(VIDEO) Un start-up susţinut de Bill Gates a inventat o metodă de a genera zero emisii la arderea gazului natural, producând hidrogen fără nevoia de stocare a lui şi asfalt

Un start-up din SUA, numit Modern Hydrogen şi susţinut încă de la etapele iniţiate de Bill Gates, a inventat o metodă de a garanta zero emisii la arderea gazului industrial în condiţii industriale sau de termocentrale, producând hidrogen în acest proces, care nu are nevoie de stocare şi transport, iar pe lângă asta mai producând şi asfalt ca efect advers.

Foto: Bill Gates, astupând recent o groapă cu asfalt produs în urma procesului de decarbonizare a gazului natural

Start-up-ul a fost fondat în 2015 şi iniţial avea numele de Modern Electron, fiind concentrat pe tehnologia de a capta căldura irosită de cuptoare electrice din bucătărie, plite, şi alte electrocasnice şi a o folosi util la generarea de apă caldă în casă. Mai nou, însă, echipa de ingineri a start-up-ului a venit cu soluţia despre care vorbim azi orientată spre decarbonizarea gazului natural prin hidrogen şi extragere de carbon solid.

Cu toţii ştim că există producţie de hidrogen din energie regenerabilă, care foloseşte apa şi procesul de electroliză, separând atomii de hidrogen şi cei de oxigen din apă. E procesul folosit pentru a crea hidrogenul „verde” şi el nu presupune folosirea vreunui combustibil fosil, iar astfel şi emisiile directe de CO2 sunt nule. Doar că acest proces consumă între 53 şi 60 kWh de electricitate pentru a produce 1 kg de hidrogen. Însă în acel kilogram de oxigen se conţin 33,33 kWh de energie înmagazinată în el, diferenţa de 20-27 kWh fiind irosită prin căldură la electroliză.

Există metode mai simple şi mai puţin energofage de a produce hidrogenul, cea mai răspândită fiind cea din gaz natural, sau gaz metan, cu formula CH4. Acest proces, însă, foloseşte gazul drept combustibil fosil, iar dacă emisiile finale nu sunt captate, CO2-ul rezultat din separarea carbonului şi interacţiunea cu oxigenul din atmosferă e emis în aer. Asemenea procese au loc la rafinării de petrol, de exemplu, acolo hidrogenul fiind necesar pentru hidrofinarea carburanţilor, după cum relatam într-un articol recent despre hidrogenul produs regenerabil, care va fi folosit la un complex electrochimic din Sicilia, Italia.

Ei bine, acest proces generează hidrogen gri dacă nu emisiile de carbon nu sunt deloc captate sau hidrogen albastru dacă aceste emisii sunt captate cumva şi nu sunt lăsate în atmosferă. Desigur, culorile sunt convenţionale şi reprezintă gradul de ecologizare a hidrogenului final.

Noua invenţie a start-up-ulului american nu are ca scop prima producţia de hidrogen, însă, ci arderea gazului cu zero emisii CO2. Există fabrici unde e nevoie de temperaturi mari de ardere, la fel ca şi la unele hidrocentrale, iar acolo de obicei e folosit gazul. Teoretic, în orice cuptor sau turbină care arde gaz natural se poate arde direct şi hidrogen gazos, dacă se fac mici adaptări la rezistenţe în jurul zonei de ardere. Deci soluţia evidentă ar fi ca în aceste fabrici să se ardă hidrogen în loc de gaz, şi atunci nu vor exista emisii CO2, după exemplul primei asemenea turbine, instalate de Siemens anul trecut la o fabrică din Franţa.

Doar că acel hidrogen trebuie adus de undeva, de unde a fost produs regenerabil, fiind stocat de obicei în stare lichidă. Iar hidrogenul are nevoie de -253 grade Celsius pentru a sta în stare lichidă, ceea ce înseamnă un consum mare de energie pentru stocare şi transportare. Aşa că, până ajunge 1 kg de hidrogen la o fabrică de sticlă sau de oţel, în el nu se mai conţin doar 60 kWh de electricitate consumată, ci simţitor mai mult, uneori şi 70 kWh sau chiar mai mult, în funcţie de timpul stocării şi distanţe parcurse.

