Возобновляемая электроэнергия в газ: технологический и экономический обзор

Цепочка процессов преобразования электроэнергии в газ (Power-to-Gas, PtG) может играть значительную роль в энергетической системе будущего. Возобновляемая электрическая энергия может преобразовываться в хранимый метан посредством электролиза с последующей метанацией. В статье сравниваются доступные технологии электролиза и метанации с учетом жестких требований к цепочке PtG, таких как низкие капитальные затраты (CAPEX), высокая эффективность и высокая гибкость. Рассматриваются три технологии электролиза воды: щелочной электролиз, электролиз в протон-обменной мембране (PEM) и электролиз на твердооксидных электролитах. В настоящее время щелочной электролиз является наиболее дешевой технологией; однако в будущем электролиз с использованием PEM может оказаться лучше подходящим для цепочки PtG. Твердооксидный электролиз также может стать перспективным вариантом в будущем, особенно при наличии источников тепла. Для реакции метанации могут использоваться различные типы реакторов. При каталитической метанации обычно применяются реакторы с неподвижным слоем; однако в настоящее время разрабатываются новые реакторные концепции, такие как трехфазная метанация и микрореакторы. Другим подходом является биохимическое превращение. Биопроцесс протекает в водных растворах и при температурах, близких к температуре окружающей среды. В заключение обсуждается вся технологическая цепочка. Критическими аспектами процесса PtG являются доступность источников CO2, динамическое поведение отдельных стадий процесса и, особенно, экономика и эффективность.