पावर-टू-गैस

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पावर-टू-गैस (अधिकांशतः संक्षिप्त पी2जी) एक ऐसी तकनीक है जो गैसीय ईंधन का उत्पादन करने के लिए विद्युत शक्ति का उपयोग करती है।[1] पवन उत्पादन से अधिशेष शक्ति का उपयोग करते समय, अवधारणा को कभी -कभी विंडगास कहा जाता है।

अधिकांश पी2जी प्रणाली हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए इलेक्ट्रोलीज़ का उपयोग करते हैं। हाइड्रोजन का उपयोग सीधे भी किया जा सकता है,[2] या आगे के चरण (दो-चरण पी2जी प्रणाली के रूप में जाना जाता है) हाइड्रोजन को सिनगैस, मीथेन,[3] या तरलीकृत पेट्रोलियम गैस में बदल सकते है।[4] मीथेन का उत्पादन करने के लिए एकल-चरण पी2जी प्रणाली भी उपलब्ध होती हैं, जैसे कि प्रतिवर्ती ठोस ऑक्साइड सेल (आरएसओसी) तकनीक।[5]

गैस को रासायनिक फीडस्टॉक के रूप में उपयोग किया जा सकता है, या पारंपरिक जनरेटर जैसे गैस टर्बाइनों का उपयोग करके वापस बिजली में परिवर्तित किया जा सकता है।[6] पावर-टू-गैस बिजली से ऊर्जा को संपीड़ित गैस के रूप में संग्रहीत और परिवहन करने की अनुमति देता है, अधिकांशतः प्राकृतिक गैस के दीर्घकालिक परिवहन और भंडारण के लिए मौजूदा बुनियादी ढांचे का उपयोग करता है। पी2जी को अधिकांशतः मौसमी नवीकरणीय ऊर्जा भंडारण के लिए सबसे आशाजनक तकनीक माना जाता है।[7][8]

ऊर्जा भंडारण और परिवहन

पावर-टू-गैस प्रणाली को पवन पार्कों या सौर ऊर्जा संयंत्रों के सहायक के रूप में तैनात किया जा सकता है। पवन जनरेटर या सौर सरणियों द्वारा उत्पन्न अतिरिक्त शक्ति या ऑफ-पीक पावर का उपयोग विद्युत ग्रिड के लिए विद्युत शक्ति का उत्पादन करने के लिए घंटों, दिनों या महीनों के बाद किया जा सकता है। जर्मनी की स्थिति में, प्राकृतिक गैस पर स्विच करने से पहले, गैस नेटवर्क को शहरी गैस का उपयोग करके संचालित किया गया था, जिसमें 50-60 % के लिए हाइड्रोजन सम्मलित था।जर्मन प्राकृतिक गैस नेटवर्क की भंडारण क्षमता 200,000 जीडब्लूएच से अधिक है जो कई महीनों की ऊर्जा आवश्यकता के लिए पर्याप्त है। तुलना करके, सभी जर्मन पंप-भंडारण पनबिजली की क्षमता केवल लगभग 40 जीडब्लूएच की मात्रा में होती है।[citation needed] प्राकृतिक गैस भंडारण एक परिपक्व उद्योग है जो विक्टोरियन समय से अस्तित्व में है। जर्मनी में भंडारण/पुनर्प्राप्ति शक्ति दर की आवश्यकता 2023 में 16 जीडब्लू, 2033 में 80 जीडब्लू और 2050 में 130 जीडब्लू हो सकती है।[9] प्रति किलोवाट घंटे के भंडारण लागत का अनुमान हाइड्रोजन के लिए € 0.10 और मीथेन के लिए € 0.15 है।[10]

उपलब्धा प्राकृतिक गैस परिवहन मौलिक ढांचा पाइपलाइनों का उपयोग करके लंबी दूरी के लिए भारी मात्रा में गैस का उपयोग किया जाता है। अब एलएनजी वाहक का उपयोग करके महाद्वीपों के बीच प्राकृतिक गैस की ढुलाई लाभदायक है। विद्युत संचरण नेटवर्क (8%) की तुलना में गैस नेटवर्क के माध्यम से ऊर्जा का परिवहन बहुत कम नुकसान (<0.1%) के साथ किया जाता है। यह अवसंरचना बिना किसी संशोधन के पी2जी द्वारा उत्पादित मीथेन का परिवहन कर सकती है। इसका उपयोग हाइड्रोजन के लिए भी संभव हो सकता है।[citation needed] हाइड्रोजन के लिए उपलब्धा प्राकृतिक गैस पाइपलाइनो का उपयोग यूरोपीय संघ नेचुरल प्रोजेक्ट द्वारा किया गया था[11] और संयुक्त राज्य अमेरिका ऊर्जा विभाग (डीओइ)।[12] सम्मिश्रण तकनीक का उपयोग एचसीएनजी में भी किया जाता है।

