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 zamieniana w wodór poprzez elektrolizę, który następnie może być wykorzystywany samodzielnie lub w połączeniu z innymi składnikami do tworzenia paliw lub chemikaliów. Transformacja ekologiczna nie może być zakończona bez Power-to-X. W wielu sytuacjach, takich jak korzystanie z 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 produkcji zielonych paliw, Power-to-X ma kluczowe znaczenie do wykorzystania, 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 mieli chemikalia potrzebne do wytwarzania tworzyw sztucznych, leków i wielu innych przedmiotów, których używamy na co dzień, a które obecnie są 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 jako paliwo bezpośrednio, 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 wytwarzania wykorzystywana jest energia elektryczna, są one często określane jako e-paliwa lub elektro-paliwa. Mogą być one wykorzystywane jako paliwo dla pojazdów, takich jak ciężarówki, statki i samoloty. Aby umożliwić Power-to-X, prowadzone są badania nad sposobem połączenia tych dwóch procesów.
Przykłady Power-to-X
Proces syntezy z węglem
E-paliwa, w tym e-diesel, e-metanol, e-nafta, e-dimetylaty (E-DME) i e-metan, mogą być wytwarzane poprzez zmieszanie węgla z wodorem. Paliwa te są chemicznie równoważne obecnym paliwom kopalnym, co czyni je odpowiednimi do natychmiastowego wykorzystania w transporcie ciężkim. Ponieważ są one wytwarzane przy użyciu energii odnawialnej i węgla, który odzyskujemy z poprzednich zastosowań, paliwa te są neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla.
Proces syntezy z azotem
Zielony amoniak (e-amoniak), który może być wykorzystywany jako nawóz w rolnictwie lub, ostatecznie, jako paliwo dla żeglugi, powstaje poprzez połączenie azotu (N) z wodorem. Obecnie zakłady produkujące amoniak na dużą skalę i o wysokiej energochłonności wytwarzają amoniak do wykorzystania w nawozach rolniczych. Produkcja amoniaku odpowiada za ponad 1% globalnej emisji dwutlenku węgla. Dlatego przejście na e-amoniak znacznie przyczyni się do rozwoju bardziej zrównoważonego rolnictwa.
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 zasadnicze znaczenie, abyśmy mogli z niej korzystać, nawet gdy słońce nie świeci, a wiatr nie wieje. Dodatkowo, część naszych sektorów transportu i produkcji nie może być zelektryfikowana i zamiast tego potrzebuje energii elektrycznej przekształconej w inną formę. W przypadku pojazdów, takich jak statki, ciężarówki i samoloty, które nie mogą działać na energii elektrycznej lub bateriach, Power-to-X może zabezpieczyć paliwo, którego potrzebują. Power-to-X ma kluczowe znaczenie dla zabezpieczenia produkcji wielu przedmiotów, które są obecnie wytwarzane z paliw kopalnych, w tym farb, polimerów i farmaceutyków.
Podsumowanie
Procedury w Power-to-X mogą być ukończone od dłuższego czasu. Power-to-X musi stać się znacznie bardziej energooszczędny, aby produkowane paliwa były opłacalne i tym samym konkurencyjne, jeśli ma naprawdę pomóc w zaspokojeniu rosnącego zapotrzebowania świata na energię. Znalezienie optymalnego sposobu połączenia technologii Power-to-X z resztą systemu energetycznego jest nadal wyzwaniem dla badaczy. Aby od samego początku stworzyć najlepszą możliwą synergię z resztą systemu energetycznego, należy opracować inteligentne rozwiązania w zakresie architektury systemu, danych, cyfryzacji i automatyzacji.