Chun déileáil le hathrú aeráide agus forbairt inbhuanaithe a bhaint amach, tá sraith beart déanta ag an bpobal idirnáisiúnta chun astaíochtaí CO2 a laghdú, agus is teicneolaíocht gabhála carbóin ceann amháin díobh. Le blianta beaga anuas, tá teicneolaíocht gabhála carbóin forbartha go tapa agus a úsáideadh go forleathan, ag éirí mar bhealach tábhachtach chun déileáil le hathrú aeráide agus astaíochtaí gáis cheaptha teasa a laghdú. Mar sin féin, tá go leor dúshlán fós ag forbairt na teicneolaíochta gabhála carbóin, amhail costais oibriúcháin, ídiú fuinnimh trealaimh cheimiceach nua -aimseartha agus stóráil agus iompar CO2. Meastar gur bealach éifeachtach é CO2 a úsáid mar amhábhar agus táirgí tionsclaíocha luachmhara a ullmhú trí mhodhanna sintéise ceimiceacha chun teorannú gabhála carbóin a réiteach. Mhol Paul Sabatier imoibriú meatanation CO2. Meastar go bhfuil imoibriú CO2 agus H2 chun CH4 a tháirgeadh ina theicneolaíocht éifeachtach chun CO2 a athchúrsáil.
Tá samhail ghnó nuálaíoch molta ag roinnt taighdeoirí: ag baint úsáide as teicneolaíocht meatanation CO2 agus teicneolaíocht hidrigine glas chun CH4 a tháirgeadh chun stóráil fuinnimh leictrigh a chur i gcrích i bhfuinneamh ceimiceach. Is féidir leis an tsamhail seo an iomarca leictreachais a thiontú ina CH4 le haghaidh stórála, fadhb luaineachta fuinnimh in -athnuaite a réiteach; Trí úsáid a bhaint as áiseanna stórála agus iompair gáis nádúrtha atá ann cheana is féidir costais infheistíochta a laghdú go mór; Forbairt na teicneolaíochta gabhála carbóin agus úsáid a chur chun cinn, agus cur leis an trasdul domhanda fuinnimh ghlais. Tugann an páipéar seo forbairt ar chatalaígh meatanation CO2 agus déanann sé anailís ar na cásanna feidhmithe tionsclaíocha de theicneolaíocht cumhachta-go-gás (MIG) ag baint úsáide as teicneolaíocht meathanachta.
Eochairfhocail:dé-ocsaíd charbóin, meath, cumhacht-go-gás, gabháil charbóin, stóráil fuinnimh, bunábhar hidrigine, leictrealú uisce
Tosaigh2imoibriú meataitheanta
Teirmidinimic imoibriúcháin
Tarlaíonn na frithghníomhartha seo a leanas go príomha idir h2agus C02Le linn an phróisis meathanachta.
Príomh -imoibriú: C02 + 4H2⇄ CH4 + 2H2 O
Δ H=-165.0 kj/mol
Frithghníomhaíocht Taobh: C02 + H2 ⇄ C0 + H2 O
Δ H=41.1 kj/mol
Tá an t-imoibriú taobh, ar a dtugtar an t-imoibriú athraithe uisce, endothermic freisin. Nuair a shroicheann an t -imoibriú teocht áirithe, méadaíonn roghnaíocht an fhotháirge CO, agus roghnaíocht CH4laghduithe. Dá bhrí sin, fócas taighde CO2Is éard atá i gceist le catalaígh meatanachta ná catalaígh a fhorbairt le gníomhaíocht ard ag teochtaí ísle. Éifeacht an bhrú agus na teochta ar na táirgí imoibriúcháin, áit a bhfuil cóimheas toirt na n -imoibreoirí h2chuig CO2IS 4: 1.
Taighde Catalyst
Léirítear barr feabhais an imoibriúcháin meathanachta go príomha ina airíonna teirmidinimice agus an poitéinseal teoiriciúil do ráta comhshó ard ag teocht agus brú an tseomra. Ón C02Rinneadh móilín a ocsaídiú go hiomlán agus cruthaíonn an t -adamh carbóin agus an adamh ocsaigine banna dúbailte comhfhiúsach, tá an fuinneamh gníomhachtaithe a theastaíonn don imoibriú an -ard, agus tá gá le catalaíoch chun an fuinneamh gníomhachtaithe a laghdú agus dá bhrí sin an ráta comhshó a mhéadú.
