Ugrás a tartalomhoz

„Power-to-Gas” változatai közötti eltérés

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Laptörténet interaktív böngészése
[nem ellenőrzött változat][nem ellenőrzött változat]
← Régebbi szerkesztésÚjabb szerkesztés →
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
VizuálisWikiszöveges
VamosSandor (vitalap | szerkesztései)
341 szerkesztés
Nincs szerkesztési összefoglaló
VamosSandor (vitalap | szerkesztései)
341 szerkesztés
Nincs szerkesztési összefoglaló
1. sor: 1. sor:
{{Építés alatt műhelyben}}
{{Építés alatt műhelyben}}A '''Power-to-gas''' (rövidítve '''P2G''' vagy '''PtG''', magyarra a ''„Villanyenergia gázzá konvertálása”'' körülírással fordítható) egy [[energiagazdálkodás]]<nowiki/>i koncepció, illetve [[technológia]]. Ennek alkalmazásával a villamos energiából gáznemű [[tüzelőanyag]]<nowiki/>ot állítanak elő, többnyire [[elektrolízis]] és kémiai, biológiai eljárások alkalmazásával. Ez a gáz sokkal egyszerűbben és gazdaságosabban tárolható, mint a villamos energia. Főbb felhasználási területei:
A '''Power-to-gas''' (rövidítve '''P2G''' vagy '''PtG''', magyarra a ''„Villanyenergia gázzá konvertálása”'' körülírással fordítható, "áram → gáz"-ként lehet hivatkozni rá) egy [[energiagazdálkodás]]<nowiki/>i koncepció, illetve [[technológia]]. Ennek alkalmazásával a villamos energiából gáznemű [[tüzelőanyag]]<nowiki/>ot állítanak elő, többnyire [[elektrolízis]] és kémiai, biológiai eljárások alkalmazásával. Ez a gáz sokkal egyszerűbben és gazdaságosabban tárolható, mint a villamos energia. Főbb felhasználási területei:


* üzemanyagként különösen gépjárművek, repülőgépek és hajók esetén
* üzemanyagként különösen gépjárművek, repülőgépek és hajók esetén
90. sor: 91. sor:
! colspan="3" style="font-weight: normal; font-size: 0.85em; text-align: left; padding: 6px 0 4px; 4px;" |Forrás: Fraunhofer IWES,&nbsp;2011 február (német) <ref>(German) [http://www.greenpeace-energy.de/fileadmin/docs/sonstiges/Greenpeace_Energy_Gutachten_Windgas_Fraunhofer_Sterner.pdf Fraunhofer -Energiewirtschaftliche und ökologische Bewertung eines Windgas-Angebotes], p. 18</ref>
! colspan="3" style="font-weight: normal; font-size: 0.85em; text-align: left; padding: 6px 0 4px; 4px;" |Forrás: Fraunhofer IWES,&nbsp;2011 február (német) <ref>(German) [http://www.greenpeace-energy.de/fileadmin/docs/sonstiges/Greenpeace_Energy_Gutachten_Windgas_Fraunhofer_Sterner.pdf Fraunhofer -Energiewirtschaftliche und ökologische Bewertung eines Windgas-Angebotes], p. 18</ref>
|}
|}

== Árak ==
Kijelenthető, hogy a P2G-vel előállított áram jelen árképzés szerint még nem piacképes. Nyilván figyelembe kell venni, hogy ez az energiahordozó megújuló technológiákon alapul, de a technológiája még nem kiforrott, így egyelőre nem tud versenyre kelni a többi piaci energiahordozóval.


== Alkalmazott eljárások ==
== Alkalmazott eljárások ==


=== Energia → metán ===
=== Áram → metán ===
Az (angolul '''power to methane''') eljárással a (főleg megújuló forrásokból nyert) villamos áramot első lépcsőben vízbontáshoz használják. Az elektrolízis során nyert hidrogént metanizációs eljárással szén-dioxid hozzáadásával metánná alakítják. Ezt a gázt a földgázhálózatokhoz adagolják, ahonnan aztán a végfelhasználókon kívül például kombinált ciklusú erőművek is tüzelőanyagként veszik fel, illetve üzemanyagként is alkalmazható.
Az (angolul '''power to methane''') eljárással a (főleg megújuló forrásokból nyert) villamos áramot első lépcsőben vízbontáshoz használják. Az elektrolízis során nyert hidrogént metanizációs eljárással szén-dioxid hozzáadásával metánná alakítják. Ezt a gázt a földgázhálózatokhoz adagolják, ahonnan aztán a végfelhasználókon kívül például kombinált ciklusú erőművek is tüzelőanyagként veszik fel, illetve üzemanyagként is alkalmazható.


