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Erdgas grün machen
Kohle mag der schmutzige Mann der Energiewelt sein, aber sie ist nicht der einzige fossile Brennstoff, der versucht, ihre Tat zu säubern. Ein kanadisches Startup sagt, dass es eine Möglichkeit entwickelt hat, Kohlenstoff aus Methan zu entfernen, was zu wasserstoffangereichertem Erdgas führt, das sauberer und effizienter verbrennt.
Grünes Gas: Der Plasmareaktor von Atlantic Hydrogen (hier abgebildet) trennt Wasserstoff und festen Kohlenstoff mithilfe pulsierender elektrischer Ladungen aus einem Erdgasstrom.
Atlantischer Wasserstoff , mit Sitz in der kanadischen Provinz New Brunswick, setzt darauf, dass sein umweltfreundlicheres Erdgas Versorgungsunternehmen und Industriekunden ansprechen wird, die die Treibhausgasemissionen im Rahmen eines bevorstehenden Cap-and-Trade-Regimes reduzieren möchten. Aber ein zusätzlicher finanzieller Vorteil würde sich aus dem Pulver ergeben Kohlenschwarz das wird aus dem Gasstrom extrahiert. Wenn wir für den Kohlenstoff einen Wert von sogar mehreren Tausend Dollar pro Tonne erzielen können, dann haben wir ein sehr überzeugendes Wirtschaftsmodell, sagt David Wagner, Präsident des sieben Jahre alten Unternehmens.
Ruß wird als Pigment in Tinten und Kunststoffen sowie zur Verstärkung von Gummiprodukten wie Reifen und industrietauglichen Schläuchen verwendet. Es wird normalerweise hergestellt, indem Schweröl über einer hohen Flamme teilweise verbrannt und die Kohlenstoffpartikel im resultierenden schwarzen Rauch herausgefiltert werden. Bei diesem Prozess werden im Durchschnitt schätzungsweise 2,4 Tonnen Kohlendioxid pro Tonne Ruß freigesetzt.
Atlantic Hydrogen sagt, dass es mit einem Bruchteil der Emissionen hochreinen Ruß herstellen und gleichzeitig den Kohlenstoffgehalt von Erdgas teilweise reduzieren kann. Der Ansatz, den das Unternehmen CO2-Abscheidung und -Nutzung nennt, verbraucht weniger Energie, als normalerweise mit Technologien zur CO2-Abscheidung und -Speicherung in Verbindung gebracht wird.
Das Herzstück des Ansatzes ist ein Plasmareaktorsystem, das das Unternehmen CarbonSaver nennt; es arbeitet zwischen 1.500 und 2.500 °C und kann an verschiedenen Stellen entlang einer Pipeline positioniert werden: an Kompressorstationen, an unterirdischen Speichern, an den Stadttoren, die Gas zu Haushalten und Unternehmen bringen, und an Kraftwerken und Industriestandorten, die Gas erhalten Erdgas.
Im Inneren des Reaktors pulsiert ein proprietärer Plasmabrenner beim Durchströmen des Erdgases eine Ladung, trennt Wasserstoff vom Methan und verwandelt den Kohlenstoff in einen Feststoff, der dem Toner eines Fotokopierers ähnelt. Der Wasserstoff verbindet sich dann wieder und verbindet sich mit dem Methanstrom, was zu dem angereicherten Erdgas führt. Der Prozess kann so abgestimmt werden, dass eine Mischung von 10 bis 20 Prozent Wasserstoff gemischt wird – und das Erdgas läuft Gefahr, Pipelines und Ausrüstung spröde und instabil zu machen.
Ein dreijähriges Pilotprojekt im Wert von 5,7 Millionen US-Dollar, das im März abgeschlossen wurde, lieferte 75 Kilowatt Strom und zeigte vielversprechende Ergebnisse. Das System produzierte etwa 25 Kubikmeter Erdgas pro Stunde mit einer 10-prozentigen Wasserstoffmischung. Tests ergaben, dass der verwendete Motor um 5 Prozent effizienter arbeitete und die CO2-Emissionen um 7 Prozent sanken. Der erhöhte Wasserstoffgehalt im Erdgas führte zu einer vollständigeren Verbrennung und reduzierte Stickoxide. Atlantic Hydrogen sieht das Potenzial, Stickoxide um mehr als 50 Prozent zu reduzieren.