Is féidir le miotail Ghrúpa VIII an ráta comhshó agus an roghnaíocht a fheabhsú san imoibriú meatanation, agus tá a ngníomhaíocht in ord íslitheach: Ru, IR, Rh, Ni, Co, OS, PT, Fe, MO, PD, Ag. Nuair nach mbreithnítear ach na tosca is tábhachtaí (gníomhaíocht agus roghnaíocht) an imoibriúcháin meatanation, tá an ghníomhaíocht in ord íslitheach: tá Ru, Fe, Ni, CO, MO, agus tá an roghnaíocht in ord íslitheach: Ni, Co, Fe, Ru.
Léirítear comparáid feidhmíochta na gcatalaígh miotail éagsúla i dTábla 1. Forbraíodh go forleathan córais chatalaíocha bunaithe ar mhiotail idirthréimhseacha (Ru, Rh, Pd, etc.). Tá gníomhaíocht agus roghnaíocht chatalaíoch den scoth acu i CO2Frithghníomhartha meatanation! Go háirithe, léiríonn catalaígh RU-bhunaithe ardghníomhaíocht agus roghnaíocht faoi choinníollacha ísealteochta agus measartha. Léirigh staidéir go bhfuil 3%ru/ai faoi na coinníollacha imoibriúcháin céanna2O3(3% RU luchtaithe ar an AI2O3Tá roghnaíocht níos airde ag iompróir, mar an gcéanna thíos) do CH4ná 20%ni/ai2O3. Tá ardghníomhaíocht agus roghnaíocht ag miotail lómhara (mar shampla PT) i CO2Frithghníomhartha meathanachta, ach is é a gcostas ard an príomhchonstaic ar a n-iarratas ar scála mór i CO2meatanation. Tá imoibríocht cheimiceach áirithe ag miotail trasdula eile (mar Fe agus CO), ach tá a roghnaíocht íseal, agus úsáidtear iad go príomha mar bhreiseáin do chatalaígh bimetallic eile. Mar gheall ar a bpraghas íseal agus a n-amhábhar flúirseach, úsáideann an chuid is mó de na tionscadail taighde agus tionsclaíocha catalaígh Ni-bhunaithe.
Éifeachtaí na dtacaíocht agus na mbreiseán ar chatalaígh
Tá ról iontach ag iompróirí éagsúla maidir le catalaígh a ullmhú agus a fheabhsú. Is iompróirí ocsaídí miotail iad iompróirí a úsáidtear go coitianta den chuid is mó. Méadaíonn na hiompróirí seo go príomha cumas asaithe na n -imoibreoirí trí staid na céime gníomhacha a athrú, lena n -áirítear moirfeolaíocht dromchla, scaipeadh miotail, agus na príomh -aghaidheanna criostail nochta, rud a fheabhsaíonn an fheidhmíocht chatalaíoch. Is minic a úsáidtear ocsaídí le hairíonna sonracha mar iompróirí catalaíoch, mar AI2O3, SiO2, Zro2, POF2, etc. ina measc, AI2O3Tá sé ar cheann de na hiompróirí catalaíoch is coitianta a úsáidtear toisc go bhfuil buntáistí ísealphraghas, achar dromchla mór, agus pores forbartha aige. Mar sin féin, an chéim ghníomhach de Ni/Ai2O3Is furasta catalaíoch a shintéiriú agus a charbónú ag teocht ard, agus mar thoradh air sin díghníomhachtú catalaíoch. Dá bhrí sin, ullmhú Ni/AI2O3Is é an catalaíoch le gníomhaíocht mhaith agus cobhsaíocht ard an fócas taighde reatha.
Maidir le catalaígh atá bunaithe ar Ni, is príomh-chomhpháirteanna modhnaithe iad na breiseáin ar féidir leo airíonna agus feidhmíocht an chatalaíoch a athrú go suntasach. Déantar feidhmíocht chatalaíoch a bharrfheabhsú trí mheicníochtaí difriúla, mar shampla sineirgíocht bimetallic, ag athrú na timpeallachta leictreonaí miotail, ag cur cosc ar fhoirmiú speiceas spinel, ag feabhsú asaithe imoibreoirí agus idirmheánacha, agus ag feabhsú scaipthe miotail. Sidik et al. Fuair sé amach gur léirigh an catalaíoch ullmhaithe Ni-CO/MSN gníomhaíocht agus cobhsaíocht níos airde ná Ni/MSN trí CO a chur leis mar cheanglóir. Dheimhnigh an anailís go gcabhraíonn cóimhiotal Ni-CO le méid na gcáithníní Ni a laghdú agus go soláthraíonn sé feidhmíocht scaipthe miotail níos fearr. Paviotti et al. Catalaígh Ni-RU ullmhaithe agus fuarthas amach gur fheabhsaigh RU laghdaitheacht catalaígh Ni-bhunaithe agus cumas asaithe feabhsaithe NI do H2, rud a fheabhsaíonn feidhmíocht chatalaíoch.