99. sor: 103. sor:
A P2G-vel előállított szintetikus metángáz nagyon fontos szerepet játszhat a megújuló technológiák világában, mivel a villamos energiával szemben alacsony költségvonzattal tárolható, a hagyományos földgázvezetékeken szállítható, a földgázhoz keverhető, illetve (idővel) akár teljes egészében ki is válthatja azt. A P2G eljárás hatékonyságát jelentősen növeli, ha a szintetikus gáz előállításkor keletkező hulladékhő is felhasználásra kerül, például távfűtési célra.
A P2G-vel előállított szintetikus metángáz nagyon fontos szerepet játszhat a megújuló technológiák világában, mivel a villamos energiával szemben alacsony költségvonzattal tárolható, a hagyományos földgázvezetékeken szállítható, a földgázhoz keverhető, illetve (idővel) akár teljes egészében ki is válthatja azt. A P2G eljárás hatékonyságát jelentősen növeli, ha a szintetikus gáz előállításkor keletkező hulladékhő is felhasználásra kerül, például távfűtési célra.


===== Hidrolízis =====
===== Elektrolízis =====
A víz [[elektrolízis]]<nowiki/>e során az elektródokra vezetett egyenáram nyomán hő, [[hidrogén]] és [[oxigén]] keletkezik. Az oxigént a P2G eljárások jellemzőn nem használják fel, a folyamat melléktermékeként más célra az eljárásból elvezethető. A keletkező hidrogén közvetlenül is felhasználásra kerülhet, például hidrogéncellás járművek üzemanyagaként.
A víz [[elektrolízis]]<nowiki/>e során az elektródokra vezetett egyenáram nyomán hő, [[hidrogén]] és [[oxigén]] keletkezik. Az oxigént a P2G eljárások jellemzőn nem használják fel, a folyamat melléktermékeként más célra az eljárásból elvezethető. A keletkező hidrogén közvetlenül is felhasználásra kerülhet, például hidrogéncellás járművek üzemanyagaként. Az elektrolízis folyamata az alábbi reakcióval jellemezhető:

:<math>\mathrm{2\;H_2O + energia \leftrightharpoons 2\;H_2 + O_2}</math>

A hidrogénnek az egyik legnagyobb felhasználója a vegyipar, mely napjainkban még jellemzően a fosszilis földgázból állítja elő a szükséges mennyiséget. A hidrogént többek között a finomítók használják fel, illetve ammónia és metanol előállításához is nagy mennyiségben van rá szükség. Csak Németországban, 2010-ben 60 TWh energiát használtak el előállításához, mely mennyiség legalább részben a megújuló energiával előállított hidrogénnel kiváltható.<ref>{{Cite book|title=Handbuch Regenerative Energietechnik|author=Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer|year=2017|series=3. kiadás|publisher=Berlin/Heidelberg|page=763. oldal}}</ref>


A napjainkban zajló P2G fejlesztések egyik fontos célja az elektrolízis eljárás hatásfokának az emelése, a hulladékhő arányának a csökkentése. Ezekben a kutatásokban fontos irány a [[szilárd oxidos tüzelőanyag-cella]] fejlesztése.<ref>{{Cite journal|title=Hydrogen from renewable electricity: An international review of power-to-gas pilot plants for stationary applications|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319912026481|journal=International Journal of Hydrogen Energy|date=2013-02-19|issn=0360-3199|pages=2039–2061|volume=38|issue=5|doi=10.1016/j.ijhydene.2012.12.010|first=Gerda|last=Gahleitner}}</ref>
A napjainkban zajló P2G fejlesztések egyik fontos célja az elektrolízis eljárás hatásfokának az emelése, a hulladékhő arányának a csökkentése. Ezekben a kutatásokban fontos irány a [[szilárd oxidos tüzelőanyag-cella]] fejlesztése.<ref>{{Cite journal|title=Hydrogen from renewable electricity: An international review of power-to-gas pilot plants for stationary applications|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319912026481|journal=International Journal of Hydrogen Energy|date=2013-02-19|issn=0360-3199|pages=2039–2061|volume=38|issue=5|doi=10.1016/j.ijhydene.2012.12.010|first=Gerda|last=Gahleitner}}</ref>