दक्षता

2013 में, पावर-टू-गैस-भंडारण की राउंड-ट्रिप दक्षता 50% से नीचे थी, जिसमें हाइड्रोजन पथ संयुक्त-चक्र पावरप्लांट का उपयोग करके ~ 39% से ~ 43% की और मीथेन की अधिकतम दक्षता तक पहुंचने में सक्षम था। यदि सह-उत्पादन पौधों का उपयोग किया जाता है जो बिजली और गर्मी दोनों का उत्पादन करते हैं, तो दक्षता 60% से ऊपर हो सकती है, लेकिन अभी भी पंप किया हुआ हाइड्रो या बैटरी भंडारण से कम होता है।[13] चूंकि, पावर-टू-गैस भंडारण की दक्षता बढ़ाने की क्षमता है।2015 में ऊर्जा और पर्यावरण विज्ञान में प्रकाशित एक अध्ययन में पाया गया कि प्रतिवर्ती ठोस ऑक्साइड कोशिकाओं और भंडारण प्रक्रिया में अपशिष्ट गर्मी को रीसाइक्लिंग करके, 70% से अधिक की बिजली-से-विद्युत गोल-यात्रा क्षमता कम लागत पर पहुंचाया जा सकता है।[14] इसके अतिरिक्त, 2018 के अध्ययन का उपयोग दबाव प्रतिवर्ती ठोस ऑक्साइड कोशिकाओं और एक समान कार्यप्रणाली का उपयोग करते हुए पाया गया कि 80% तक की गोल-यात्रा क्षमता (पावर-टू-पावर) संभव हो सकती है।[15]

मार्ग और ईंधन द्वारा समग्र ऊर्जा रूपांतरण दक्षता मीथेन का उत्पादन करने के लिए पानी के इलेक्ट्रोलिसिस, प्लस मीथेनेशन का उपयोग करना[16]
ईंधन दक्षता शर्तें
मार्ग: बिजली → गैस
हाइड्रोजन 54–72 % 200 बार संपीड़न
मीथेन (एसएनजी) 49–64 %
हाइड्रोजन 57–73 % 80 बार संपीड़न (प्राकृतिक गैस पाइपलाइन)
मीथेन (एसएनजी) 50–64 %
हाइड्रोजन 64–77 % संपीड़न के बिना
मीथेन (एसएनजी) 51–65 %
मार्ग: बिजली → गैस → बिजली
हाइड्रोजन 34–44 % बिजली पर 60% तक 80 बार संपीड़न
मीथेन (एसएनजी) 30–38 %
मार्ग: बिजली → गैस → बिजली और गर्मी (सह उत्पादन)
हाइड्रोजन 48–62 % 80 बार संपीड़न और 40/45 % के लिए बिजली/गर्मी
मीथेन (एसएनजी) 43–54 %

इलेक्ट्रोलिसिस तकनीक

  • इलेक्ट्रोलिसिस प्रौद्योगिकियों के सापेक्ष लाभ और नुकसान।[17]
क्षारीय इलेक्ट्रोलिसिस
लाभ हानि
वाणिज्यिक प्रौद्योगिकी (उच्च प्रौद्योगिकी तत्परता स्तर) सीमित लागत में कमी और दक्षता सुधार की संभावना
निम्न निवेश विद्युत्-अपघटनी उच्च रखरखाव तीव्रता
बड़े स्टैक का आकार मामूली प्रतिक्रिया, रैंप दर और लचीलेपन (न्यूनतम लोड 20%)
अत्यधिक कम हाइड्रोजन अशुद्धता (0.001%) स्टैक < 250 किलोवाट असामान्य एसी/डीसी कन्वर्टर्स की आवश्यकता होती है।
संक्षारक इलेक्ट्रोलाइट खराब हो जाता है जब नाममात्र ऑपरेटिंग नहीं होता है।
प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलिसिस (पीइएमइ)
लाभ हानि
विश्वसनीय तकनीक (कोई कैनेटीक्स नहीं) और सरल, कॉम्पैक्ट डिजाइन उच्च निवेश लागत (महान धातु, मेम्ब्रेन)
बहुत तेज प्रतिक्रिया समय मेम्ब्रेन का सीमित जीवनकाल
लागत में कमी की क्षमता (मॉड्यूलर डिजाइन) उच्च जल शुद्धता की आवश्यकता है
सॉलिड ऑक्साइड इलेक्ट्रोलिसिस सेल (एसओईसी)
लाभ हानि
उच्चतम इलेक्ट्रोलिसिस दक्षता बहुत कम प्रौद्योगिकी तत्परता स्तर (अवधारणा का प्रमाण)
कम पूंजी लागत उच्च तापमान और प्रभावित सामग्री स्थिरता के कारण खराब जीवनकाल
रासायनिक मीथेनेशन (गर्मी पुनर्चक्रण) के साथ एकीकरण की संभावनाएं सीमित लचीलापन; निरंतर भार की आवश्यकता


