Как отходы CO2 помогают превратить возобновляемую энергию в жидкое топливо

Сохранение энергии, генерируемой сильным ветром или ярким солнечным светом, путем превращения ее в жидкое топливо, такое как метанол, может помочь гарантировать, что зеленая энергия не будет потрачена впустую, без необходимости полагаться на батареи.

28 сентября 2020 г.
Рекс Меррифилд

Если различные отрасли будут совместно использовать ресурсы, данные и материалы — подход, известный как промышленный симбиоз, — тогда вся экосистема может стать более устойчивой. Изображение предоставлено Frans Berkelaar/Wikimedia, лицензия CC by 2.0.

Метанол можно производить из CO2, уловленного из промышленных источников, в сочетании с выделением водорода из воды с использованием избыточной возобновляемой энергии. А полученное топливо можно использовать в автомобилях или на кораблях, сокращая использование ископаемого топлива, а также выбросы парниковых газов.

«Мы… преобразуем возобновляемую энергию в жидкое топливо, которое можно использовать в стандартных двигателях внутреннего сгорания», — сказал Дэвид Куэста из испанской консалтинговой компании i-deals.

«В конце концов, вы берете стандартный автомобиль и каким-то образом «электрифицируете» его», — добавил он.

Куэста координировал проект MefCO2, который показал, как промышленность может играть роль в сохранении возобновляемой энергии по мере ее производства и помогать компенсировать некоторые колебания, присущие устойчивому производству энергии.

В рамках проекта использовалась технология улавливания углерода на угольной электростанции в Германии, чтобы продемонстрировать этот процесс, сохраняя часть выбросов в виде метанола.

Воспроизведение процесса в масштабе может также помочь сократить импорт метанола в ЕС, который легко хранить и транспортировать, но в настоящее время производится из ископаемого сырья. Помимо использования в качестве топлива, метанол является сырьем, которое широко используется в химической промышленности.

Электрификация

Водород, полученный из возобновляемых источников энергии, уже давно признан чистым топливом, но дополнительный шаг к производству метанола обеспечивает продукт с более высокой плотностью энергии без технических требований к хранению и транспортировке под высоким давлением или необходимости создания новой инфраструктуры для использования розничные потребители.

Одним из препятствий на пути использования возобновляемых источников энергии для отделения водорода от кислорода в воде было требование некоторых электролизных систем к постоянной подаче энергии. Но использование инноваций, таких как технология полимерно-электролитной мембраны (PEM), позволяет гибко приспосабливаться к естественным колебаниям условий.

MefCO2 также проложил путь к использованию возобновляемых источников энергии в других отраслях, выбрасывающих углерод, таких как производство стали, где i-deals координирует проект FReSMe по производству метанола в качестве топлива для океанских паромов. Крупногабаритные двигатели с батарейным питанием могут оказаться непригодными для таких кораблей, но метанол можно легко использовать.

Возобновляемый

Соответствуя различным стандартам, таким как сокращение выброса CO2, метанол может считаться возобновляемым топливом, которое может требовать надбавки от предприятий, работающих над сокращением выбросов углерода.

Этот дополнительный доход для производителя может покрыть стоимость инфраструктуры и обеспечить дополнительный экономический стимул.

«Мы помогаем определенным отраслям обезуглерожиться, и они могут даже получать от этого прибыль, так что декарбонизация не является таким большим бременем», — сказал Куэста.

Координация между игроками отрасли по предоставлению сырья для возобновляемых источников энергии, а также тщательное управление производством и хранением может помочь сгладить колебания спроса и предложения на зеленую энергию, стабилизируя энергосистему, а также делая улавливание и использование углерода более экономически выгодным. .

Такая координация является важным элементом промышленного симбиоза, когда различные отрасли совместно используют ресурсы, данные и материалы, чтобы сделать всю экосистему более устойчивой.

