China: waterstof uit koolwaterstoffen - technologie en ecologie? 

Als mensen in China over waterstof praten, denken veel mensen meteen aan ‘groen’. elektrolyse. Maar de realiteit op aarde, vooral op industriële schaal, is nog steeds anders. Het grootste volume bestaat nog steeds uit waterstof uit koolwaterstoffen, en hier liggen veel nuances die vaak verzwegen worden in brancherapporten. Ik heb zelf aan verschillende projecten gewerkt op het gebied van de conversie van methaan via stoom, en ik kan zeggen: het gesprek over ecologie hier kan niet worden gereduceerd tot simpele slogans. Het is een voortdurende wisselwerking tussen economie, beschikbare technologie en de ecologische voetafdruk waar iedereen zich nu zo ernstig zorgen over maakt.

Technologische basis: niet alleen SMR

Ja, Steam Methaan Reforming (SMR) is een klassieker. Maar in China wordt het geïmplementeerd met aanpassingen aan lokale grondstoffen. Vaak werken wij niet met ideaal aardgas, maar met bijbehorend petroleumgas of zelfs cokesovengas. De samenstelling is instabiel, vandaar de hoofdpijn bij katalysatoren. Ik herinner me een project in Shanxi, waar vanwege het hoge zwavelgehalte in de grondstoffen het voorbehandelingssysteem volledig herzien moest worden. Standaardoplossingen waren niet geschikt; Als gevolg hiervan werd een hybride systeem ontwikkeld met adsorbentia op basis van zinkoxide en zeolieten. De efficiëntie heeft het niveau bereikt, maar de levensduur van de conversiekatalysator wordt nog steeds met 15% verminderd. Dit is de prijs van aanpassing.

Gedeeltelijke oxidatie (POX) is een ander verhaal voor zware grondstoffen. De technologie is energie-intensief en vereist een complexe en dure zuurstofeenheid. Maar in sommige gevallen kun je niet zonder. Bij een van de raffinaderijen in Liaoning waren ze net bezig met de introductie van een POX-eenheid voor de verwerking van teer. Het grootste probleem zat niet eens in het proces, maar in de bijbehorende apparatuur: hittebestendige legeringen voor de reactor en warmtewisselaars. Voortdurende problemen met corrosie en erosie. Chinese analogen hielden niet altijd stand; Er moesten dure geïmporteerde materialen worden gekocht, wat aanvankelijk de economische voordelen van het project teniet deed.

Er is momenteel veel geroezemoes rond autothermische hervorming (ATR) als een flexibelere technologie. Er wordt gezegd dat het beter is qua waterstofopbrengst en uitstoot. Op papier - ja. Maar in de praktijk is de sleutel een nauwkeurige controle van de verhouding zuurstof/stoom/voeding. Bij de geringste storing krijg je in plaats van het optimale proces roet of niet-omgezet methaan. Ik zag een poging om zo'n installatie te lanceren op een pilotcomplex. Het controlesysteem werd onder ideale laboratoriumomstandigheden "aangescherpt", maar in werkelijkheid verpestten drukschommelingen in de gasleiding alles. Het kostte een maand om de algoritmen te verfijnen. De technologie is dus veelbelovend, maar vergt nog veel ‘inlopen’. in het veld.

Ecologische paradox en de CCS-truc

Dit is het voornaamste struikelblok. Bij de productie van waterstof uit methaan ontstaat onvermijdelijk CO2. Veel. Daarom hebben alle projecten in China die beweren ‘koolstofarm’ te zijn nu het voorvoegsel ‘CCS-ready?’ of ?afgevangen koolstof?. Maar gereedheid is één ding, en daadwerkelijke implementatie is iets anders. Het grootste probleem is niet eens de afvangtechnologie (hoewel die duur is), maar de logistiek en opslag. Waar moet deze CO2 naartoe? Er zijn niet veel geologische formaties voor opslag op industriële schaal in de buurt van fabrieken.

Was betrokken bij projectevaluatiewaterstof uit koolwaterstoffenmet volledige cyclus CCS in Xinjiang. Technisch gezien wordt alles berekend: 90% afvang, een pijpleiding om CO2 150 km te transporteren naar een uitgeput gasveld. Maar de economie is wankel. De kosten per ton opgevangen en begraven CO2 slokken alle potentiële winsten uit ‘schone’ CO2 op. waterstof. Het project werd uiteindelijk bevroren, in afwachting van grotere overheidssubsidies of hogere prijzen voor koolstofquota. Tot nu toe is CCS in China meer een demonstratieproject dan een massapraktijk.

Een ander punt zijn de indirecte emissies. Iedereen telt de koolstof uit het conversieproces zelf, maar vaak vergeten ze het ‘grijze’ deel. voetafdruk van de productie van elektriciteit voor de werking van compressoren, pompen en besturingssystemen. Als de centrale zich in een regio bevindt waar het netwerk op steenkool is aangesloten, verslechtert het totale emissiebeeld met 20-25%. Daarom maken ze nu bij het ontwerpen steeds vaker gebruik van hun eigen installaties voor hernieuwbare energie, althans om gedeeltelijk in de behoeften te voorzien. Maar dit verhoogt opnieuw de prijs.

Apparatuur en lokalisatie: waar staan ​​we nu?

Voorheen werd belangrijke apparatuur - reformers, Syngas-compressoren, PSA-systemen - actief gekocht van Linde, Air Products, Topsoe. De huidige trend is richting volledige lokalisatie. Chinese fabrikanten hebben al een goed niveau bereikt in de productie van synthesegaskolommen, warmtewisselaars en regelsystemen. Maar er zijn nog steeds problemen met katalysatoren en enkele speciale legeringen voor hoge temperatuurzones.