===== Metanizáció =====
===== Kémiai metanizáció =====
A metanizációs eljárások célja az elektrolízissel előállított hidrogén és szén-dioxid felhasználásával metángáz előállítása. A metán a hidrogénnel szemben egyrészt kevésbé illékony (nagyobb a molekulamérete), így könnyebben és hatékonyabban tárolható, másrészt tüzelőanyagként / üzemanyagként könnyebben felhasználható a már meglevő infrastruktúrákkal is. Harmadrészt továbbalakítható [[etanol]]<nowiki/>lá vagy [[propanol]]<nowiki/>lá.
A metanizációs eljárások célja az elektrolízissel előállított hidrogén és szén-dioxid felhasználásával metángáz előállítása. A metán a hidrogénnel szemben egyrészt kevésbé illékony (nagyobb a molekulamérete), így könnyebben és hatékonyabban tárolható, másrészt tüzelőanyagként / üzemanyagként könnyebben felhasználható a már meglevő infrastruktúrákkal is. Harmadrészt továbbalakítható [[etanol]]<nowiki/>lá vagy [[propanol]]<nowiki/>lá.

A metán előállítása a következő reakció alkalmazásával történhet:

:<math>\mathrm{4\;H_2 + CO_2 \rightarrow CH_4 + 2\;H_2O} \qquad \Delta H_\mathrm{R} = -164{,}9\,\frac{\mathrm{kJ}}{\mathrm{mol}}</math>

A fenti reakció [[Exoterm reakció|exoterm]], hőfelszabadulással jár. Maga a rekció két rész-reakcióval írható le:

: (1) <math>\mathrm{H_2 + CO_2 \rightarrow CO + H_2O} \qquad \Delta H_\mathrm{R} = +41{,}5\,\frac{\mathrm{kJ}}{\mathrm{mol}}</math>
: (2) <math>\mathrm{3\;H_2 + CO \rightarrow CH_4 + H_2O} \qquad \Delta H_\mathrm{R} = -206{,}4\,\frac{\mathrm{kJ}}{\mathrm{mol}}</math>

Az első részreakció a WGS (Wassergas-Shift-Reaktion) [[Endoterm reakció|endoterm]], végterméke szénmonoxid és víz. A második részreakció egy [[Fischer–Tropsch-eljárás]]<nowiki/>sal leírható exoterm folyamat, melynek eredményeként hő, metán és víz keletkezik. Amennyiben a reakció során keletkező hőt egyéb eljárásokra, például víz elgőzölögtetésére használják el, az átalakítás hatásfoka akár 16%-kal növelhető. A berendezés üzemeltetése jól kombinálható biogáz és víztisztító berendezésekkel, ahol sok szén-dioxid keletkezik melléktermékként, és sok hőt (gőzt) igényelnek technlógiai eljárásaikhoz. <ref>{{Cite book|title=Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration|author=Michael Sterner, Ingo Stadler|publisher=Berlin – Heidelberg|year=2014|page=420. oldal}}</ref>

Az átalakítás a [[Sabatier-folyamat]] felhasználásával is végrehajtható, ilyenkor a reakció magas hőmérsékleten és nyomáson történik, többnyire [[nikkel]] katalizátor jelenlétében. A reakció-hatékonyság növelésére [[Ruténium|ruténiumot]] és [[Alumínium-oxid|alumínium-oxidot]] is használnak.