Работая таким образом, можно помочь промышленности играть более важную роль в производстве и использовании возобновляемых источников энергии. Такая координация могла бы гарантировать, что отходы или побочные продукты одного процесса, такие как CO2, можно будет использовать в качестве сырья для другого, например, в проекте MefCO2.

«Если я компания и действую в одиночку, я стремлюсь удовлетворить то, что считаю… лучшим (для меня)», — говорит Андреа Балларино из итальянского Института интеллектуальных промышленных технологий и систем для передового производства (STIIMA-CNR).

«Но если я смогу объединить свои действия с действиями других компаний, я смогу достичь симбиоза и достичь глобального оптимума, а также своего (собственного) оптимума», — добавил он.

“

«Мы помогаем определенным отраслям обезуглерожиться, и они могут даже получать от этого прибыль, так что декарбонизация не является таким большим бременем».

– Дэвид Куэста, менеджер i-deals

Сотрудничать

Балларино координировал проект SYMBIOPTIMA, который показал, что одна компания может адаптировать побочный продукт для удовлетворения потребностей другого пользователя, превращая его в дополнительный доход, а также снижая затраты для покупателя, который может избежать покупки некоторого основного сырья.

Принятие такого подхода объединяет промышленность, чтобы сыграть ключевую роль в сокращении всех видов отходов. SYMBIOPTIMA также сосредоточилась на экономии энергии на уровне отдельных заводов, одновременно сглаживая коллективный спрос на электроэнергию из сети, включая возобновляемые источники энергии, и имея возможность более точно планировать заранее.

SYMBIOPTIMA использовала тщательный мониторинг промышленных процессов и сотрудничество между компаниями, чтобы продемонстрировать, что они могут добиться экономии энергии порядка 10%-15%.

Создав и настроив подробный профиль спроса на энергию на одном заводе, программные инструменты смогли как управлять его производством с учетом энергии, так и рассчитывать ожидаемые закупки электроэнергии. Затем их можно было агрегировать с профилем другой фабрики, а программная система, сохраняющая их анонимность, объединяла их покупки вместе, сопоставляя пиковый спрос на одном с падением энергии на другом.

Распределяя производственные процессы, программное обеспечение гарантировало, что предприятиям не придется платить пиковые цены, одновременно требуя максимальной мощности.В результате удалось сократить расходы для обоих заводов, а также помочь управляющему сетью сбалансировать спрос и спланировать, какая резервная мощность может потребоваться для поддержки возобновляемых источников энергии.

Привлекательный

В дополнение к энергетическому планированию предприятия могут настраивать характеристики своих побочных продуктов и определять время их доступности, чтобы сделать их более привлекательными для других промышленных пользователей.

«В конце дня и в конце месяца это дает экономическое преимущество — деньги в кармане», — сказал Балларино.

Одной из целей SYMBIOPTIMA было выявление экономических возможностей в цепочках создания стоимости компаний и даже отраслей, которые могут не иметь очевидных связей — и где игроки явно не являются конкурентами.

Среди них четырехстороннее сотрудничество между литейным заводом, цементным заводом, бумажной фабрикой и производителем кирпича. Программное обеспечение Symby-Net, разработанное в ходе проекта, показало, как шлак и отработанный песок литейного производства можно использовать на цементном и кирпичном заводах. Кроме того, кирпичный завод может повторно использовать шлам, оставшийся от производства бумаги, что снизит потребность в сырой глине.

Балларино отметил, что стимулы для сотрудничества варьируются от финансовых выгод до обеспечения долгосрочной безопасности ограниченных ресурсов или соблюдения правил, таких как те, которые поощряют экологическую устойчивость или производство возобновляемой энергии.

«У нас есть ряд компаний, для которых ресурсы ограничены, энергоэффективность является проблемой, а устойчивость является обязательным требованием», — сказал Балларино.

«И единственный способ достичь всех этих целей — сотрудничать, поэтому нам нужны инструменты для совместной работы», — добавил он.

Исследование в этой статье финансировалось ЕС. Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею в социальных сетях.