En ny plasmametanpyrolyseteknologi for produksjon av hydrogen

Rundt 95 % av den globale hydrogenproduksjonen produseres ved hjelp av SMR-teknologi (Steam Methane Reforming) fra naturgass eller kullgassifiseringsprosessen. Dette hydrogenet kalles «grå» fordi det frigjøres store mengder CO2 under produksjonen. Vi snakker mer og mer om «grønt» hydrogen, som oppnås ved elektrolyse av vann fra fornybare energier som sol- eller vindkraft. Det er også en tredje, industrielt underutviklet rute som er vanskelig å gjennomføre økonomisk, som er pyrolyse av metan. Dette hydrogenet, som vi kaller «turkis», er det Materia Nova tror veldig på. Forskningsinstituttet, med base i Mons, Belgia, utvikler for tiden en ny såkalt hybrid plasmapyrolyseteknologi med tanke på industrialiseringen.

Flere teknologiske løsninger kan implementeres for å utføre pyrolyse av metan. Prosessen utviklet av Materia Nova er en tilpasning av en prosess kalt Kværner, som ble utviklet i 1990 og nå er i markedsføringsfasen av det amerikanske selskapet Monolith. Imidlertid, ifølge Fabrizio Maseri, ansvarlig for programlederen hos Materia Nova, lider denne teknologien av begrenset utbytte og plasmaet blir misbrukt: «Faktisk brukes dette plasmaet til å varme opp gassen til nesten 2000 Kelvin for å utføre konvensjonell termisk pyrolyse.», han sier. På vår side bruker vi andre typer såkalte hybridplasmaer, hvis navn jeg ikke kan navngi av hensyn til konfidensialitet, for å bruke ikke bare den termiske energien som finnes i dem, men også den elektroniske energien og vibrasjonen. Denne forskjellen gjør det mulig for metanet å dissosiere uten at temperaturen stiger så høyt. Dette unngår problemer med slitasje på materialer som er vanskelige å tåle så høye temperaturer, og det er ikke nødvendig å avbryte prosessen daglig for å rengjøre den. På denne måten kan vi utvikle en industriell prosess som går 24 timer i døgnet og til lave kostnader. «

Metanmolekyler er lettere å dissosiere enn vann

Ifølge det belgiske instituttet bruker teknologien deres i seg selv nesten åtte ganger mindre energi enn elektrolyse av vann: 18,5 MJ (megajoule) per kg produsert hydrogen mot 143. Denne forskjellen forklares med at det er mye lettere å dissosiere molekyler fra metan enn fra vann. Plasmapyrolyse har også fordelen av å ikke forbruke vann, en fordel gitt denne begrensede ressursen. Du bør vite at det tar rundt 10 tonn vann for å lage ett tonn grønt hydrogen og mellom 20 og 2 tonn grått hydrogen.

Når det gjelder CO2-utslipp, forårsaker ikke denne nye teknologien noen da plasmapyrolysen utføres med utelukkelse av oksygen. SMR-teknologien slipper ut mellom 10 og 12 tonn per tonn hydrogen. «Når det gjelder elektrolyse av vann, er det feil å si at det er klimanøytralt, eksplisitt Fabrizio Maseri. Det er faktisk nødvendig å inkorporere CO2 som produseres for å bygge kraftgenereringsenhetene. Basert på en livssyklusanalyse er utslippet fra en vindpark 11 g CO2-ekvivalenter per kWhe (elektrisk kilowattime) og utslippet fra en solcellepark er 50. I tillegg er det ikke mulig å bruke avløpsvann eller sjøvann for å utføre elektrolyse, da vannet må være ekstra rent. Derfor er det nødvendig å gjøre vannbehandlinger som omvendt osmose for å rense det, men som produserer CO2. «

Fra 2022 har Materia Nova til hensikt å starte implementeringen av et prosjekt for å produsere hydrogen ved plasmapyrolyse takket være et partnerskap av industrifolk, med mål om å sette opp et førindustrielt pilotprosjekt for å produsere 1000 tonn hydrogen per år. Mye av metanet som brukes til dette pilotprosjektet vil komme fra naturgass og dermed være av fossil opprinnelse. «Vi er tvunget til å foretrekke naturgass fordi den er tilgjengelig i store mengder og vi trenger store mengder.», komplett Fabrizio Maseri.

Gruvegass for brenselplasmapyrolyse

En liten del av metanet vil også ha originaliteten til gruvegassen, for selv om kullgruvene i Vallonia og andre steder i Europa er stengt, produserer de branndamp som slipper ut i det fri. «Det er veldig fornuftig å unngå disse utslippene ved å oppgradere, fordi metan er en kraftig klimagass, 23 ganger kraftigere enn CO2 ifølge IPCC. Forhåndsvisning av Fabrizio Maseri. På vår side er vi til og med av den oppfatning at den er opptil 40 ganger kraftigere.». Biometan brukes også til å drive plasmapyrolyse. Siden den inneholder en høy andel CO2, foretas det forbehandlinger for å konsentrere den i metan i konsentrasjoner tilsvarende naturgass.

Målet til Materia Nova er å produsere dette turkise hydrogenet til en pris som er like konkurransedyktig som grå hydrogen og å bidra til å avkarbonisere belgisk industri. For å gjøre dette ønsker instituttet også å bruke det faste karbonet som i likhet med hydrogen produseres under pyrolysen av metan. Denne forbindelsen, også kalt «karbonsvart», brukes faktisk til å lage dekk eller fargestoffer, som deretter inkorporeres i svart maling og plast. Den kan også brukes til jordgjødsling i landbruket. «Den er for tiden laget av petroleumsrester og spilloljer, men produksjonen slipper ut mellom 3 og 4 tonn CO2 per tonn produsert fast karbon. Industrikonsortiet som følger med Materia Nova vil derfor kommersialisere denne karbonfrie soten, men også andre mer avanserte former for karbon som er tilgjengelig gjennom hybrid plasmapyrolyse og uten CO2-utslipp, som grafen. komplett Fabrizio Maseri.