पावर-टू-हाइड्रोजन

सभी वर्तमान पी2जी प्रणाली इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में पानी के विभाजन के लिए बिजली का उपयोग करके शुरू करती हैं। पावर-टू-हाइड्रोजन प्रणाली में, परिणामस्वरूप हाइड्रोजन को प्राकृतिक गैस ग्रिड में इंजेक्ट किया जाता है या इसका उपयोग परिवहन या उद्योग में किया जाता है, इसके अतिरिक्त यह किसी अन्य गैस प्रकार का उत्पादन करने के लिए भी उपयोग किया जाता है।[2]

आईटीएम पावर ने मार्च 2013 में एक 360 kW सेल्फ-प्रेशराइजिंग उच्च दबाव इलेक्ट्रोलिसिस रैपिड रिस्पॉन्स प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (पीइएम) इलेक्ट्रोलाइज़र रैपिड रिस्पॉन्स इलेक्ट्रोलिसिस पावर-टू-गैस एनर्जी स्टोरेज प्लांट की आपूर्ति के लिए थुगा ग्रुप प्रोजेक्ट के लिए एक टेंडर जीता। यह इकाई 125 किलो प्रति दिन हाइड्रोजन गैस का उत्पादन करती है और ऐइजी पावर इलेक्ट्रॉनिक्स को सम्मलित करती है। यह हेसन राज्य में फ्रैंकफर्ट के शीलेस्ट्रा में मेनोवा एजी साइट पर स्थित है। परिचालन डेटा को पूरे थुगा समूह द्वारा साझा किया गया है - जर्मनी में लगभग 100 नगरपालिका उपयोगिता सदस्यों के साथ ऊर्जा कंपनियों का यह सबसे बड़ा नेटवर्क है। परियोजना समन्वयक के रूप में थुगा एक्टींगसेलशाफ्ट के साथ: बैडेनोवा एजी एंड कंपनी किग्रा, एर्डगास मित्तलसाचसेन जीएमबीएच, एनर्जीवर्सोरगंग मित्तेलरहेन जीएमबीएच, एर्डगास श्वाबेन जीएमबीएच, गैसवर्सोरगंग वेस्टरवाल्ड जीएमबीएच, मेनोवा एक्टींगसेलशाफ्ट, स्टैडटवर्के एन्सबैक जीएमबीएच, स्टैडटवर्के बैड हर्सफेल्ड जीएमबीएच, थुगा एनर्जीनेट्ज जीएमबीएच, वेमैग एजी, ई-आरपी जीएमबीएच, इएसडब्लूइ वर्सोरगंगस ऐजी परियोजना भागीदारों में सम्मलित हैं। वैज्ञानिक भागीदार परिचालन चरण में भाग लेंगे।[18] इससे प्रति घंटे 60 घन मीटर हाइड्रोजन तैयार किया जा सकता है और ग्रिड प्रति घंटे में हाइड्रोजन से समृद्ध 3,000 घन मीटर प्राकृतिक गैस की आपूर्ति की जा सकती है। पायलट संयंत्र के विस्तार की योजना 2016 से है जिससे मीथेन में उत्पन्न हाइड्रोजन को सीधे प्राकृतिक गैस ग्रिड में इंजेक्ट करने की सुविधा प्रदान की जा रही है।[19]

आईटीएम पावर गैस जनरेटर हाइड्रोजन जैसी इकाइयों को गैस नेटवर्क में सीधे गैस के रूप में इंजेक्ट किया जाना चाहिए

दिसंबर 2013 में, आईटीएम पॉवर, मेनोवा, और एनआरएम नेटजडिएन्स्टी रहेइन-मेन जीएमबीएच ने आईटीएम पॉवर एचगैस का उपयोग करके जर्मन गैस वितरण नेटवर्क में हाइड्रोजन इंजेक्ट करना शुरू किया, जो एक तीव्र प्रतिक्रिया प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलाइज़र प्लांट है। इलेक्ट्रोलाइजर की बिजली खपत 315 किलोवाट है। यह लगभग 60 क्यूबिक मीटर प्रति घंटे हाइड्रोजन का उत्पादन करता है और इस प्रकार एक घंटे में 3,000 क्यूबिक मीटर हाइड्रोजन-समृद्ध प्राकृतिक गैस को नेटवर्क में फीड कर सकता है।[20]

