Зеленый водород из отходов тростника: найдена высокоэффективная технология

Южноафриканские исследователи смоделировали новый промышленный процесс, способный превращать измельченные отходы сахарного тростника в зеленый водород со значительно большей эффективностью, чем считалось ранее. Моделирование, проведенное в Университете Йоханнесбурга, показывает, что технология не только обеспечивает высокий выход чистого топлива, но и производит лишь малую долю нежелательных побочных продуктов, таких как смола, угарный газ и углекислый газ. Этот прорыв может сыграть ключевую роль в декарбонизации таких энергоемких отраслей, как металлургия и производство цемента.

Существующие методы газификации биомассы в промышленных масштабах страдают от низкой энергоэффективности, невысокого выхода водорода и образования большого количества смолы и других вредных веществ. Профессор Билаину Обойриен поясняет: «Типичный синтез-газ, получаемый при газификации биомассы, содержит водород (10–35%), оксид углерода (20–30%), диоксид углерода (10–25%) и огромное количество смолы и азота». Высокое содержание смол требует установки дополнительного дорогостоящего оборудования для очистки, что значительно увеличивает эксплуатационные расходы.

Гораздо более эффективный метод газификации биомассы, такой как багасса (отходы сахарного тростника), известен как сорбционно-усиленная химико-циклическая газификация (SECLG). По сравнению с традиционными технологиями, SECLG позволяет получать зеленый водород гораздо более высокой чистоты и с большим выходом. Кроме того, этот процесс отличается повышенной энергоэффективностью и способностью улавливать углерод непосредственно во время реакции. Профессор Обойриен и его коллега Лебоганг Джеральд Мотсоененг создали математическую модель процесса и провели его симуляцию в программе Aspen Plus.

Результаты моделирования впечатляют. «По нашим расчетам, при использовании SECLG получаемый газ содержит 62–69% водорода, менее 1% углекислого газа и ничтожно малое количество смолы — менее 1 г/нм³», — отмечает Обойриен. Такой высокий выход чистого водорода и низкая концентрация примесей могут существенно снизить экономические затраты за счет сокращения дополнительного оборудования для очистки. Хотя полученный водород и обладает высоким качеством, для некоторых промышленных нужд ему все же потребуется дополнительная доочистка.

На данный момент технология существует в виде компьютерной модели, которая не учитывает такие реальные факторы, как постепенная деградация используемых материалов. Кроме того, для создания жизнеспособной системы SECLG необходимо решить инженерные задачи, связанные с транспортировкой твердых частиц и эффективным отделением золы. «Сейчас мы работаем над экспериментальным подтверждением концепции в лабораторных условиях. Мы надеемся, что эти эксперименты позволят проверить наши модели на практике», — говорит Обойриен.

Для реализации процесса SECLG требуются определенные условия: температура около 600°C, давление порядка 5 бар и сложная система для непрерывной циркуляции катализаторов и сорбентов, которая обеспечивает так называемый «циклический эффект» для улавливания углерода. «Чтобы раскрыть потенциал технологии SECLG, необходимы инвестиции в инфраструктуру и сотрудничество между отраслями», — заключает профессор, подчеркивая, что путь от моделирования до промышленного внедрения требует серьезной поддержки.