Atlantic Hydrogen arbeitet jetzt mit Kanadas größtem Erdgasproduzenten mit Sitz in Calgary zusammen EnCana Corp , auf einem hochskalierten System, das bei höheren Drücken arbeiten kann. Es hat bereits gezeigt, dass das System mit 150 Pfund pro Quadratzoll betrieben werden kann, mit dem Potenzial, viel höher zu gehen. EnCana hat bereits 3 Millionen US-Dollar für das Projekt bereitgestellt. Sie haben mit großem Erfolg den Betriebsdruck erreicht, den wir in unseren Feldanwendungen benötigen würden, sagt Larry Weiers, Vice President of Energy Technology and Research bei EnCana. Wir gehen davon aus, dass dieses mit Wasserstoff angereicherte Erdgas ein Premiumprodukt sein wird, ähnlich wie Superbenzin.
Einige sind jedoch nicht davon überzeugt, dass der Prozess Beine hat. Carbon-Capture-Experte David Keith , Professor für Chemie- und Erdöltechnik an der Universität von Calgary, sagt, dass das mit Wasserstoff angereicherte Erdgas aufgrund der Vorabbindung des Kohlenstoffs eine geringere Energiedichte aufweisen wird. Sie werfen die Hälfte der Energie in die Kohle, daher glaube ich nicht, dass sie jemals eine breite Anwendung finden wird, sagt er.
Weiers behauptet jedoch, dass die Verringerung der Energiedichte teilweise durch Effizienzgewinne bei der Verbrennung ausgeglichen wird – das heißt, der Wasserstoff ermöglicht eine vollständigere Verbrennung des Gases. Und obwohl für den Betrieb von CarbonSaver Strom benötigt wird, haben Verbesserungen am Plasmabrenner den Prozess konkurrenzfähig gemacht mit der Energie, die für die Dampfmethanreformierung benötigt wird, die etwa 95 Prozent des heute in den USA verwendeten Wasserstoffs produziert und etwa acht Tonnen CO2 freisetzt jede Tonne Wasserstoff produziert.
Der Unterschied zu uns besteht darin, dass wir bei unserem Prozess kein CO2 freisetzen, sagt Wagner und fügt hinzu, dass die Vorteile des Prozesses klar sind, wenn man die Lebenszyklusemissionen betrachtet.
Felipe Chibante , Direktor des Labors für angewandte Nanotechnologie an der University of New Brunswick, wurde beauftragt, die physikalischen Eigenschaften des Rußes zu analysieren, der aus dem Plasmareaktor kommt. Er sagt, dass die Herstellung und Endverwendung von Carbon Black das Verfahren von Atlantic Hydrogen im Vergleich zu anderen Ansätzen zur CO2-Minderung am überzeugendsten macht. Sie haben die Wahl, jemanden dafür zu bezahlen, das CO2 zu entfernen und es zu vergraben und diesen Wert zu verlieren, oder diesen Kohlenstoff zu verwenden, um ein Produkt herzustellen. Was Sie tun, ist, das [konventionell hergestellte] Rußprodukt zu verdrängen, das CO2 erzeugt.
Chibante und sein Forschungsteam arbeiten mit einem Carbon-Black-Hersteller zusammen Kolumbianische Chemikalien einen Markt für den Kohlenstoff von Atlantic Hydrogen zu identifizieren, der sehr interessante Kohlenstoff-Nanostrukturen aufweist, die wir in der industriellen Produktion einfach nicht sehen, sagt er. Eine frühe Studie zeigt, dass das Material eine große Oberfläche und dünne Hühnerdrahtstrukturen, sogenannte Graphenstapel, aufweist, was es potenziell ideal für die Herstellung von Hochleistungsbatterien und Ultrakondensatoren sowie für strukturverstärkte Produkte macht.