Получение метана из двуокиси углерода: улавливание углерода становится более доступным

Метан — это основной компонент природного газа. Большая часть метана, используемого сегодня в США, выкачивается из-под земли. Но вместо этого получение метана из отработанного углекислого газа, как подробно описывают исследователи PNNL в новом исследовании, могло бы снизить выбросы углерода, обеспечивая при этом топливо для многих приложений. Кредит: PublicDomainPictures / Pixabay.com

Оптимизируя многолетний процесс, в котором CO₂ преобразуется в метан, новый метод исследователей сокращает количество материалов, необходимых для проведения реакции, энергию, необходимую для ее подпитки, и, в конечном итоге, отпускную цену газа.

Ключевой химический игрок, известный как EEMPA, делает возможным этот процесс. EEMPA — это разработанный PNNL растворитель, улавливающий CO₂ из дымовых газов электростанций, связывая парниковый газ, чтобы он мог быть преобразован в полезные химические вещества.

Ранее в этом году исследователи PNNL обнаружили, что использование EEMPA на электростанциях может снизить стоимость улавливания углерода до 19 процентов ниже стандартных промышленных затрат — это самая низкая документально подтвержденная цена улавливания углерода. Итак, в исследовании, опубликованном в пятницу, 21 августа, в журнале ChemSusChem, команда обнаружила новый стимул — более дешевый природный газ — для дальнейшего снижения затрат.

По сравнению с традиционным методом конверсии метана новый процесс требует начальных вложений, которые стоят на 32 процента меньше. Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание снижаются на 35 процентов, в результате чего отпускная цена синтетического природного газа снижается на 12 процентов.

Роль метана в улавливании углерода

Различные методы преобразования CO₂ в метан известны давно. Однако большинство процессов основаны на высоких температурах и часто слишком дороги для широкого коммерческого использования.

CO₂ могут быть получены из многих источников, в том числе от целлюлозно-бумажных комбинатов до нефтеперерабатывающих заводов, подобных показанному здесь. Если есть концентрированный поток CO₂, его можно запечатлеть. Кредит: michaelmep / Pixabay.com

Помимо геологического производства, метан может производиться из возобновляемого или переработанного CO.₂ источников, и может использоваться как само топливо или как H₂ энергоноситель. По словам ведущего автора и химика PNNL Йотисвари Котандарамана, хотя он является парниковым газом и требует тщательного управления цепочкой поставок, он имеет множество применений, начиная от домашнего использования и заканчивая промышленными процессами.

«Сейчас значительная часть природного газа, используемого в США, должна выкачиваться из-под земли, — сказал Котандараман, — и ожидается, что со временем спрос будет расти, даже с учетом путей смягчения последствий изменения климата. Метан, полученный в результате этого процесса, производится с использованием отработанного CO.₂ и водород из возобновляемых источников — может стать альтернативой для коммунальных предприятий и потребителей, которым нужен природный газ с возобновляемым компонентом и меньшим углеродным следом ».

Расчет затрат и улавливание углерода

Чтобы изучить использование EEMPA в преобразовании CO₂ Что касается метана, Котандараман и ее коллеги изучили молекулярные основы реакции, а затем оценили стоимость масштабного запуска процесса на электростанции мощностью 550 мегаватт.

Обычно операторы завода могут улавливать CO₂ за счет использования специальных растворителей, которые сбрасывают дымовые газы до того, как они будут выброшены из дымовых труб заводов. Но эти традиционные растворители имеют относительно высокое содержание воды, что затрудняет преобразование метана.

Использование EEMPA вместо этого снижает энергию, необходимую для подпитки такой реакции. Экономия частично объясняется способностью EEMPA производить CO₂ легче растворяются, а это означает, что для запуска преобразования.

Оценка авторов выявила дальнейшую экономию в том, что CO₂ захваченные EEMPA, могут быть преобразованы в метан на месте. Традиционно CO₂ очищается от богатых водой растворителей и отправляется за пределы объекта для переработки или хранения под землей. По новому методу захваченный СО₂ может быть смешан с возобновляемым водородом и катализатором в простой камере, а затем нагрет до половины давления, используемого в традиционных методах получения метана.

По словам авторов, реакция эффективна: более 90 процентов захваченного CO.₂ на метан, хотя окончательный след парниковых газов зависит от того, для чего метан используется. А EEMPA улавливает более 95 процентов CO.₂ выделяется с дымовыми газами. Новый процесс также выделяет избыточное тепло, обеспечивая пар для выработки электроэнергии.

Получение большего от CO₂

По словам Котандарамана, химический процесс, описанный в документе, представляет собой один из многих путей, в ходе которых улавливается углекислый газ.₂ может использоваться как сырье для производства других ценных химикатов.

«Я буду рада, когда мне удастся заставить этот процесс работать с метанолом так же эффективно, как с метаном сейчас», — сказала она. «Это моя долгосрочная цель». По словам Котандарамана, у метанола гораздо больше применений, чем у метана, который стремился раскрыть каталитические реакции, которые могут производить метанол из CO.₂ примерно на десять лет. Создание пластика из захваченного CO₂ — еще один маршрут, который команда планирует изучить.

«Важно, чтобы мы не только улавливали CO.₂», — сказал Рон Кент, менеджер по развитию передовых технологий в SoCalGas, -« и это исследование предлагает рентабельный путь к созданию чего-то ценного из отходов CO.₂. »