==== Biológiai metanizáció ====
A metán biológiai előállításának az első lépcsője az elektrolízis, mely (többnyire) ebben az esetben is elektromos árammal történik. Az elektrolízis során viszont ügyelni kell a víz pH semlegességére és szobahőmérséklet fölötti hőmérsékletet kell tartani azt a bioreaktorban. A keletkező hidrogén metánná átalakítását a metanogén [[archeák]] (korábbi nevükön ősbaktériumok) végzik el. Ezeknek a mikroorgazmusoknak az alkalmazása lehetővé teszi, hogy alacsonyabb hidrogénkoncentráció esetén is végbemenjen a metanizáció. A biológiai átalakítás több lépcsőben zajlik; A metanogén archeák először kolonizálják a reaktort, majd a katódfelületeken megtelepedne enzimeket választanak ki, ezek segítségével a hidrogént metánná alakítják át.<ref>{{Cite journal|title=Selective microbial electrosynthesis of methane by a pure culture of a marine lithoautotrophic archaeon|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S156753941400190X|journal=Bioelectrochemistry|date=2015-04-01|issn=1567-5394|pages=50–55|volume=102|doi=10.1016/j.bioelechem.2014.11.004|first=Pascal F.|last=Beese-Vasbender|author=Jan-Philipp|coauthors=Julia}}</ref><ref>{{Cite journal|title=Methanobacterium Dominates Biocathodic Archaeal Communities in Methanogenic Microbial Electrolysis Cells|url=https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5b00367|journal=ACS Sustainable Chemistry & Engineering|date=2015-07-06|pages=1668–1676|volume=3|issue=7|doi=10.1021/acssuschemeng.5b00367|first=Michael|last=Siegert|author=Matthew D.|coauthors=Alfred M.}}</ref><ref>{{Cite journal|title=The presence of hydrogenotrophic methanogens in the inoculum improves methane gas production in microbial electrolysis cells|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2014.00778/full|journal=Frontiers in Microbiology|date=2015|issn=1664-302X|volume=5|doi=10.3389/fmicb.2014.00778|language=English|first=Michael|last=Siegert|author=Xiu-Fen|coauthors=Matthew D.}}</ref><ref>{{Cite journal|title=Bio-electrochemical conversion of carbon dioxide to methane in geological storage reservoirs|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890412004682|journal=Energy Conversion and Management|date=2013-02-01|issn=0196-8904|pages=343–350|volume=66|doi=10.1016/j.enconman.2012.12.008|first=Kozo|last=Sato|author=Hideo|coauthors=Hajime}}</ref><ref>{{Cite journal|title=Direct Biological Conversion of Electrical Current into Methane by Electromethanogenesis|url=https://doi.org/10.1021/es803531g|journal=Environmental Science & Technology|date=2009-05-15|issn=0013-936X|pages=3953–3958|volume=43|issue=10|doi=10.1021/es803531g|first=Shaoan|last=Cheng|author=Defeng|coauthors=Douglas F.}}</ref>

Egy fejlesztés alatt álló eljárásban a metanizációt közvetlenül a biogázüzemek fermentorában végeztetik el az archeákkal. Az eljárás egyik fontos újítása, hogy ide vezetik be a hidrogént, ahol jelentős mennyiségű széndioxid keletkezik a bomlási folyamatok végeredményeként. Ezzel az eljárással 95%-os metán-hozam érhető el úgy, hogy az itt keletkező hulladékhő továbbra is felhasználható marad.<ref>{{Cite web |title=Neues Power-to-Gas-Verfahren: Elektrolyse direkt in der Biogasanlage - scinexx {{!}} Das Wissensmagazin |url=https://www.scinexx.de/businessnews/neues-power-to-gas-verfahren-elektrolyse-direkt-in-der-biogasanlage/ |work=www.scinexx.de |accessdate=2019-10-02}}</ref>


=== Energia → hidrogén ===
=== Áram → hidrogén ===


=== Energia → szintézisgáz ===
=== Áram → szintézisgáz ===


=== Energia → etanol / propanol ===
=== Áram → etanol / propanol ===


== Jegyzetek ==
== Jegyzetek ==

A lap 2019. október 2., 17:02-kori változata

 Ez a szócikk most épül, még dolgoznak az első verzión! | A szerkesztési ütközések elkerülésének érdekében lehetőleg ne állítsd vissza a cikket valamelyik korábbi állapotára. Amíg az építés be nem fejeződik, használd a műhely vitalapját megbeszélésre.