28 अगस्त 2013 को, ई.ओएन हांस, सोलविकोर, और स्विसगैस ने फल्केनहेगन, जर्मनी में एक वाणिज्यिक पावर-टू-गैस इकाई का उद्घाटन किया। जिस इकाई में दो मेगावाट की क्षमता हो, वह प्रति घंटे 360 घन मीटर हाइड्रोजन उत्पन्न कर सकती है।[21] संयंत्र पानी को हाइड्रोजन में बदलने के लिए पवन ऊर्जा और हाइड्रोजेनिक्स[22] इलेक्ट्रोलिसिस उपकरण का उपयोग करता है, जिसे बाद में मौजूदा क्षेत्रीय प्राकृतिक गैस संचरण प्रणाली में इंजेक्ट किया जाता है। स्विसगैस, जो 100 से अधिक स्थानीय प्राकृतिक गैस उपयोगिताओं का प्रतिनिधित्व करती है, 20 प्रतिशत पूंजी हिस्सेदारी और उत्पादित गैस के एक हिस्से को खरीदने के समझौते के साथ परियोजना में भागीदार है। एक दूसरी 800 kW पावर-टू-गैस परियोजना हैम्बर्ग/रीटब्रुक जिले में शुरू की गई थी[23] और इसके 2015 में खुलने की उम्मीद थी।[24]

अगस्त 2013 में, ई.ओएन के स्वामित्व वाले ग्रेपज़ो, मेक्लेनबर्ग-वोर्पोमेर्न में एक 140 मेगावाट पवन पार्क को एक इलेक्ट्रोलाइज़र प्राप्त हुआ था। उत्पादित हाइड्रोजन का प्रयोग आंतरिक दहन इंजन में किया जा सकता है या इसे स्थानीय गैस ग्रिड में इंजेक्ट किया जा सकता है। हाइड्रोजन संपीड़न और भंडारण प्रणाली 27 MWh ऊर्जा तक संग्रहीत करती है और पवन ऊर्जा में दोहन करके पवन-पार्क की समग्र क्षमता को बढ़ाती है जो अन्यथा व्यर्थ हो जाती है।[25] इलेक्ट्रोलाइज़र 210 Nm3/h हाइड्रोजन का उत्पादन करता है और आरएच2-डब्लूकेऐ द्वारा संचालित होता है।[26]

आईएनजीआरआईडी परियोजना 2013 में अपुलिया, इटली में शुरू हुई थी। यह स्मार्ट ग्रिड निगरानी और नियंत्रण के लिए 39 MWh स्टोरेज और 1.2 MW इलेक्ट्रोलाइज़र वाली चार साल की परियोजना है।[27] हाइड्रोजन का उपयोग ग्रिड संतुलन, परिवहन, उद्योग और गैस नेटवर्क में अंतःक्षेपण के लिए किया जाता है।[28]

ब्रैंडेनबर्ग, जर्मनी[29] में 12 मेगावाट पेंज़लाऊ विंडपार्क से अधिशेष ऊर्जा को 2014 से गैस ग्रिड में इंजेक्ट किया जाता रहा है।

स्टेडटवरेके मेनज़ से 6 मेगावाट की ऊर्जा पार्क मैनज, द रियानमेन यूनिवर्सिटी ऑफ एप्लाइड साइंसेज, लिंडे एजी और सीमेंस इन मेंज[30] वर्ष 2015 में खुला था।

नवीकरणीय ऊर्जा को संग्रहीत करने और उपयोग करने के लिए गैस और अन्य ऊर्जा भंडारण योजनाओं की शक्ति जर्मनी के एनर्जिवेन्डे (ऊर्जा संक्रमण कार्यक्रम) का भाग हैं।[31]

फ्रांस में, ऐएफयूएल चैन्ट्रिरी (फेडरेशन ऑफ लोकल यूटिलिटीज एसोसिएशन) के एमआईएनइआरवीइ प्रदर्शक का उद्देश्य निर्वाचित प्रतिनिधियों, कंपनियों और आम तौर पर नागरिक समाज के साथ भविष्य के लिए ऊर्जा समाधानों के विकास को बढ़ावा देना है। इसका लक्ष्य विभिन्न रिएक्टरों और उत्प्रेरक के साथ प्रयोग करना है। एमआईएनइआरवीइ डिमॉन्स्ट्रेटर (0.6 Nm3 / h of CH4) द्वारा उत्पादित सिंथेटिक मीथेन को सीएनजी ईंधन के रूप में पुनर्प्राप्त किया जाता है, जिसका उपयोग ऐएफयूएल चैन्ट्रिरी बॉयलर प्लांट के बॉयलरों में किया जाता है। स्थापना को लीफ के समर्थन से फ्रेंच एसएमई शीर्ष उद्योग द्वारा डिजाइन और निर्मित किया गया था। नवंबर 2017 में इसने अनुमानित प्रदर्शन हासिल किया, CH4 का 93.3%। इस परियोजना को ऐडीइएमइ और इआरडीएफ-पेज़ डी ला लोइरे रीजन के साथ-साथ कई अन्य भागीदारों द्वारा समर्थित किया गया था जैसे : लॉयर-अटलांटिक विभागीय परिषद, एंजी-कोफली, जीआरडीएफ, जीआरटीगैज, नैनटेस-मेट्रोपोलिस, सिडेला और सिदेव।[32]