Werken metChengdu Yizhi Technologie Co.(dit is een ontwerpinstituut opgericht door Huaxi Technology), observeerde hun aanpak. Ze repliceren niet alleen kant-en-klare oplossingen, maar passen vaak technologiepakketten aan voor de specifieke grondstoffen van de klant. Hun websiteyzkjhx.ruis in feite een portfolio van dergelijke niet-standaardprojecten. Ze hebben hun eigen ontwikkeling: een meerlaagse katalysator voor methaanomzetting met verhoogde weerstand tegen zwavelvergiftiging. Geïmplementeerd bij een installatie in Sichuan. De resultaten zijn niet slecht, maar nogmaals, voor ideale omstandigheden. Bij plotselinge veranderingen in de belasting daalde de activiteit sneller dan die van de geïmporteerde analoog. Er is vooruitgang, maar we moeten nog steeds werken aan het bereiken van volledige gelijkheid.

Een interessant geval is het gebruik van kant-en-klare modulaire installaties met laag en gemiddeld vermogen. Dit is een trend voor decentrale waterstofproductie, bijvoorbeeld voor tankstations. Chinese bedrijven, waaronder Yizhi Technology, zijn hier zeer actief. Geassembleerd, verbonden, gelanceerd. Maar de betrouwbaarheid van dergelijke ‘out-of-the-box’-oplossingen in strenge winters in Noord-China of hoge luchtvochtigheid in het zuiden is een grote vraag. Regelmatige onderhoudsstops en filtervervanging. De betrouwbaarheid is nog steeds inferieur aan die van grote stationaire complexen.

Tussenproducten: de rol van synthesegas

Wat vaak over het hoofd wordt gezien, is dat het produceren van waterstof niet altijd het einddoel is. Synthesegas zelf is een waardevolle grondstof. In China, met zijn krachtige chemische industrie, is dit van cruciaal belang. Veel projecten zijn in eerste instantie opgevat als flexibele productie: vandaag maximaliseren we de opbrengst van waterstof voor raffinaderijen, morgen schakelen we over op de productie van methanol of ammoniak.

Ik kwam een ​​situatie tegen waarin, als gevolg van veranderingen in de marktomstandigheden (waterstofprijzen daalden, methanolprijzen stegen), het besturingssysteem dringend moest worden gewijzigd. Dit betrof niet zomaar een opstelling, maar een fysieke vervanging van cartridges in het waterstoffijnzuiveringssysteem (PSA) en het opnieuw afstellen van het compressorsysteem. De downtime bedroeg bijna een maand. Nu wordt bij het ontwerpen van nieuwe installaties een veel grotere flexibiliteit ingebouwd, maar dit betekent wederom een ​​stijging van de kapitaalkosten.

Een ander aspect is de zuiverheid van waterstof. Brandstofcellen vereisen de hoogste zuiveringsgraad (tot 99,999%). Het bereiken hiervan met behulp van koolwaterstofgrondstoffen is moeilijk en duur. De belangrijkste onzuiverheden – CO en CO2 – zijn gifstoffen voor de brandstofcelkatalysator. Standaard adsorptiemethoden geven niet altijd het gewenste resultaat. Je moet combineren: conversie bij hoge temperatuur, dan conversie bij lage temperatuur, dan PSA, en soms ook membraanscheiding. Elke extra fase is een verlies van druk, energie en natuurlijk geld. Daarom “waterstof voor transport?” uit methaan kan nog niet in prijs concurreren met dezelfde waterstof voor olieraffinage, waar de zuiverheidseisen lager zijn.

Vooruitblik: wat gaat er met dit segment gebeuren?

Ondanks alle hype rond groene waterstof zullen de grijze en blauwe lijnen van koolwaterstoffen China nog lange tijd domineren. De redenen zijn infrastructuur, kosten en vooral de beschikbaarheid van grondstoffen. De vraag is hoe dit proces vanuit milieuoogpunt aanvaardbaar kan worden gemaakt. Ik denk dat de toekomst niet in één doorbraak ligt, maar in een reeks maatregelen: de geleidelijke introductie van CCS daar waar dit geografisch en economisch gerechtvaardigd is; hybridisatie met hernieuwbare energiebronnen voor de stroomvoorziening van installaties; en voortdurend werk aan de efficiëntie van katalysatoren en thermische circuits om het grondstoffen- en energieverbruik per eenheid product te verminderen.

Veel zal afhangen van het koolstofbeprijzingsbeleid. Als de kosten van de CO2-uitstoot aanzienlijk worden, zal de economie van de projecten dramatisch veranderen. Nu worden veel beslissingen genomen op basis van kortetermijneconomie, in plaats van op langetermijnecologie.

Persoonlijk sta ik sceptisch tegenover de dreigende volledige stopzetting van koolwaterstofgrondstoffen voor waterstof. Integendeel, we zullen de niche ervan zien. Grote, moderne, mogelijk hybride (deels biomethaan) complexen nabij verbruikscentra of CO2-opslaglocaties. En voor afgelegen of kleine consumenten zullen er elektrolyzers worden ontwikkeld die worden aangedreven door hernieuwbare energiebronnen. Maar de basis – de chemische industrie, olieraffinage – zal nog twintig tot dertig jaar gebaseerd blijven op technologieën voor de omzetting van methaan en zijn analogen. Het belangrijkste is om problemen niet te verzwijgen, maar er eerlijk aan te werken, rekening houdend met alle kosten, inclusief de milieukosten.