A Power-to-gas (rövidítve P2G vagy PtG, magyarra a „Villanyenergia gázzá konvertálása” körülírással fordítható, "áram → gáz"-ként lehet hivatkozni rá) egy energiagazdálkodási koncepció, illetve technológia. Ennek alkalmazásával a villamos energiából gáznemű tüzelőanyagot állítanak elő, többnyire elektrolízis és kémiai, biológiai eljárások alkalmazásával. Ez a gáz sokkal egyszerűbben és gazdaságosabban tárolható, mint a villamos energia. Főbb felhasználási területei:

  • üzemanyagként különösen gépjárművek, repülőgépek és hajók esetén
  • vegyipari alapanyagként
  • villamos generátorok hajtására is alkalmazható elsődleges tüzelőanyagként gázerőművekben, vagy gázmotorok hajtására
  • reverzibilis tüzelőanyag-cellák üzemanyagaként
  • földgázhoz hozzátáplálásra

Ez a tüzelőanyag leggyakrabban vagy hidrogén, vagy metán. Az elektrolízis elsődleges terméke az oxigén és a hidrogén. A hidrogént földgázhoz hozzátáplásásra, vagy például a közlekedésben hidrogéncellákhoz lehet közvetlenül felhasználni.

Az elektrolízisből keletkező hidrogén és szén-dioxid felhasználásával például az ún. Sabatier reakció alkalmazásával vagy más metanizációs eljárásokkal metángáz állítható elő. Ez az átalakítás általában további 8% energiakonverziós veszteséggel jár, de a metán széleskörű felhasználási lehetőségei kompenzálják ezt. További szintézis-eljárásokkal például LPG-vé alakítható.

Enzimek alkalmazásával az eljárás végterméke etanol vagy propanol is lehet.

A villamos továbbító hálózatokat meglehetősen megterheli a napjainkban terjedő alternatív energiaalkalmazások áramfelvétele, a villanyautók, a hőszivattyús fűtési rendszerek. A P2G metán alkalmazásához a rendelkezésre álló, már kiépített földgáz-infrastruktúrát lehetne felhasználni, ezáltal:

  • ki lehet váltani a nem megújuló földgázt például a P2G metánnal, a fűtési rendszerek erre áthangolhatóak
  • a smart grid rendszerekhez lehetne ezzel szállítani a tüzelőgázt, és a villamos energiát decentrálisan előállítani ebből

Ebben az esetben a rendszer össz.-hatásfoka például az egyenáramú energiatovábbító rendszereket is meghaladná.

A P2G története

A szélenergia segítségével elektromosan előállított hidrogén energiahordozóként történő felhasználási lehetősége már a 19. század közepén felbukkant. Nollet belga professzor nyújtott be erre vonatkozóan egy javaslatot 1868-ban[1]. 1874-ben Jules Verne írt egy hidrogéngazdaságról.[2] Maga az ötlet technikailag először 1895-ben valósult meg, amikor szélerőművek úttörője, a dán Poul la Cour szélerőműhöz csatlakoztatott egy elektrolízis berendezést, mely durranógázt szolgáltatott a közeli Askov iskola megvilágításához. [1]

A kilenc fokozatú technológiai készültségi skála szerint osztályozva a P2G metántermelés 2017-ben a 7. szint („üzemben lévő prototípus”) és 8. szint („minősített rendszer, amely igazolja a felhasználási területének megfelelő funkcionalitását”) közé került besorolásra.[3]

2018 májusában 128 P2G kutatási és bemutatólétesítmény működött Európában az átadás és a tervezés különböző szakaszaiban; 63 közülük már működött. [4]

Tárolás és továbbítás

A P2G eljárásokkal biztosítható az energiatermelés és energiafelhasználás kiegyensúlyozása. A csúcsidőn kívüli többlet villamos energiából az eljárással hidrogén vagy metán állítható elő, ami energiaigény esetén, például csúcsidőben, vagy a megújuló források kiesése esetén ismét villamos energiává alakítható (nyilván ez az oda-vissza alakítás veszteséggel jár, ezt be kell kalkulálni a rendszer működésébe). Hosszútávon például Németországban számolnak a földgázüzem P2G-vel való kiváltásával.

Nagyon sok helyen a földgázhálózatokat korábban városi gáz továbbítására használták, az 50-60% hidrogént tartalmazott. A pillanatnyi német földgáz tárolókapacitás a 200.000 GWh is meghaladja, ami az ország több hónapos energiaigénynek a kielégítésére elég – ezzel szemben például a teljes német szivattyúturbinás tárolókapacitás mindössze 40 GWh. [5]

Az energiatovábbítás a gázhálózatokon kevesebb, mint 0,1% veszteséggel jár, míg a villamoshálózatok vesztesége nagyjából 8%. A kilowatt-óránkénti tárolási költségek becslések szerint 0,10 euróra rúgnak a hidrogén és 0,15 euróra a metán esetén.[6] A meglévő földgázvezetékek P2G használatát az EU NaturalHy projekt[7] és az USA DOE [8] is vizsgálta.

