Power-to-Xの可能性を解き放つ：持続可能なエネルギーソリューションの未来

Power-to-Xの可能性を解き放つ：持続可能なエネルギーソリューションの未来

Power-to-Xとは、電力を他のもの（x）に変換するプロセスです。例えば、電力を電気分解によって水素に変換し、それを単独で使用したり、他の成分と組み合わせて燃料や化学製品を製造することができます。Power-to-Xなしでは、グリーン・トランジションは完了しません。電気自動車やヒートポンプで家を暖めるなど、多くの状況では、化石燃料をすぐに電力に置き換えることができます。しかし、すべてのものが電力やバッテリーで動くわけではありません。エネルギーをグリーン燃料製造の基礎として利用できるため、Power-to-Xは、例えば、大型輸送、航空機、船舶、トラックなどでの使用に不可欠です。エネルギー集約型の工業生産の一部も同様です。Power-to-Xはまた、プラスチック、医薬品、その他私たちが日常的に使用し、現在化石燃料を使用して生産されている多くの製品を製造するために必要な化学物質を確実に確保することができます。

Power-to-Xの仕組み

Power-to-Xは、太陽光や風力などの持続可能なエネルギー源を使用して電力を生成します。Power-to-Xの最初の段階では、水（H2O）を電気分解し、エネルギー（O）を使用して水素（H2）と酸素（O2）に分離します。水素は燃料として直接使用されるだけでなく、CO2からの窒素（N）または炭素（C）を添加した合成プロセスでも使用できます。その結果、アンモニア、メタノール、メタンなどの新しい燃料と化学物質が生成されます。これらは電気を使用して製造されるため、e-fuelまたは電気燃料と呼ばれることがよくあります。これらは、トラック、船舶、飛行機などの車両の燃料として使用できます。Power-to-Xを実現するために、2つのプロセスを統合する方法について研究が行われています。

Power-to-Xの例

炭素との合成プロセス

e-ディーゼル、e-メタノール、e-ケロシン、e-ジメチルエーテル（E-DME）、e-メタンなどのe-fuelは、炭素と水素を混合することによって生成できます。これらの燃料は、現在の化石燃料と化学的に同等であり、大型輸送にすぐに使用できます。これらの燃料は、再生可能エネルギーと、以前の用途からリサイクルした炭素を使用して製造されているため、カーボンニュートラルです。

窒素との合成プロセス

窒素（N）と水素を組み合わせることで、農業の肥料として、または最終的には船舶の燃料として使用できるグリーンアンモニア（e-アンモニア）が生成されます。現在、大規模で非常にエネルギー集約的なプラントが、農業用肥料に使用されるアンモニアを製造しています。アンモニアの製造は、世界の炭素排出量の1％以上を占めています。したがって、e-アンモニアへの切り替えは、より持続可能な農業の発展に大きく役立ちます。

Power-to-Xが必要な理由

太陽や風力などの再生可能エネルギー源は、化石燃料のない文明への移行において非常に重要です。この状況では、太陽が照らず、風が吹かないときでもエネルギーを使用できるように、エネルギーを貯蔵する能力が非常に重要です。さらに、輸送および製造部門の一部は電化できず、代わりに電力を別の形に変換する必要があります。電力やバッテリーで走行できない船舶、トラック、航空機などの車両の場合、Power-to-Xは必要な燃料を確保できます。Power-to-Xは、塗料、ポリマー、医薬品など、現在化石燃料から作られている多くの製品の製造を確保するために不可欠です。

結論

Power-to-Xの手順はかなり前から完了しています。ただし、Power-to-Xが世界の増大するエネルギー需要を満たすのに真に役立つためには、生産される燃料が実行可能であり、競争力を持つためには、Power-to-Xが大幅にエネルギー効率を高める必要があります。Power-to-X技術をエネルギーシステムの残りの部分と接続する最適な方法を見つけることは、研究者にとって依然として課題です。最初からエネルギーシステムの残りの部分との相乗効果を最大限に高めるには、システムアーキテクチャ、データ、デジタル化、自動化の面でインテリジェントなソリューションを開発する必要があります。