Раскрытие потенциала Power-to-X: будущее устойчивых энергетических решений
Power-to-X — это процесс преобразования энергии во что-то другое (x). Например, энергию можно преобразовать в водород посредством электролиза, который затем можно использовать отдельно или в сочетании с другими компонентами для создания топлива или химикатов. Зеленый переход не может быть завершен без Power-to-X. Во многих ситуациях, например, при использовании электромобилей или тепловых насосов для отопления наших домов, ископаемое топливо можно сразу заменить электроэнергией. Однако не все может питаться от электричества или аккумуляторов. Поскольку энергия может использоваться в качестве основы для процесса производства экологически чистого топлива, Power-to-X имеет решающее значение для использования, например, в тяжелом транспорте, авиации, морских судах и грузовиках. К этой же категории относятся очень энергоемкие процедуры, используемые в части нашего промышленного производства. Power-to-X также может гарантировать, что у нас есть химические вещества, необходимые для производства пластмасс, лекарств и многих других предметов, которые мы используем ежедневно и которые в настоящее время производятся с использованием ископаемого топлива.
Как работает Power-to-X
Power-to-X использует устойчивые источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия, для производства электроэнергии. На первом этапе Power-to-X вода (H2O) подвергается электролизу и разделяется на водород (H2) и кислород (O2) с использованием энергии (O). Помимо непосредственного использования в качестве топлива, водород можно также использовать в процессе синтеза с добавлением азота (N) или углерода (C) из CO2. В результате производятся новые виды топлива и химикаты, в том числе аммиак, метанол и метан. Поскольку для их производства используется электроэнергия, их часто называют e-fuels или электротопливом. Их можно использовать в качестве топлива для таких транспортных средств, как грузовики, корабли и самолеты. Чтобы обеспечить Power-to-X, проводятся исследования по объединению этих двух процессов.
Примеры Power-to-X
Процесс синтеза с углеродом
Электронное топливо, включая электронный дизель, электронный метанол, электронный керосин, электронный диметилаты (E-DME) и электронный метан, может быть получено путем смешивания углерода с водородом. Эти виды топлива химически эквивалентны современному ископаемому топливу, что делает их пригодными для немедленного использования в тяжелых транспортных средствах. Поскольку они создаются с использованием возобновляемой энергии и углерода, который мы перерабатываем из предыдущих применений, эти виды топлива являются углеродно-нейтральными.
Процесс синтеза с азотом
Зеленый аммиак (электронный аммиак), который можно использовать в качестве удобрения в сельском хозяйстве или, в конечном итоге, в качестве топлива для судоходства, создается путем объединения азота (N) с водородом. В настоящее время крупномасштабные, очень энергоемкие заводы производят аммиак для использования в сельскохозяйственных удобрениях. На производство аммиака приходится более 1% всех глобальных выбросов углерода. Поэтому переход на электронный аммиак значительно поможет в развитии более устойчивой сельскохозяйственной отрасли.
Почему необходим Power-to-X
Возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер, имеют решающее значение для перехода к цивилизации без ископаемого топлива. В этой ситуации возможность хранения энергии имеет решающее значение, чтобы мы могли использовать ее, даже когда солнце не светит и нет ветра. Кроме того, часть нашего транспорта и производственных секторов не может быть электрифицирована и вместо этого нуждается в электроэнергии, преобразованной в другую форму. Для транспортных средств, таких как корабли, грузовики и самолеты, которые не могут работать на электричестве или аккумуляторах, Power-to-X может обеспечить необходимое им топливо. Power-to-X имеет решающее значение для обеспечения производства многочисленных изделий, которые в настоящее время производятся из ископаемого топлива, включая краски, полимеры и фармацевтические препараты.
Заключение
Процедуры в Power-to-X могут быть завершены в течение довольно длительного времени. Однако Power-to-X должна стать значительно более энергоэффективной, чтобы производимое топливо было жизнеспособным и, следовательно, конкурентоспособным, если оно действительно поможет удовлетворить растущие энергетические потребности мира. Поиск оптимального способа соединения технологий Power-to-X с остальной частью энергосистемы по-прежнему остается проблемой для исследователей. Для создания наилучшей возможной синергии с остальной частью энергосистемы с самого начала необходимо разрабатывать интеллектуальные решения с точки зрения системной архитектуры, данных, цифровизации и автоматизации.