इडब्लूएफ और ट्री एनर्जी सॉल्यूशंस द्वारा संचालित एक पूर्ण पैमाने पर 1जीडब्लू इलेक्ट्रोलाइज़र की जर्मनी के विल्हेमशेवन में गैस टर्मिनल पर योजना बनाई गई है। पहले 500 मेगावाट का संचालन 2028 में शुरू होने की उम्मीद है। विल्हेमशेवन एक दूसरे संयंत्र को समायोजित कर सकता है, जिससे कुल संभावित क्षमता 2जीडब्लू हो जाती है।[33]

ग्रिड इंजेक्शन बिना संपीड़न के

प्रणाली का मूल एक प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (पीइएम) इलेक्ट्रोलाइज़र है। इलेक्ट्रोलाइज़र विद्युत ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है, जो बदले में बिजली के भंडारण की सुविधा देता है। एक गैस मिक्सिंग प्लांट यह सुनिश्चित करता है कि प्राकृतिक गैस स्ट्रीम में हाइड्रोजन का अनुपात मात्रा से दो प्रतिशत से अधिक नहीं है, तकनीकी रूप से अनुमेय अधिकतम मूल्य जब प्राकृतिक गैस भरने वाला स्टेशन स्थानीय वितरण नेटवर्क में स्थित होता है। इलेक्ट्रोलाइज़र गैस वितरण नेटवर्क, अर्थात् 3.5 बार के समान दबाव में हाइड्रोजन-मेथेन मिश्रण की आपूर्ति करता है।[34]

पावर-टू-मेथेन

सह -मेथन2 इलेक्ट्रोलाइटिक रूप से प्राप्त हाइड्रोजन द्वारा

पावर-टू-मीथेन प्रणाली कार्बन डाइऑक्साइड के साथ पावर-टू-हाइड्रोजन प्रणाली से हाइड्रोजन को जोड़ती है ताकि मीथेनेशन प्रतिक्रिया जैसे सबेटियर प्रतिक्रिया या बायोलॉजिकल मीथेनेशन का उपयोग करके मीथेन[35] (प्राकृतिक गैस देखें) का उत्पादन किया जा सके, जिसके परिणामस्वरूप अतिरिक्त ऊर्जा रूपांतरण हानि होती है। 8% की,[citation needed] यदि शुद्धता की आवश्यकता पूरी हो जाती है तो मीथेन को प्राकृतिक गैस ग्रिड में डाला जा सकता है।[36]

ज़ेडएसडब्लू (सौर ऊर्जा एवं हाइड्रोजन अनुसंधान केंद्र) और सोलरफ्यूल जीएमबीएच (अब एटोगस जीएमबीएच) ने एक प्रदर्शन परियोजना का अनुभव किया जिसमें स्टटगार्ट, जर्मनी में 250 कि. वा. विद्युत निवेश शक्ति थी।[37] संयंत्र को 30 अक्टूबर, 2012 को चालू किया गया था।[38]

जर्मनी के वेर्लटे में ऑडी एजी के लिए एटोगस द्वारा पहला उद्योग-स्तर का पावर-टू-मीथेन संयंत्र तैयार किया गया था। 6 मेगावाट विद्युत इनपुट शक्ति वाला संयंत्र अपशिष्ट-बायोगैस संयंत्र से CO2 का उपयोग कर रहा है और सिंथेटिक प्राकृतिक गैस (एसएनजी) का उत्पादन करने के लिए आंतरायिक नवीकरणीय ऊर्जा का उपयोग कर रहा है जिसे सीधे स्थानीय गैस ग्रिड (जो इडब्लूइ द्वारा संचालित होता है) में खिलाया जाता है।[39] संयंत्र ऑडी ई-ईंधन कार्यक्रम का भाग है। उत्पादित सिंथेटिक प्राकृतिक गैस, जिसे ऑडी ई-गैस नाम दिया गया है, मानक सीएनजी वाहनों के साथ CO2-तटस्थ गतिशीलता को सक्षम बनाती है। वर्तमान में यह ऑडी की पहली सीएनजी कार ऑडी ए3 जी-ट्रॉन के ग्राहकों के लिए उपलब्ध है।[40]

