Безвредная и безотходная технология выработки энергии

Исследователи решили изучить вопрос: как извлечь энергию из метана без побочного продукта в виде углекислого газа. В ходе исследования был создан экспериментальный реактор.

 Сжигание ископаемого топлива для производства электроэнергии является основным источником вредных выбросов двуокиси углерода. В частности, метан - основной компонент природного газа - широко используемое ископаемое топливо, мировое производство которого планирует резко возрасти в ближайшие десятилетия.

Именно поэтому исследователи решили изучить вопрос: как извлечь энергию из метана без побочного продукта в виде углекислого газа?

Вместо сжигания метана (CH4), он может быть разделен на компоненты - водород (Н2) и углерод (С) в процессе, называемом "расщепление метана" (англ. "methane cracking"). Эта реакция происходит при высоких температурах (750 °C и выше) и не приводит к вредным выбросам.

Первый продукт, водород, известен своей высокой плотностью энергии на единицу массы. В самом деле, многие рассматривают его как важный компонент энергетики будущего. Но водород уже сегодня важный промышленный товар, используемый в больших количествах для производства аммиака - ключевого продукта для производства удобрений. Тем не менее, большинство производств водорода в мире в настоящее время основано на традиционных технологиях, которые также используют природный газ в качестве сырья и выделяют двуокись углерода в процессе.

В то время как водород является основным продуктом реакции расщепления метана, её побочный продукт, твердый черный углерод, также является важным промышленным товаром. Он широко используется в производстве стали, углеродных волокон и многих других конструкционных материалов на основе углерода. Черный углерод, получаемый в ходе этой реакции, имеет высокое качество и чистоту.

Углерод – продукт реакции расщепления метана.

Расщепление метана - не совсем новая идея: в последние два десятилетия, в различных учреждениях проводились эксперименты, доказавшие техническую возможность этого процесса. Но эти предыдущие попытки были ограничены такими вопросами, как низкий выход продуктов реакции и др.

В ходе настоящего исследования было решено создать экспериментальный реактор по расщеплению метана. Отправной точкой являлась конструкция реактора, предложенная Карло Руббиа, на основе технологии жидких металлов. Мелкие пузырьки метана вводили в нижнюю часть колонки, заполненной расплавленным оловом. Реакция расщепления происходит, когда эти пузырьки поднимаются к поверхности жидкого металла. Углерод отделяется на поверхности пузырьков и осаждается в виде порошка в верхней части реактора.

Испытания проходили с конца 2012 до весны 2015 года. Исследователи смогли оценить различные параметры технологии и выбрать конструкционные материалы. Окончательный дизайн  - это 1,2-метровое устройство, сделанное из кварца и нержавеющей стали. В самых последних экспериментах реактор работал без перерывов в течение двух недель, производил водород со скоростью преобразования 78% при температуре 1200 °С. Таким образом, реактор продемонстрировал технические возможности, которые будут необходимы для непрерывной работы в промышленных масштабах.

На следующем этапе исследование будет сосредоточено на оптимизации конструкции реактора и его постепенном масштабировании до более высоких скоростей производства.