Cásanna iarratais ar an imoibriú meathanachta
Faoi láthair, cé go bhfuil torthaí suntasacha bainte amach ag forbairt fuinnimh in -athnuaite, tá roinnt dúshlán os a chomhair freisin. Is é an scrogaill atá ann go príomha ná neamh -intuarthacht na n -acmhainní in -athnuaite, a bhféadfadh barrachas cumhachta a bheith mar thoradh air agus dúshláin a thabhairt do oibriú cobhsaí na greille cumhachta.
Úsáideann teicneolaíocht PTG co2imoibriú meathanachta, úsáideann sé hidrigin ghlas a tháirgtear trí fhuinneamh in -athnuaite agus CO2Mar amhábhair chun táirgí gáis nádúrtha sintéiseacha a ghiniúint, agus is féidir an ocsaigin seachtháirge a íonú agus a dhíol. Is féidir le húsáid iomlán a bhaint as an teas imoibriúcháin ardchaighdeáin costas na teicneolaíochta PTG a laghdú. Ós rud é go bhfuil an phríomhchuid den ghás nádúrtha sintéiseach ginte ch4, is féidir é a sheoladh go díreach chuig an Líonra Píblíne Gáis Nádúrtha, ag baint amach an stóráil fhadtéarmach agus mhórscála CH4.
Amhábhair hidrigine a tháirgeadh
I measc na bpríomhmhodhanna a bhaineann le táirgeadh hidrigine tionsclaíoch tá táirgeadh hidrigine gáis nádúrtha, táirgeadh hidrigine leictrealú uisce, táirgeadh hidrigine guail, agus táirgeadh hidrigine seachtháirge tionsclaíoch. Ach amháin i gcás leictrealú uisce, is gá fuinneamh iontaise a úsáid ón táirgeadh hidrigine, an táirgeadh hidrigine. Tá teicneolaíocht táirgthe hidrigine fuinnimh iontaise aibí, agus tá an costas níos ísle ná táirgeadh hidrigine leictrealú uisce, ach ginfear cuid mhór de CO₂ le linn an phróisis táirgthe.
Go hidéalach, is é H2 (hidrigin ghlas) an t -amhábhar hidrigine de theicneolaíocht PTG a tháirgtear trí theicneolaíocht leictrealú uisce a chúpláil le fuinneamh in -athnuaite. Faoi láthair, is iad na príomhtheicneolaíochtaí leictrealaithe uisce ná teicneolaíocht leictrealaithe uisce alcaileach (AEL), teicneolaíocht membrane malartaithe prótóin (PEM), teicneolaíocht membrane malartaithe anion (AEM), agus teicneolaíocht leictrilíteas ocsaíd soladach (SOEC). Ina measc, tá teicneolaíocht AEL aibí agus oiriúnach do tháirgeadh hidrigine tionsclaíoch ar scála mór, ach tá an ráta táirgthe íseal, agus tá an tomhaltas cumhachta ard. Roimh 2014, d'úsáid tionscadail leictrealú uisce baile agus eachtrannach teicneolaíocht AEL. Ó 2015 i leith, tá méadú de réir a chéile ar chumas suiteáilte PEM. Tá sé seo go príomha mar gheall ar an bhfíric go bhfuil leictrilíteoirí PEM oiriúnach do dhálaí oibre le luaineachtaí móra cumhachta, go bhfuil amanna tosaithe níos giorra acu, agus go bhfreagraíonn siad níos gasta do luaineachtaí i bhfuinneamh in -athnuaite. Níl teicneolaíocht AEM agus teicneolaíocht SOEC aibí: níl siad in ann dul in oiriúint do tháirgeadh hidrigine glas ar scála tionsclaíoch faoi láthair.
Tosaigh2Éadáil
An c2sa chom2-Réimsí Ola agus Gáis, Gléasraí Cumhachta Móra Gual-Fired, Plandaí Stroighne, srl. Is iondúil go scaoileann na plandaí seo cuid mhór de CO2Le linn oibríochta, agus co.2Is féidir é a fháil ag baint úsáide as teicneolaíocht gabhála carbóin. Faoi láthair, baineadh úsáid fhorleathan as teicneolaíocht gabhála iar-dóite i monarchana, ag baint úsáide as ionsúiteoirí ceimiceacha go príomha chun CO a ghabháil2i ngás múcháin tar éis dó a bheith dócháin.