पावर-टू-गैस प्रोटोटाइप

अप्रैल 2014 में यूरोपीय संघ के सह-वित्तपोषित और कार्लसूहे प्रौद्योगिकी संस्थान से समन्वित[41] हेल्मेथ[42] (इंटीग्रेटेड हाई-टेम्प्रेचर एलेक्ट्रोलिसिस एंड मीथेनेशन फॉर इफेक्टिव पावर टू गैस कनवर्ज़न) अनुसंधान परियोजना शुरू हुई थी।[43] परियोजना का उद्देश्य CO2-मीथेनेशन के साथ उच्च तापमान इलेक्ट्रोलिसिस (ठोस ऑक्साइड इलेक्ट्रोलाइज़र कोशिका प्रौद्योगिकी) को थर्मल रूप से एकीकृत करके एक अत्यधिक कुशल पावर-टू-गैस प्रौद्योगिकी की अवधारणा का प्रमाण है। उच्च तापमान भाप इलेक्ट्रोलिसिस रूपांतरण दक्षता के लिए एक्सोथर्मल मीथेनेशन और भाप उत्पादन के थर्मल एकीकरण के माध्यम से> 85% (प्रयुक्त विद्युत ऊर्जा प्रति उत्पादित मीथेन का उच्च ताप मूल्य) सैद्धांतिक रूप से संभव है। इस प्रक्रिया में एक दबावयुक्त उच्च तापमान भाप पानी का इलेक्ट्रोलिसिस और एक दबावित CO2-मीथेनेशन मॉड्यूल सम्मलित हैं। यह परियोजना 2017 में पूरी हुई और औद्योगिक पैमाने के संयंत्रों के लिए 80% की संकेतित विकास क्षमता के साथ प्रोटोटाइप के लिए 76% की दक्षता हासिल की है।[44] CO2-मीथेनेशन की परिचालन स्थितियां 10 - 30 बार का गैस दबाव, 1 - 5.4 m3/h (एनटीपी) का एक एसएनजी उत्पादन और एक अभिकारक रूपांतरण (रसायन विज्ञान) है जो H2 <2 vol.-% सम्मान के साथ CH4 > 97 वॉल्यूम.-% एसएनजी का उत्पादन करता है।[45] इस प्रकार, उत्पन्न स्थानापन्न प्राकृतिक गैस को बिना किसी सीमा के पूरे जर्मन प्राकृतिक गैस नेटवर्क में इंजेक्ट किया जा सकता है।[46] एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया के लिए शीतलन माध्यम के रूप में उबलते पानी का उपयोग 300 डिग्री सेल्सियस तक किया जाता है, जो लगभग 87 बार के जल वाष्प दबाव से मेल खाता है। एसओइसी 15 बार तक के दबाव, 90% तक के भाप रूपांतरण के साथ काम करता है और मिथेनेशन के लिए फ़ीड के रूप में 3.37 किलोवाट घंटे बिजली से एक मानक क्यूबिक मीटर हाइड्रोजन उत्पन्न करता है।

पावर टू गैस की तकनीकी परिपक्वता का मूल्यांकन यूरोपीय 27 पार्टनर प्रोजेक्ट एसटीओआरइ तथा जीओ में किया गया है, जो मार्च 2016 में चार साल के रनटाइम के साथ शुरू हुआ है।[47] तीन अलग-अलग यूरोपीय देशों (फ़ॉकनहेगन/जर्मनी, सोलोथर्न/स्विट्ज़रलैंड, ट्रोइया/इटली) में तीन अलग-अलग तकनीकी अवधारणाओं का प्रदर्शन किया जाता है। इसमें सम्मलित तकनीकों में जैविक और रासायनिक मीथेनेशन, वातावरण से CO2 का प्रत्यक्ष कब्जा, संश्लेषित मीथेन का बायो-एलएनजी में द्रवीकरण और गैस ग्रिड में प्रत्यक्ष इंजेक्शन सम्मलित हैं। परियोजना का समग्र लक्ष्य तकनीकी,[48] आर्थिक,[49] और कानूनी[50] पहलुओं के तहत उन तकनीकों और विभिन्न उपयोग मार्गों का आकलन करना है, ताकि छोटी और लंबी अवधि में व्यावसायिक मामलों की पहचान की जा सके। परियोजना यूरोपीय संघ के क्षितिज 2020 अनुसंधान और नवाचार कार्यक्रम (18 मिलियन यूरो) और स्विस सरकार (6 मिलियन यूरो) द्वारा सह-वित्त पोषित है, जिसमें अन्य 4 मिलियन यूरो भाग लेने वाले औद्योगिक भागीदारों से आते हैं।[51] समग्र परियोजना का समन्वयक केआईटी में स्थित डीवीजीडब्लू[52] का अनुसंधान केंद्र है।

माइक्रोबियल मेथनेशन

जैविक मीथेनेशन हाइड्रोजन बनाने के लिए पानी के इलेक्ट्रोलिसिस और बाद में इस हाइड्रोजन का उपयोग करके मीथेन में CO2 की कमी दोनों प्रक्रियाओं को जोड़ती है। इस प्रक्रिया के दौरान, मीथेन बनाने वाले सूक्ष्मजीव (मीथेनोजेनिक आर्किया या मेथनोगेंस) ऐसे एंजाइमों को छोड़ते हैं ताकि यह हाइड्रोजन का उत्पादन कर सके जो एक गैर-उत्प्रेरक इलेक्ट्रोड (कैथोड) की अत्यधिक क्षमता को कम करते हैं।[53][54] यह माइक्रोबियल पावर-टू-गैस प्रतिक्रिया परिवेश की स्थिति, यानी कमरे के तापमान और पीएच 7 पर होती है, जो नियमित रूप से 80-100% तक पहुंचती है।[55][56] हालांकि, कम तापमान के कारण सबेटियर प्रतिक्रिया की तुलना में मीथेन अधिक धीरे-धीरे बनता है। हाइड्रोजन उत्पादन की आवश्यकता को दरकिनार करते हुए CO2 का मीथेन में प्रत्यक्ष रूपांतरण भी पोस्ट किया गया है।[57]

