Polacy z Japończykami zamieniają dwutlenek węgla w paliwo metanowe

Polsko-japoński zespół pracuje nad reaktorem chemicznym, który przekształcałby dwutlenek węgla wytwarzany przez małe kotły w metan nadający się do użytku jako paliwo – informuje „Journal of CO2 Utilization”.

Pomysł na rozwiązanie problemu nadmiernych emisji

.Małe źródła energetycznego spalania paliw, takie jak kotły i inne urządzenia przemysłowe odpowiadają za znaczną część emisji gazów cieplarnianych. Kotły są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu do kluczowych procesów, takich jak ogrzewanie, wytwarzanie pary i produkcja energii.

Konstrukcje większości kotłów są już na tyle dopracowane, że trudno zmniejszyć emisję CO2 po prostu poprawiając efektywność spalania. Natomiast obiecującym kierunkiem wydaje się być wychwytywanie emitowanego w procesie spalania CO2 i przekształcanie go w użyteczny produkt, na przykład metan.

Aby tego dokonać, potrzebny jest specyficzny typ membranowego reaktora chemicznego, zwany reaktorem membranowym typu dystrybutora (distributor-type membrane reactor, DMR). Pozwala on oddzielać składniki gazów oraz ułatwia reakcje chemiczne. Reaktory DMR są stosowane w niektórych gałęziach przemysłu, jednak ich wykorzystanie do przekształcania CO2 w metan, szczególnie w małych systemach, takich jak kotły, to jak na razie mało zbadana koncepcja.

Wypełnieniem tej luki w badaniach zajęły się zespoły prof. Grzegorza Brusa z Akademii Górniczo-Hutniczej im Stanisława Staszica w Krakowie oraz prof. Mikihiro Nomury z Shibaura Institute of Technology w Tokio (Japonia).

Jak zamienić CO2 w paliwo?

.Zespół zastosował zarówno symulacje numeryczne, jak i badania eksperymentalne w celu optymalizacji projektów reaktorów pod kątem wydajnej konwersji CO2 na metan. W symulacji modelowano przepływ gazów i reakcje w różnych warunkach. To z kolei umożliwiło zminimalizowanie wahań temperatury, zapewniając optymalizację zużycia energii przy produkcji metanu.

Jak się okazało, w przeciwieństwie do tradycyjnych metod, które kierują gazy do jednego miejsca, korzystniejsze jest zasilanie rozproszone, które umożliwia rozprowadzenie gazów po reaktorze. Lepsze rozprowadzenie CO2 w całej membranie zapobiega jej miejscowemu przegrzaniu. „Ta konstrukcja DMR pomogła nam zmniejszyć przyrost temperatury o około 300 stopni w porównaniu z tradycyjnym reaktorem ze złożem upakowanym” – wyjaśnił prof. Nomura.

Oprócz rozproszonego zasilania naukowcy zbadali także inne czynniki wpływające na wydajność reaktorów i odkryli, że jedną z kluczowych zmiennych było stężenie CO2 w mieszaninie. „Kiedy stężenie CO2 wynosiło około 15 proc. (co odpowiadało stężeniu wydobywającemu się z kotłów), reaktor znacznie lepiej wytwarzał metan. „W rzeczywistości mógłby wyprodukować około 1,5 razy więcej metanu w porównaniu z reaktorem, w którym do pracy wykorzystuje się wyłącznie czysty CO2” – podkreślił prof. Nomura.

Naukowcy zbadali także wpływ wielkości reaktora. Jak się okazało, zwiększenie rozmiaru reaktora poprawia dostępność wodoru na potrzeby reakcji. Należy jednak wziąć pod uwagę, że korzyść wynikająca z większej dostępności wodoru wymaga ostrożnego zarządzania temperaturą, aby uniknąć przegrzania.

Zdaniem autorów badania korzyści z przekształcania CO2 w metan można by uzyskać na przykład w instalacjach domowych czy w małych fabrykach.

Badania naukowe zmieniają świat

.Profesor nauk technicznych, wiceprzewodniczący Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC), Andrzej JAJSZCZYK, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że „trudno jest przecenić rolę badań naukowych w tym, co osiągnęła nasza cywilizacja. Wyniki pracy naukowców spowodowały, że żyjemy dziś znacznie dłużej niż jeszcze sto lat temu, głód stał się udziałem wyłącznie osób mieszkających w krajach upadłych i nękanych wojnami, podróże po całym świecie są już dostępne prawie dla każdego, przynajmniej w krajach bogatszych, a tania łączność zmieniła życie miliardów ludzi, nawet w najbiedniejszych zakątkach naszego globu. Dzięki badaniom naukowym nie tylko wiemy, jak żyli nasi przodkowie tysiące lat temu, ale także, jak funkcjonują rynki i co wpływa na nasze zbiorowe działania. Nauka służy także zaspokajaniu naszej zwykłej, ludzkiej ciekawości, przy okazji pozwalając odkrywać rzeczy, które dają szanse na zmianę naszego życia na lepsze. Co prawda nie zawsze chcemy czy umiemy skorzystać z tego, co nam podpowiada nauka, ale w krajach, które to potrafią, żyje się na ogół znacznie lepiej niż tam, gdzie badania naukowe się lekceważy”.

”Współczesne badania naukowe obejmują praktycznie wszystkie obszary naszej egzystencji, a liczba osób uprawiających obecnie naukę, jak twierdzą niektórzy, jest większa niż sumaryczna liczba uczonych żyjących od starożytności do czasów współczesnych. Nawet bardzo skrótowe opisanie prowadzonych obecnie w świecie badań wymagałoby wielu opasłych tomów. Dlatego też skoncentruję się na krótkim omówieniu tematyki najbardziej ambitnych projektów badawczych, finansowanych w ostatnich latach przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych (European Research Council) w trzech dużych obszarach nauki: naukach o życiu, naukach ścisłych i technicznych oraz naukach społecznych i humanistycznych. O sukcesie tego finansowania świadczy m.in. to, że dwunastka grantobiorców ERC otrzymała Nagrody Nobla, w tym trzech w bieżącym roku” – pisze prof. Andrzej JAJSZCZYK w tekście „Badania naukowe zmieniają nasz świat“.

PAP/Paweł Wernicki/Wszystko co Najważniejsze/JT