهد. ذخیره هیدروژن از نظر فنی ممکن است اما پیچیده و گران است. بیدارت می‌گوید: «بنابراین ما در حال کار بر روی انعطاف‌پذیری کل سیستم هستیم تا از ذخیره هیدروژن تا حد ممکن جلوگیری کنیم.» مخازن ذخیره CO2 بخشی از این طرح هستند، زیرا مقدار CO2 تولید شده در نیروگاه های بیوگاز ثابت می ماند.
توسعه کاتالیزورهای کارآمد
توسعه کاتالیزورهای کارآمد برای واکنش چالش دیگری بود. راه حلی که محققان Fraunhofer IMM به آن دست یافتند، استفاده از ریزپوشش ساخته شده از فلزات گرانبها بود. اصل پشت آن این است که هیدروژن و دی اکسید کربن از طریق تعداد زیادی میکروکانال – که دارای دیواره های پوشیده شده با کاتالیزور هستند – جریان می یابد و در آنجا با یکدیگر واکنش می دهند. بیدارت می گوید: به این ترتیب می توانیم سطح تماس بین گازها و مواد کاتالیست را افزایش دهیم و میزان کاتالیزور مورد نیاز را کاهش دهیم. ریزساختارهای متعددی از این نوع در راکتور روی هم چیده شده اند.
برنامه هایی برای ارتقاء بیشتر
محققان در حال حاضر روی اجرای سیستم بزرگتر و تحقق عملیات پویا کار می کنند. آنها امیدوارند که بتوانند این نیروگاه را در سال 2023 به بهره برداری برسانند تا بتوانند آن را در شرایط واقعی در یک نیروگاه بیوگاز آزمایش کنند. با این حال، با توجه به حجم زیاد CO2 تولید شده توسط نیروگاه های بیوگاز، این به هیچ وجه محدودیت برنامه های افزایش مقیاس آنها نیست. بنابراین، محققان برنامه‌های بیشتری برای افزایش مقیاس تا 500 کیلووات تا سال 2025 و دوباره به یک تا دو مگاوات تا سال 2026 دارند.
