Technologia Power-to-Gas
Dr hab. inż. Mirosław Szukiewicz, prof. PRz z Katedry Inżynierii Chemicznej i Procesowej na Wydziale Chemicznym prowadzi badania dotyczące nowych rozwiązań związanych z procesem uwodornienia dwutlenku węgla do metanu. Wdrożenie procesu jest ważne dla środowiska, bo ogranicza emisję dwutlenku węgla, a jednocześnie stanowi szansę na pozyskanie syntetycznego gazu, co jest ważne w kontekście kryzysu energetycznego. Naukowiec wraz z zespołem opracował zgłoszony do Urzędu Patentowego wynalazek pt. „Sposób prowadzenia procesu metanizacji dwutlenku węgla”. Proponowanymi rozwiązaniami zainteresowana jest PGE.
Proces metanizacji dwutlenku węgla, czyli uwodornienia CO2 do metanu, nazywany też reakcją Sabatiera, został opisany już ponad 100 lat temu przez francuskiego chemika Paula Sabatiera (laureata nagrody Nobla w 1912 r.). Obecnie jest jednym z najbardziej obiecujących procesów, ponieważ jednocześnie: jest źródłem substytutu gazu ziemnego, ogranicza emisję CO2 do atmosfery, pomaga zrównoważyć fluktuacje energii elektrycznej pochodzącej z odnawialnych źródeł energii (ma to znaczenie dla stabilności sieci elektrycznej).
Proces metanizacji dwutlenku węgla
Łatwo zauważyć, że proces ten wpasowuje się w realizację celów środowiskowych przyjętych przez Komisję Europejską oraz w proces uniezależniania się od gazu ziemnego pochodzącego z Rosji, gdyż wszystkie efekty tego procesu zostały wymienione w licznych dyrektywach Parlamentu Europejskiego i Rady jako cele, które należy realizować. Stanowisko Rady podziela wiele rządów krajów europejskich. Wdrożenie na dużą skalę tego procesu może się przyczynić do poprawy warunków środowiskowych i podniesienia jakości życia obywateli. Na przeszkodzie w upowszechnieniu stoją dość słabe wyniki mikroekonomiczne omawianej technologii. Jednak aktualna sytuacja polityczna skłaniająca państwa europejskie do szukania alternatywnych źródeł gazu ziemnego oraz cele stawiane przez KE, a w szczególności cel neutralności klimatycznej wskazują, że proces metanizacji dwutlenku węgla został dostrzeżony zarówno przez naukowców, jak i przedstawicieli przemysłu, zwłaszcza branży energetycznej.
W literaturze dostępne są liczne prace naukowe, które opisują wszystkie aspekty procesu – mechanizm, kinetykę, termodynamikę, wiele rodzajów katalizatorów, mikroekonomię, rodzaje stosowanych reaktorów itp. Przedstawiane w opracowaniach prognozy ekonomiczne wskazują, że jeżeli nawet proces Sabatiera nadal będzie nierentowny, to i tak można liczyć na stały wzrost zysków makroekonomicznych wynikających z rozwiązania wspomnianych problemów (m.in. przez unikanie opłat za zakup uprawnień do emisji CO2 czy kosztów awarii sieci energetycznych). Niewielka poprawa efektów mikroekonomicznych procesu może więc być bardzo owocna, tym bardziej że prognozy wskazują na stały wzrost zysków makroekonomicznych wynikających z rozwiązania problemów.
Technologia Power-to-Gas
W zależności od efektu, jaki ma być osiągnięty podczas procesu, badania reakcji Sabatiera prowadzone są w kilku, nieznacznie różniących się od siebie kierunkach. Obecnie zespół prowadzi badania nad sposobem praktycznego wykorzystania uwodornienia CO2, tj. nad technologią określaną mianem Power-to-Gas. Proces PtG wykorzystuje się do przekształcenia nadwyżki energii elektrycznej w cenny gaz w procesie łączonym: podczas elektrolizy wody wytwarzany jest wodór, który w następnym etapie reaguje z dwutlenkiem węgla, dając metan. Ten drugi krok wymaga dostarczenia CO2 np. z gazów emisyjnych (a więc pozwala ograniczać zanieczyszczenie nimi środowiska). Koncepcja PtG oferuje atrakcyjną perspektywę redukcji emisji CO2 na dużą skalę przy jednoczesnym wykorzystaniu nadwyżki energii z OZE. Jeden proces łączy zatem rozwiązania kilku problemów – usuwania CO2 i zagospodarowania okresowych nadwyżek energii elektrycznej grożących destabilizacją systemu energetycznego państw, a dodatkowo dostarcza substytutu gazu ziemnego.
Zespół Profesora, prowadząc badania nad stosowaniem w praktyce reakcji Sabatiera, już od blisko czterech lat zajmuje się procesem PtG. Oprócz badań eksperymentalnych wykorzystywane jest modelowanie matematyczne. Na podstawie modelu matematycznego procesu określane są warunki pracy reaktora (oparte na analizie wyników symulacji komputerowej przebiegu procesu). Takie podejście pozwala na znaczną redukcję liczby badań eksperymentalnych, a więc na skrócenie czasu uzyskania wyników i obniżenie kosztów.
Wymiernymi efektami przeprowadzonych przez zespół badań są: praca doktorska (obrona przewidywana w br.) i zgłoszenie patentowe. Oprócz Profesora w skład zespołu badawczego wchodzą: dr inż. Elżbieta Chmiel-Szukiewicz, dr Lech Zaręba, mgr inż. Radosław Rabczak, mgr inż. Adrian Szałek, mgr inż. Andrzej Rzeszutko.