Hatásfok

2013-ban a P2G technológiára épülő tárolórendszerek hatásfoka még jóval 50% alatt maradt. Napjainkban a kombinált ciklusú erőművekben a P2G hatásfoka már meghaladhatja a 60%-ot, de ez még mindig jelentősen elmarad a szivattyúturbinás rendszerek (PHES, pumped hydroelectric energy storage) 70 – 80%-os hatásfokától.

Egy 2015-ben, az Energy and Environmental Science-ben közzétett tanulmány szerint reverzibilis szilárd oxidos tüzelőanyag-cella alkalmazásával és a hulladékhő megfelelő alkalmazásával ez az érték viszonylag alacsony ráfordítással 70%-ra emelhető. [9]

Egy másik, 2019-ben megjelentetett tanulmány szerint ez a megoldás továbbvihető a technológiai nyomás növelésével, ez esetben már a 80%-os hatásfok sem kizárt. [10] A fentiek alapján kijelenthető, hogy a technológia napjainkban jelentős továbbfejlesztések alatt áll, az elvárható hatásfok-értékek gyakorlatilag évről-évre javulnak. A lenti táblázat bár jó áttekintést ad az eljárásokról, 2011-es keltezésű, azaz elavultnak tekinthető.

Teljes energiaátalakítási hatékonyság alkalmazott konverziók és tüzelőanyagok szerint
Tüzelőanyag Hatásfok Körülmények
Konverzió: villanyáram → gáz
Hidrogén 54–72 % 200 bar nyomás
Metán (SNG) 49–64 %
Hidrogén 57–73 % 80 bar nyomás (földgázvezeték)
Metán (SNG) 50–64 %
Hidrogén 64–77 % nyomás nélkül
Metán (SNG) 51–65 %
Konverzió: villanyáram → gáz → villanyáram
Hidrogén 34–44 % 80 bar nyomás és 60% villanyáram visszanyerés
Metán (SNG) 30–38 %
Konverzió: villanyáram → gáz → villanyáram + hőhasznosítás
Hidrogén 48–62 % 80 bar nyomás és

40/45 % villanyáram / hő visszanyerés

Metán (SNG) 43–54 %
Forrás: Fraunhofer IWES, 2011 február (német) [11]

Árak

Kijelenthető, hogy a P2G-vel előállított áram jelen árképzés szerint még nem piacképes. Nyilván figyelembe kell venni, hogy ez az energiahordozó megújuló technológiákon alapul, de a technológiája még nem kiforrott, így egyelőre nem tud versenyre kelni a többi piaci energiahordozóval.

Alkalmazott eljárások

Áram → metán

Az (angolul power to methane) eljárással a (főleg megújuló forrásokból nyert) villamos áramot első lépcsőben vízbontáshoz használják. Az elektrolízis során nyert hidrogént metanizációs eljárással szén-dioxid hozzáadásával metánná alakítják. Ezt a gázt a földgázhálózatokhoz adagolják, ahonnan aztán a végfelhasználókon kívül például kombinált ciklusú erőművek is tüzelőanyagként veszik fel, illetve üzemanyagként is alkalmazható.

Szintetikus metán előállítása

A P2G-vel előállított szintetikus metángáz nagyon fontos szerepet játszhat a megújuló technológiák világában, mivel a villamos energiával szemben alacsony költségvonzattal tárolható, a hagyományos földgázvezetékeken szállítható, a földgázhoz keverhető, illetve (idővel) akár teljes egészében ki is válthatja azt. A P2G eljárás hatékonyságát jelentősen növeli, ha a szintetikus gáz előállításkor keletkező hulladékhő is felhasználásra kerül, például távfűtési célra.