Tá teicneolaíocht gabhála carbóin aibithe go bunúsach, agus cuireadh líon mór tionscadal i bhfeidhm ar fud an domhain. Cé gur féidir le teicneolaíocht gabhála carbóin costais chánach charbóin na bhfiontar a laghdú, ní tháirgtear aon táirgí ceimiceacha luachmhara sa phróiseas iomlán. Faoi láthair, roinnt co2Tá rioscaí féideartha ag baint le teicneolaíochtaí úsáide agus stórála, mar.2Teicneolaíocht tuilte agus teicneolaíocht stórála faoi thalamh.
Cásanna innealtóireachta de theicneolaíocht PTG
Faoi láthair, níl aon chásanna feistí tráchtála PTG tráchtála ar scála mór i mo thír féin, agus níl mórán staidéar sa réimse seo. Tá an taighde ar theicneolaíocht PTG go príomha i dtíortha na hEorpa, agus tá na Stáit Aontaithe agus an tSeapáin tar éis a gcuid taighde agus forbairt ar an teicneolaíocht seo a mhéadú le blianta beaga anuas.
Chehade et al. Taighde agus anailís a rinneadh ar 192 tionscadal taispeántais cumhachta-go-X i 32 tír {. 91 Tá% de na tionscadail fós i bhfeidhm, agus tá 27% de na tionscadail ag smaoineamh ar scála táirgthe a leathnú: 99 tionscadal a úsáideann fuinneamh in-athnuaite ar dtús chun H a tháirgeadh h2, agus ansin úsáid teicneolaíocht cille breosla hidrigine nó tuirbíní gáis chun h h2i leictreachas agus é a instealladh go díreach isteach sa ghreille cumhachta; Táirgeann 69 tionscadal hidrigin ghlas agus úsáideann siad teicneolaíocht meathanachta chun H2 a thiontú ina CH4agus é a instealladh isteach sa líonra píblíne gáis nádúrtha; Tá 154 tionscadal PTG san Eoraip, a bhfuil beagnach aon trian díobh suite sa Ghearmáin.
Wulf et al. imscrúdú ar thionscadail cumhachta-go-X san Eoraip. Ó Mheitheamh 2020, cuireadh 220 tionscadal den sórt sin i bhfeidhm nó tá siad á dtógáil agus á bpleanáil san Eoraip, leis an bhfás is tapúla i dtionscadail sa Ghearmáin agus sa Fhrainc. In 2020, chuir 20 tír tionscadail taispeántais cumhachta-go-X i bhfeidhm, agus bhí 44% díobh lonnaithe sa Ghearmáin. D'úsáid formhór na dtionscadal leictreachas in -athnuaite go díreach. D'athraigh aon trian de thionscadail cumhachta-go-X H2 ina dtáirgí gáis eile le díol. D'úsáid an chuid is mó de na tionscadail gás bithmhaise mar bhunábhar CO2, agus d'úsáid daoine eile gás múcháin ó ghás nádúrtha nó ó ghléasraí cumhachta guail mar bhunábhar CO2 {. 66% de na tionscadail go léir a d'úsáid frithghníomhartha meatanation catalaíoch ceimiceach.
Tá an Astráil ag fiosrú go gníomhach freisin bealaí chun CO a thiontú2isteach i ch4. Pleananna Gáis Ghlas an Deiscirt chun CH in -athnuaite a chur i bhfeidhm4Tionscadal chun CH4 a tháirgeadh ag baint úsáide as modúil bheaga. Tá painéil ghréine sna modúil seo a sholáthraíonn leictreachas do leictrilíteoirí. Imoibríonn an H2 a tháirgeann na leictrealaithe leis an CO gafa2in imoibreoir meatanachta chun ch a tháirgeadh4, a instealladh ansin i líonra píblíne gáis nádúrtha na hAstráile le haghaidh stórála nó úsáide tráchtála. Baineann an tionscadal úsáid as an gcóras píblíne atá ann cheana mar shaoráid iompair agus stórála, rud a laghdaíonn go mór costas na tógála bonneagair: is féidir leis na sciortaí a bheith féin-leordhóthanach, ag laghdú go mór costais oibriúcháin; agus feabhsaítear talamh ar chostas íseal ar iomaíochas an tionscadail.