माइक्रोबियल पावर-टू-गैस प्रतिक्रिया में शामिल सूक्ष्मजीव आम तौर पर मेथनोबैक्टीरियल ऑर्डर के सदस्य होते हैं। इस प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करने वाली जाति मेथेनोबैक्टीरियम,[58][59] मेथेनोब्रेविबैक्टर,[60]और मेथेनोथर्मोबैक्टर (थर्मोफाइल) हैं।[61]

एलपीजी उत्पादन

मीथेन का उपयोग उच्च दबाव और कम तापमान पर आंशिक रिवर्स हाइड्रोजनीकरण के साथ एसएनजी को संश्लेषण करके एलपीजी का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। बदले में एलपीजी को अल्काइलेट में परिवर्तित किया जा सकता है जो एक प्रीमियम पेट्रोल सम्मिश्रण स्टॉक है क्योंकि इसमें असाधारण एंटीकॉक गुण हैं और स्वच्छ जलन देता है।[4]

पावर टू फूड

बिजली से उत्पन्न सिंथेटिक मीथेन का उपयोग छोटी भूमि और पानी के पदचिह्न के साथ मिथाइलोकोकस कैप्सूलैटस बैक्टीरिया संस्कृति की खेती करके आर्थिक रूप से मवेशियों, कुक्कुट और मछली के लिए प्रोटीन युक्त चारा पैदा करने के लिए भी किया जा सकता है।[62][63][64] इन संयंत्रों से उप-उत्पाद के रूप में उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड गैस को सिंथेटिक मीथेन (एसएनजी) के उत्पादन में पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है। इसी तरह, पानी के इलेक्ट्रोलिसिस और मीथेनेशन प्रक्रिया से उत्पाद के रूप में उत्पादित ऑक्सीजन गैस का उपयोग बैक्टीरिया संस्कृति की खेती में किया जा सकता है। इन एकीकृत संयंत्रों के साथ, प्रचुर नवीकरणीय सौर और पवन ऊर्जा क्षमता को बिना किसी जल प्रदूषण या ग्रीनहाउस गैस (जीएचजी) उत्सर्जन के उच्च मूल्य वाले खाद्य उत्पादों में परिवर्तित किया जा सकता है।[65]

बायोमेथेन के लिए बायोगैस-अपग्रेडिंग

तीसरी विधि में बायोगैस अपग्रेडर के बाद लकड़ी के गैस जनरेटर या बायोगैस संयंत्र के उत्पादन में कार्बन डाइऑक्साइड को मीथेन का उत्पादन करने के लिए इलेक्ट्रोलाइज़र से उत्पादित हाइड्रोजन के साथ मिलाया जाता है। बायोगैस संयंत्र में हीटिंग लागत में कटौती करने के लिए इलेक्ट्रोलाइजर से आने वाली मुक्त गर्मी का उपयोग किया जाता है। अगर गैस को नुकसान से बचाने के लिए पाइपलाइन भंडारण के लिए इस्तेमाल किया जाता है तो अशुद्धियों कार्बन डाइऑक्साइड, पानी, हाइड्रोजन सल्फाइड और कणों को बायोगैस से हटाया जाना चाहिए।[3]

2014 - एवेडोर, कोपेनहेगन (डेनमार्क) में एवेडोर अपशिष्ट जल सेवाएं सीवेज कीचड़ से अवायवीय पाचन बायोगैस को अपग्रेड करने के लिए 1 मेगावाट इलेक्ट्रोलाइज़र संयंत्र जोड़ रही हैं।[66] मीथेन का उत्पादन करने के लिए उत्पादित हाइड्रोजन का उपयोग बायोगैस से कार्बन डाइऑक्साइड के साथ सबेटियर प्रतिक्रिया में किया जाता है। इलेक्ट्रोचिया[67] बायोकैटलिटिक मेथेनेशन के साथ पी2जी बायोकैट के बाहर एक अन्य परियोजना का परीक्षण कर रहा है। कंपनी थर्मोफिलिक मेथनोजेन मेथनोथर्मोबैक्टर थर्मोटोट्रोफिकस के एक अनुकूलित तनाव का उपयोग करती है और एक औद्योगिक वातावरण में प्रयोगशाला-स्तर पर अपनी तकनीक का प्रदर्शन किया है।[68] 10,000 लीटर रिएक्टर पोत के साथ एक पूर्व-वाणिज्यिक प्रदर्शन परियोजना जनवरी और नवंबर 2013 के बीच फाउलम, डेनमार्क में निष्पादित की गई थी।[69]