Elektrolízis

A víz elektrolízise során az elektródokra vezetett egyenáram nyomán hő, hidrogén és oxigén keletkezik. Az oxigént a P2G eljárások jellemzőn nem használják fel, a folyamat melléktermékeként más célra az eljárásból elvezethető. A keletkező hidrogén közvetlenül is felhasználásra kerülhet, például hidrogéncellás járművek üzemanyagaként. Az elektrolízis folyamata az alábbi reakcióval jellemezhető:

A hidrogénnek az egyik legnagyobb felhasználója a vegyipar, mely napjainkban még jellemzően a fosszilis földgázból állítja elő a szükséges mennyiséget. A hidrogént többek között a finomítók használják fel, illetve ammónia és metanol előállításához is nagy mennyiségben van rá szükség. Csak Németországban, 2010-ben 60 TWh energiát használtak el előállításához, mely mennyiség legalább részben a megújuló energiával előállított hidrogénnel kiváltható.[12]

A napjainkban zajló P2G fejlesztések egyik fontos célja az elektrolízis eljárás hatásfokának az emelése, a hulladékhő arányának a csökkentése. Ezekben a kutatásokban fontos irány a szilárd oxidos tüzelőanyag-cella fejlesztése.[13]

Kémiai metanizáció

A metanizációs eljárások célja az elektrolízissel előállított hidrogén és szén-dioxid felhasználásával metángáz előállítása. A metán a hidrogénnel szemben egyrészt kevésbé illékony (nagyobb a molekulamérete), így könnyebben és hatékonyabban tárolható, másrészt tüzelőanyagként / üzemanyagként könnyebben felhasználható a már meglevő infrastruktúrákkal is. Harmadrészt továbbalakítható etanollá vagy propanollá.

A metán előállítása a következő reakció alkalmazásával történhet:

A fenti reakció exoterm, hőfelszabadulással jár. Maga a rekció két rész-reakcióval írható le:

(1)
(2)

Az első részreakció a WGS (Wassergas-Shift-Reaktion) endoterm, végterméke szénmonoxid és víz. A második részreakció egy Fischer–Tropsch-eljárással leírható exoterm folyamat, melynek eredményeként hő, metán és víz keletkezik. Amennyiben a reakció során keletkező hőt egyéb eljárásokra, például víz elgőzölögtetésére használják el, az átalakítás hatásfoka akár 16%-kal növelhető. A berendezés üzemeltetése jól kombinálható biogáz és víztisztító berendezésekkel, ahol sok szén-dioxid keletkezik melléktermékként, és sok hőt (gőzt) igényelnek technlógiai eljárásaikhoz. [14]

Az átalakítás a Sabatier-folyamat felhasználásával is végrehajtható, ilyenkor a reakció magas hőmérsékleten és nyomáson történik, többnyire nikkel katalizátor jelenlétében. A reakció-hatékonyság növelésére ruténiumot és alumínium-oxidot is használnak.

Biológiai metanizáció

A metán biológiai előállításának az első lépcsője az elektrolízis, mely (többnyire) ebben az esetben is elektromos árammal történik. Az elektrolízis során viszont ügyelni kell a víz pH semlegességére és szobahőmérséklet fölötti hőmérsékletet kell tartani azt a bioreaktorban. A keletkező hidrogén metánná átalakítását a metanogén archeák (korábbi nevükön ősbaktériumok) végzik el. Ezeknek a mikroorgazmusoknak az alkalmazása lehetővé teszi, hogy alacsonyabb hidrogénkoncentráció esetén is végbemenjen a metanizáció. A biológiai átalakítás több lépcsőben zajlik; A metanogén archeák először kolonizálják a reaktort, majd a katódfelületeken megtelepedne enzimeket választanak ki, ezek segítségével a hidrogént metánná alakítják át.[15][16][17][18][19]

Egy fejlesztés alatt álló eljárásban a metanizációt közvetlenül a biogázüzemek fermentorában végeztetik el az archeákkal. Az eljárás egyik fontos újítása, hogy ide vezetik be a hidrogént, ahol jelentős mennyiségű széndioxid keletkezik a bomlási folyamatok végeredményeként. Ezzel az eljárással 95%-os metán-hozam érhető el úgy, hogy az itt keletkező hulladékhő továbbra is felhasználható marad.[20]

