Odkrywanie potencjału Power-to-X: Przyszłość zrównoważonych rozwiązań energetycznych
Power-to-X to proces przekształcania energii w coś innego (x). Na przykład, energia może być przekształcana w wodór poprzez elektrolizę, który następnie może być wykorzystywany samodzielnie lub w połączeniu z innymi komponentami do tworzenia paliw lub chemikaliów. Zielona transformacja nie może być zakończona bez power-to-X. W wielu sytuacjach, takich jak używanie pojazdów elektrycznych lub pomp ciepła do ogrzewania naszych domów, paliwa kopalne mogą być natychmiast zastąpione energią elektryczną. Jednak nie wszystko może być zasilane energią elektryczną lub bateriami. Ponieważ energia może być wykorzystywana jako podstawa procesu wytwarzania zielonych paliw, Power-to-X ma kluczowe znaczenie dla zastosowania, na przykład, w transporcie ciężkim, lotnictwie, żegludze i transporcie ciężarowym. Bardzo energochłonne procedury stosowane w części naszej produkcji przemysłowej należą do tej samej kategorii. Power-to-X może również zagwarantować, że będziemy mieć chemikalia potrzebne do wytwarzania tworzyw sztucznych, leków i wielu innych przedmiotów, których używamy na co dzień, a które są obecnie produkowane przy użyciu paliw kopalnych.
Jak działa Power-to-X
Power-to-X wykorzystuje zrównoważone źródła energii, takie jak energia słoneczna i wiatrowa, do wytwarzania energii elektrycznej. W pierwszym etapie Power-to-X woda (H2O) jest elektrolizowana i dzielona na wodór (H2) i tlen (O2) przy użyciu energii (O). Oprócz wykorzystania bezpośrednio jako paliwo, wodór może być również wykorzystywany w procesie syntezy z dodatkiem azotu (N) lub węgla (C) z CO2. W rezultacie powstają nowe paliwa i chemikalia, w tym amoniak, metanol i metan. Ponieważ do ich wytworzenia wykorzystywana jest energia elektryczna, są one często określane jako e-paliwa lub elektro-paliwa. Mogą być używane jako paliwo do pojazdów, takich jak ciężarówki, statki i samoloty. Aby umożliwić Power-to-X, prowadzone są badania nad tym, jak połączyć te dwa procesy.
Przykłady Power-to-X
Proces syntezy z węglem
E-paliwa, w tym e-diesel, e-metanol, e-nafta, e-dimetylany (E-DME) i e-metan, mogą być wytwarzane przez mieszanie węgla z wodorem. Paliwa te są chemicznie równoważne obecnym paliwom kopalnym, dzięki czemu nadają się do natychmiastowego użytku w transporcie ciężkim. Ponieważ są one tworzone przy użyciu energii odnawialnej i węgla, który poddajemy recyklingowi z poprzednich zastosowań, paliwa te są neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla.
Proces syntezy z azotem
Zielony amoniak (e-amoniak), który może być używany jako nawóz w rolnictwie lub, ostatecznie, jako paliwo dla żeglugi, powstaje poprzez połączenie azotu (N) z wodorem. Obecnie zakłady o dużej skali i wysokiej energochłonności produkują amoniak do stosowania w nawozach rolniczych. Produkcja amoniaku odpowiada za ponad 1% globalnej emisji dwutlenku węgla. Dlatego przejście na e-amoniak znacznie pomoże w rozwoju bardziej zrównoważonego przemysłu rolnego.
Dlaczego Power-to-X jest konieczne
Odnawialne źródła energii, takie jak słońce i wiatr, mają kluczowe znaczenie w przejściu do cywilizacji bez paliw kopalnych. W tej sytuacji zdolność do magazynowania energii ma kluczowe znaczenie, abyśmy mogli z niej korzystać, nawet gdy słońce nie świeci i nie ma wiatru. Dodatkowo, część naszych sektorów transportu i produkcji nie może być zelektryfikowana i zamiast tego potrzebuje energii elektrycznej przekształconej w inną formę. Dla pojazdów, takich jak statki, ciężarówki i samoloty, które nie mogą działać na prąd lub baterie, Power-to-X może zabezpieczyć paliwo, którego potrzebują. Power-to-X ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia produkcji licznych produktów, które są obecnie wytwarzane z paliw kopalnych, w tym farb, polimerów i farmaceutyków.
Wniosek
Procedury w Power-to-X mogą być zakończone przez dość długi czas. Power-to-X musi stać się znacznie bardziej energooszczędne, aby produkowane paliwa były opłacalne, a tym samym konkurencyjne, jeśli ma naprawdę pomóc w zaspokojeniu rosnących potrzeb energetycznych świata. Znalezienie optymalnego sposobu połączenia technologii Power-to-X z resztą systemu energetycznego jest nadal wyzwaniem dla badaczy. Aby od samego początku stworzyć jak najlepszą synergię z resztą systemu energetycznego, należy opracować inteligentne rozwiązania w zakresie architektury systemu, danych, digitalizacji i automatyzacji.