Diversos desafios associados à transição energética podem ser administrados pelo acoplamento dos setores de energia elétrica e mobilidade. A energia verde pode ser armazenada a longo prazo, Combustíveis de alta densidade de energia podem ser usados ​​de forma neutra em carbono. O acoplamento de setor agora foi demonstrado pelos parceiros do projeto P2X Kopernikus nas instalações do Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Os primeiros litros de combustível foram produzidos a partir de dióxido de carbono capturado pelo ar e energia verde. Pela primeira vez, uma instalação de teste baseada em contêiner integrando todas as quatro etapas do processo químico necessárias foi usada para implementar um processo contínuo com utilização máxima de dióxido de carbono e alta eficiência energética.

"No mundo todo, o vento e o sol fornecem uma quantidade suficiente de energia, mas nem sempre na hora certa, "diz o professor Roland Dittmeyer, KIT, para descrever o dilema da transição energética. Ele coordena o grupo de pesquisa "Hidrocarbonetos e Álcoois de Cadeia Longa" do projeto Power-to-X (P2X) Kopernikus. "Além disso, alguns setores de transporte importantes, como tráfego aéreo ou pesado, continuará a precisar de combustíveis líquidos no futuro, pois eles têm uma alta densidade de energia. "Portanto, é razoável armazenar a energia verde até agora não utilizada em transportadores de energia química.

Os parceiros do projeto Climeworks, Ineratec, Sunfire, e KIT recentemente combinou as etapas de processo químico necessárias em uma planta compacta, operação acoplada alcançada, e demonstrou o princípio de funcionamento. Esta combinação de tecnologias promete o uso ideal do dióxido de carbono e máxima eficiência energética, já que os fluxos de massa e energia são reciclados internamente. A instalação de teste existente pode produzir cerca de 10 litros de combustível por dia. Na segunda fase do projeto P2X Kopernikus, Prevê-se o desenvolvimento de uma planta com capacidade para 200 litros por dia. Depois disso, uma planta de demonstração pré-industrial na faixa do megawatt, ou seja, com uma capacidade de produção de 1.500 a 2.000 litros por dia, será projetado. Essa planta pode, teoricamente, atingir eficiências de cerca de 60%, o que significa que 60% da energia verde usada pode ser armazenada no combustível como energia química.

Quatro etapas para abastecer

Em uma primeira etapa, a planta captura dióxido de carbono do ar ambiente em um processo cíclico. A tecnologia de captura direta de ar da Climeworks, um spinoff da ETH Zurich, usa um material de filtro especialmente tratado para este propósito. Conforme o ar passa por eles, os filtros absorvem as moléculas de dióxido de carbono como uma esponja. Sob vácuo e a 95 ° C, o dióxido de carbono capturado é liberado da superfície e é bombeado para fora.

Na segunda etapa, a divisão eletrolítica do dióxido de carbono e do vapor de água ocorre simultaneamente. Essa tecnologia chamada de co-eletrólise, comercializada pela empresa de tecnologia Sunfire, produz hidrogênio e monóxido de carbono em uma única etapa do processo. A mistura pode ser aplicada como gás de síntese em diversos processos na indústria química. A co-eletrólise tem alta eficiência e teoricamente liga no gás de síntese 80% da energia verde utilizada na forma química.

Em uma terceira etapa, a síntese Fischer-Tropsch é usada para converter o gás de síntese em moléculas de hidrocarbonetos de cadeia longa, as matérias-primas para a produção de combustível. Por esta, Ineratec, um spinoff do KIT, contribui com um reator microestruturado que oferece uma grande área de superfície no menor espaço para remover de forma confiável o calor do processo e usá-lo para outras etapas do processo. O processo pode ser controlado facilmente, lidar bem com os ciclos de carga, e pode ser ampliado de forma modular.

Na quarta etapa, a qualidade do combustível e o rendimento são otimizados. Este processo, chamado hidrocraqueamento, foi integrado na cadeia de processo pelo KIT. Sob uma atmosfera de hidrogênio, as longas cadeias de hidrocarbonetos são parcialmente quebradas na presença de um catalisador zeólito de platina e, portanto, mudar o espectro do produto para combustíveis mais diretamente utilizáveis, como gasolina, querosene, e diesel.

Devido ao seu caráter modular, o processo é de grande potencial. Como resultado do baixo risco de dimensionamento, o limite de implementação é muito menor do que para uma central, instalação química em grande escala. O processo pode ser instalado descentralizado em locais onde a energia solar, energia eólica ou hídrica está disponível.

Projeto P2X Kopernikus:Uso Flexível de Recursos Renováveis

"Power-to-X" refere-se a tecnologias que convertem energia de fontes renováveis ​​em materiais de armazenamento de energia, portadores de energia, e produtos químicos intensivos em energia. As tecnologias Power-to-X permitem o uso de energia de fontes renováveis ​​na forma de combustíveis personalizados para veículos ou em polímeros aprimorados e produtos químicos de alto valor agregado. No âmbito do programa Kopernikus financiado pelo governo, uma plataforma de pesquisa nacional "Power-to-X" (P2X) foi estabelecida para estudar essa questão complexa. Completamente, 18 instituições de pesquisa, 27 empresas industriais, e três organizações da sociedade civil estão envolvidas no projeto P2X. Dentro de um período de dez anos, novos desenvolvimentos tecnológicos são planejados para serem desenvolvidos até a maturidade industrial. A primeira fase de financiamento concentra-se na pesquisa de toda a cadeia de valor, desde energia elétrica até materiais e produtos que transportam energia.