Soluţia start-up-ului lui Bill Gates face ca hidrogenul să fie produs în timp real din gaz natural comprimat, prin trecerea gazului printr-un mediu atât de fierbinte (de obicei peste 750 grade), sub formă de ţevi care traversează mediul unui cuptor sau furnal, încât legăturile dintre carbon şi hidrogen se rup. Vorbim de un proces numit piroliză, deci. Astfel, 4 atomi de hidrogen din CH4 ajung să formeze hidrogenul, iar 1 atom de carbon, mult mai greu, e separat şi extras din gaz.

Foto: Schema de funcţionare a tehnologiei Modern Hydrogen

Hidrogenul pur generat merge înapoi în furnalul care tocmai a încălzit ţevile unde a avut loc disiparea gazului, iar acest hidrogen intră deja în combustie directă, cea mai mare parte in energia lui fiind folosită pentru generarea de căldură de temperaturi mari, specifice furnalelor, iar o mică parte încălzeşte şi ţevile prin care trece alt gaz care urmează acelaşi parcurs. Sau, eventual, hidrogenul util produs poate fi direcţionat spre un furnal separat de alături din aceeaşi fabrică sau centrală.

Arderea hidrogenului în furnal produce zero emisii CO2, şi astfel acel cuptor mare, în loc să fi ars gazul direct, a ars hidrogenul, anterior arderii extrăgând carbonul.

Iar acel carbon e extras şi solidificat, ajungând la final în compoziţia asfaltului, sau a unor componente de fuzelaj aviatic. Cea mai răspândită utilizare va fi asfaltul, însă.

Foto: Aşa arată carbonul extras, solidificat şi transformat în asfalt

Deci, întrucât hidrogenul generat a fost trimis în clipa următoare în camera de ardere, nu a fost nevoie de stocarea şi transportarea lui, evitându-se pierderi energetice. Iar gazul n-a generat emisii noi de CO2. Doar că întregul proces a folosit totuşi gaz natural nou extras, deci un combustibil fosil. Nu e metoda perfectă care să dea şi emisii CO2, şi să fie şi regenerabil. Aici doar emisiile nule de CO2 s-au păstrat, însă ciclul nu e regenerabil pentru că foloseşte un combustibil finit.

Foto: Aşa arată instalaţia celor de la Modern Hydrogen, care asigură piroliza metanului

Iar dacă vorbim de nişte cifre de eficienţă şi randament, într-un kilogram de gaz se conţin 15,5 kWh de energie, iar într-un kilogram de hidrogen — 33,33 kWh. La separarea a 1 kg de gaz natural în carbon şi oxigen, se vor crea doar 0,25 kg de hidrogen, care vor conţine un sfert din cei 33,33 kWh de energie, deci 8,33 kWh. Aşadar, având un kilogram de gaz care conţinea 15,5 kWh de energie, în urma acestui proces ajungem la o cantitate de hidrogen care conţine 8,33 kWh de energie, şi din care probabil minim 0,33 kWh vor merge la întreţinerea propriei arderi a procesului. Deci, aproape 50% din valoarea energetică se pierde în proces, în schimb se obţine zero CO2. Însă dacă prin energie regenerabilă şi transport s-au înglobat 60-70 kWh de energie într-un kilogram de hidrogen, ca la urmă el să conţină 33,33 kWh, randamentul final e oarecum apropiat.

Deci, concluzia finală ar fi un randament apropiat, însă neajunsul rămâne în folosirea unui combustibil fosil finit, chiar dacă emisiile CO2 sunt anulate. Însă procesul industrial poate fi scalabil aici, şi astfel poate aduce beneficii acolo unde există centrale mari sau fabrici mari, şi unde cel puţin aducerea lor la zero emisii CO2, ar fi o soluţie temporară, până la excluderea totală a gazului din ecuaţie.

Vezi mai jos şi un scurt video cu Bill Gates aplicând asfaltul rezultat la acoperirea unei gropi.