Produkcja wodoru o zerowej lub bardzo niskiej emisji gazów cieplarnianych ma znaczący potencjał na przyszłość. Jednak piroliza metanu, jeden z możliwych procesów, stawia przed nami liczne wyzwania techniczne. W związku z tym, DBI – Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg opracowuje innowacyjne podejście, które unika ogólnych wad pirolizy metanu poprzez podział całego procesu na dwie etapy.
Obecnie większość wodoru jest produkowana z paliw kopalnych, głównie poprzez reformowanie węglowodorów (takich jak gaz ziemny) lub zgazowanie węgla i ciężkiego oleju opałowego. Procesy te powodują znaczne emisje CO₂, które można zredukować przez wychwytywanie i magazynowanie CO₂ (CCS). W porównaniu, produkt uboczny pirolizy metanu, stały węgiel, jest łatwiejszy do separacji, transportu, magazynowania i ma wiele zastosowań. Wyzwania obejmują jednak zapotrzebowanie na energię przy wysokich temperaturach (T > 1,000 °C) oraz niekontrolowany osad węgla na ściankach reaktora i katalizatorach, jak również możliwe powstawanie niepożądanych produktów gazowych. Aby uniknąć tych wad, DBI opracowuje innowacyjny proces, w którym etapy „produkcji wodoru” i „osadzania węgla” są rozdzielone na dwie reakcje. Pierwsza reakcja to rafinacja na sucho, w której metan jest przekształcany w odpowiednich konwerterach katalitycznych razem z CO₂. Drugim etapem jest reakcja Boudouarda w reaktorze z ruchomym łożem.
W pierwszym etapie, sucha rafinacja, głównym celem jest wysoka szybkość przemiany metanu w wodór i tlenki węgla oraz unikanie osadów węgla na powierzchni katalizatorów. W drugim etapie, reakcji Boudouarda, głównym celem jest kontrolowane osadzanie węgla na ruchomym łożu. Węgiel oddzielony od łoża może być ponownie wykorzystany lub przechowywany, a powstały CO₂ jest recyklowany do etapu 1.
Dwa etapy procesu stawiają znacznie mniejsze wyzwania pod względem wdrożenia niż piroliza, ale muszą być realizowane na różnych poziomach temperatury. Aby zmniejszyć ogólne zapotrzebowanie na energię, konieczne jest termiczne połączenie obu etapów procesu. Dodatkowo, wewnętrzny recykling procesu powinien być realizowany poprzez preferencyjne wykorzystanie wyprodukowanego węgla jako materiału na ruchome łoże, co umożliwia funkcjonowanie procesu bez dodatkowych surowców. Opracowanie procesu oraz badanie obu etapów procesu są kluczowymi aspektami projektu badawczo-rozwojowego, który jest obecnie realizowany, finansowany przez Federalne Ministerstwo Przemysłu i Ochrony Klimatu, wspierane przez program innowacji wodorowych DVGW.
W efekcie, opracowywane przez DBI innowacyjne podejście do produkcji wodoru z gazów zawierających metan ma potencjał przyczynić się do znacznej redukcji emisji CO2. Poprzez zastosowanie procesu podzielonego na dwie etapy: rafinacja na sucho i reakcję Boudouarda, możliwe jest efektywne wytwarzanie wodoru oraz kontrolowane osadzanie węgla, co ostatecznie prowadzi do procesu o niższym zapotrzebowaniu energetycznym i mniejszym wpływie na środowisko. Opracowanie tego procesu może przyczynić się do rozwoju bardziej zrównoważonej przyszłości energetycznej, bazującej na wodorze jako nośniku energii.