Áram → hidrogén

Áram → szintézisgáz

Áram → etanol / propanol

Jegyzetek

  1. ↑ a b Heymann, Matthias. Die Geschichte der Windenergienutzung 1890 - 1990. Frankfurt / New York, 54. oldal. o. [1995] 
  2. ↑ Quaschning, Volker. Erneuerbare Energien und Klimaschutz. München, 323. oldal. o. (2013) 
  3. ↑ Michael Sterner, Ingo Stadler. Energiespeicher. Bedarf, Technologien, Integration., 2. kiadás, Springer Verlag, 663. oldal. o. (2017) 
  4. ↑ Christina Wulf. Review of Power-to-Gas Projects in Europe, 367–378 oldal. o. (2018) 
  5. ↑ Ram Gupta – Angelo Basile – T. Nejat Veziroglu: Compendium of Hydrogen Energy: Hydrogen Storage, Distribution and Infrastructure. 2016–02–03. ISBN 9781782423843 Hozzáférés: 2019. szeptember 23.  
  6. ↑ hi!tech | Der Blog zum Innovationsmagazin von Siemens Österreich (német nyelven). www.hitech.at. (Hozzáférés: 2019. szeptember 23.)
  7. ↑ Using the Existing Natural Gas System for Hydrogen (angol nyelven). Issuu. (Hozzáférés: 2019. szeptember 23.)
  8. ↑ Blending Hydrogen into Natural Gas Pipeline Networks: A Review of Key Issues. (Hozzáférés: 2019. szeptember 23.)
  9. ↑ Jensen, Søren Højgaard, Mogens Bjerg (2015. június 9.). „Large-scale electricity storage utilizing reversible solid oxide cells combined with underground storage of CO2 and CH4”. Energy & Environmental Science 8, 2471–2479. o. DOI:10.1039/C5EE01485A. ISSN 1754-5692.  
  10. ↑ Butera, Giacomo, Lasse Røngaard (2019. január 1.). „A novel system for large-scale storage of electricity as synthetic natural gas using reversible pressurized solid oxide cells”. Energy 166, 738–754. o. DOI:10.1016/j.energy.2018.10.079. ISSN 0360-5442.  
  11. ↑ (German) Fraunhofer -Energiewirtschaftliche und ökologische Bewertung eines Windgas-Angebotes, p. 18
  12. ↑ Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer. Handbuch Regenerative Energietechnik, 3. kiadás. Berlin/Heidelberg, 763. oldal. o. (2017) 
  13. ↑ Gahleitner, Gerda (2013. február 19.). „Hydrogen from renewable electricity: An international review of power-to-gas pilot plants for stationary applications”. International Journal of Hydrogen Energy 38 (5), 2039–2061. o. DOI:10.1016/j.ijhydene.2012.12.010. ISSN 0360-3199.  
  14. ↑ Michael Sterner, Ingo Stadler. Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration. Berlin – Heidelberg, 420. oldal. o. (2014) 
  15. ↑ Beese-Vasbender, Pascal F., Julia (2015. április 1.). „Selective microbial electrosynthesis of methane by a pure culture of a marine lithoautotrophic archaeon”. Bioelectrochemistry 102, 50–55. o. DOI:10.1016/j.bioelechem.2014.11.004. ISSN 1567-5394.  
  16. ↑ Siegert, Michael, Alfred M. (2015. július 6.). „Methanobacterium Dominates Biocathodic Archaeal Communities in Methanogenic Microbial Electrolysis Cells”. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 3 (7), 1668–1676. o. DOI:10.1021/acssuschemeng.5b00367.  
  17. ↑ Siegert, Michael, Matthew D. (2015. június 9.). „The presence of hydrogenotrophic methanogens in the inoculum improves methane gas production in microbial electrolysis cells” (english nyelven). Frontiers in Microbiology 5. DOI:10.3389/fmicb.2014.00778. ISSN 1664-302X.  
  18. ↑ Sato, Kozo, Hajime (2013. február 1.). „Bio-electrochemical conversion of carbon dioxide to methane in geological storage reservoirs”. Energy Conversion and Management 66, 343–350. o. DOI:10.1016/j.enconman.2012.12.008. ISSN 0196-8904.  
  19. ↑ Cheng, Shaoan, Douglas F. (2009. május 15.). „Direct Biological Conversion of Electrical Current into Methane by Electromethanogenesis”. Environmental Science & Technology 43 (10), 3953–3958. o. DOI:10.1021/es803531g. ISSN 0013-936X.  
  20. ↑ Neues Power-to-Gas-Verfahren: Elektrolyse direkt in der Biogasanlage - scinexx | Das Wissensmagazin. www.scinexx.de. (Hozzáférés: 2019. október 2.)

Fordítás

  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Power-to-gas című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Power-to-gas című német Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Források


A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Power-to-Gas&oldid=21764275”