2016 में टोरगैस, सीमेंस, स्टेडिन, गैसुइन, ऐ.हैक, हेंजेहोगस्कूल/एनट्रान्स और ऊर्जा घाटी का इरादा डेल्फ़्ज़िजल (नीदरलैंड्स) में 12 मेगावाट पावर टू गैस सुविधा खोलने का है, जहाँ टोरगैस (बायोकोल) से बायोगैस को इलेक्ट्रोलिसिस से हाइड्रोजन के साथ अपग्रेड किया जाता है। और पास के औद्योगिक उपभोक्ताओं को वितरित किया जाता है।

पावर-टू-सिनगैस

Power-to-syngas process
WaterCO2
Electrolysis of Water
OxygenHydrogen
Conversion Reactor
WaterHydrogenCO

सिनगैस हाइड्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड का मिश्रण है। इसका उपयोग विक्टोरियन काल से किया जाता रहा है, जब इसे कोयले से उत्पादित किया गया था और "टाउनगैस" के रूप में जाना जाता था। पावर-टू-सिनगैस प्रणाली, सिनगैस के उत्पादन के लिए पावर-टू-हाइड्रोजन प्रणाली से हाइड्रोजन का उपयोग करती है।

  • पहला चरण: पानी का इलेक्ट्रोलिसिस (एसओइसी) - पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित किया जाता है।
  • दूसरा चरण: रूपांतरण रिएक्टर (आरडब्लूजीएसआर) -हाइड्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड रूपांतरण रिएक्टर के इनपुट हैं जो हाइड्रोजन, कार्बन मोनोऑक्साइड और पानी का उत्पादन करते हैं। 3H2 + CO2 → (2H2 + CO)सिनगैस + H2O
  • सिनगैस का उपयोग सिनफ्यूल के उत्पादन के लिए किया जाता है।
File:Indirect conversion synthetic fuels processes.jpg
पावर-टू-सिनगैस कच्चा माल अन्य स्रोतों से प्राप्त फीडस्टॉक के समान है।



प्रस्ताव

कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से सिनगैस बनाने की अन्य पहलें विभिन्न जल विभाजन विधियों का उपयोग कर सकती हैं।

यूएस नेवल रिसर्च लेबोरेटरी (एनआरएल) आधार उत्पादों कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) और पानी (H2O) के साथ समुद्र में एक जहाज पर ईंधन बनाने के लिए फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया का उपयोग करके एक पावर-टू-लिक्विड सिस्टम डिजाइन कर रहा है।[106] "क्षारीय जल स्रोतों के निरंतर अम्लीकरण के लिए एक इलेक्ट्रोकेमिकल मॉड्यूल कॉन्फ़िगरेशन और निरंतर हाइड्रोजन गैस उत्पादन के साथ CO2 की रिकवरी" के माध्यम से समुद्र के पानी से प्राप्त किया जा रहा है।[107][108]


यह भी देखें

टिप्पणियाँ

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  105. ↑ Novella, Steven (28 April 2015). "Apr 28 2015 Audi's E-Diesel". The NeuroLogicaBlog - Technology. Steven Novella, MD. Archived from the original on 30 May 2015. Retrieved 24 May 2015.
  106. ↑ "How the United States Navy Plans to Turn Seawater into Jet Fuel". Alternative Energy. altenergy.org. Retrieved 8 May 2015.
  107. ↑ "Patent: US 20140238869 A1". Google Patents. Archived from the original on 18 May 2015. Retrieved 8 May 2015.
  108. ↑ The total carbon content of the world's oceans is roughly 38,000 GtC. Over 95% of this carbon is in the form of dissolved bicarbonate ion (HCO3 −). Cline, William (1992). The Economics of Global Warming. Washington D.C.: Institute for International Economics. The dissolved bicarbonate and carbonate of the ocean is essentially bound CO2 and the sum of these species along with gaseous CO2, shown in the following equation, represents the total carbon dioxide concentration [CO2]T, of the world's oceans. Σ[CO2]T=[CO2(g)]l+[HCO3 −]+[CO3 2−][verification needed]


आगे की पढाई

  • Götz, Manuel; Lefebvre, Jonathan; Mörs, Friedemann; McDaniel Koch, Amy; Graf, Frank; Bajohr, Siegfried; Reimert, Rainer; Kolb, Thomas (2016). "Renewable Power-to-Gas: A technological and economic review". Renewable Energy. 85: 1371–1390. doi:10.1016/j.renene.2015.07.066.
  • Méziane Boudellal. "Le Power-to-Gas, Stockage de l'électricité d'origine renouvelable". 192 pages. In French only. Editor: Dunod, June 2016.
  • Méziane Boudellal. "Power-to-Gas. Renewable Hydrogen Economy for the Energy Transition". 212 pages. English edition. Editor: de Gruyter, Februar 2018


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