Επαναστατική Μέθοδος Παραγωγής Συνθετικού Φυσικού Αερίου

Αειφόρος, Χαμηλού Κόστους, Περιβαλλοντικά Φιλικότατη Πηγή Ενέργειας από την Ερευνητική Ομάδα του Πέτρου Ζωγράφου:

Επαναστατική Μέθοδος Παραγωγής Συνθετικού Φυσικού Αερίου (Μεθανίου) από Υδρογόνο και Διοξείδιο του Άνθρακος.

Στο προηγούμενο άρθρο μας (3-01-2023), έγινε αναλυτική μνεία της σπουδαίας συμβολής που έχει η διαχείριση των αγροτο-κτηνοτροφικών αποβλήτων με τη μέθοδο της αναερόβιας βιολογικής επεξεργασίας, τόσο στη διατήρηση του φυσικού περιβάλλοντος, όσο και στην οικονομία της χώρας, με την παραγωγή είτε βιοαερίου, είτε της αναβαθμισμένης του μορφής, αυτή του βιομεθανίου.  Επειδή όμως ακόμη και η μέθοδος αυτή έχει τους περιορισμούς της, όσον αφορά τις ποσότητες των αερίων (βιοαερίου, βιομεθανίου) που μπορούν να παραχθούν ώστε να καλύψουν τις ανάγκες ολόκληρης της χώρας, αλλά και αρκετές δυσκολίες κατά τη διάρκεια της παραγωγής, καθώς πρόκειται για βιολογική μέθοδο με μικροοργανισμούς πολύ ευαίσθητους στη μεταβολή διαφόρων παραμέτρων, όπως θρεπτικό υπόστρωμα, θερμοκρασία, ύπαρξη των κατάλληλων ιχνοστοιχείων, ενεργό οξύτητα (pH), κλπ., η ερευνητική ομάδα του Πέτρου Ζωγράφου, έχει συμβάλλει καθοριστικά για μια νέα και επαναστατική μέθοδο παραγωγής συνθετικού φυσικού αερίου, που μαζί με την παραπάνω βιολογική μέθοδο, δύνανται να αποτελέσουν σημαντική συμβολή στην ενεργειακή αυτονομία της χώρας.

Το «Συνθετικό Φυσικό Αέριο», γνωστό διεθνώς με την ονομασία «Synthetic Natural Gas» ή και «Substitute Natural Gas» (SNG), αποτελείται κατ’ ουσίαν από μεθάνιο, το οποίο παρασκευάζεται σήμερα, είτε από ορυκτά καύσιμα (πχ., αεριοποίηση λιθάνθρακα, λιγνίτη), είτε από την αναερόβια ζύμωση των οργανικών αποβλήτων (βιομεθάνιο), είτε μέσω της ηλεκτρολυτικής παραγωγής υδρογόνου και της χημικής αντίδρασής του σε δεύτερο στάδιο με το διοξείδιο του άνθρακος (η γνωστή χημική αντίδραση «Sabatier», λαμβάνοντας την ονομασία της από τον αντίστοιχο Γάλλο χημικό εφευρέτη της μεθόδου).

Το συνθετικό αυτό αέριο μπορεί να αναμιχθεί με το ορυκτό φυσικό αέριο ή και να το υποκαταστήσει πλήρως, καθώς οι επιδόσεις του είναι παρόμοιες ή και ανώτερες ακόμη, αφού η περιεκτικότητά του σε μεθάνιο είναι σχεδόν 100%.  Επίσης, μπορεί να συμπιεστεί στα 200-250 bar και να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο σε οχήματα, τα οποία είναι κατασκευασμένα για καύση συμπιεσμένου φυσικού αερίου («Compressed Natural Gas», CNG), όπως αναλυτικώς περιγράφτηκε και πάλι στο προηγούμενο άρθρο μας (3-01-2023).

Κατά τη μέθοδο «Sabatier», αέριο μίγμα υδρογόνου και διοξειδίου του άνθρακος, οδηγείται πάνω από ειδικό καταλύτη νικελίου, σε υψηλή σχετικά θερμοκρασία (300-400^oC), καθώς και σε υψηλή πίεση (γύρω στα 30 bar), με αποτέλεσμα μια ισχυρά εξώθερμο χημική αντίδραση και την παραγωγή μεθανίου και υδρατμών.

Για τον ακριβή μηχανισμό της καταλυτικής αυτής χημικής αντιδράσεως δεν έχει γίνει ακόμη ευρέως αποδεκτό, από την επιστημονική κοινότητα, ένα κοινό αναλυτικό μοντέλο.  Μολαταύτα και εν συντομία, είναι κοινώς αποδεκτόν ότι το διοξείδιο του άνθρακος προσροφάται αρχικώς στον καταλύτη και διασπάται κατόπιν σε μονοξείδιο του άνθρακος, φορμικό οξύ, ατομικό οξυγόνο, αλλά και σε άλλες ενδιάμεσες χημικές ενώσεις, οι οποίες αντιδρούν με το υδρογόνο το οποίο έχει και αυτό προσροφηθεί στην επιφάνεια του καταλύτη και διασπαστεί στην ατομική του μορφή.  Τελικώς, από την επιφάνεια του καταλύτη εκροφούνται το μεθάνιο και οι υδρατμοί.

Εικονογραφημένος γενικός μηχανισμός της χημικής αντιδράσεως «Sabatier»

Αντιθέτως από την παραπάνω περιγραφείσα μέθοδο («Sabatier»), η οποία απαιτεί έντονες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, καθώς και την ύπαρξη καταλύτη, με αποτέλεσμα ένα αντίστοιχα ανεβασμένο λειτουργικό κόστος, η ερευνητική ομάδα του Πέτρου Ζωγράφου,  ανέπτυξε συγκεκριμένη τεχνική η οποία διευκολύνει την παραγωγή μεθανίου από υδρογόνο και διοξείδιο του άνθρακος με καινοτόμο μέθοδο (η οποία ήδη έχει σταλεί προς δημοσίευση) και δεν απαιτεί παρά μόνο ήπιες συνθήκες λειτουργίας (θερμοκρασία γύρω στους 70-80^oC και πίεση μόλις στα 2 bar), ενώ τη θέση του στερεού καταλύτη (νικελίου), έχουν αναλάβει ειδικές τεχνικές. Πιο συγκεκριμένα, αρχικώς ροή μοριακού υδρογόνου, το οποίο ατομοποιείται κάτω από συγκεκριμένη μέθοδο, συναντά ξεχωριστή ροή διοξειδίου του άνθρακος, το οποίο έχει και αυτό διεγερθεί και διασπαστεί με τη σειρά του σε μονοξείδιο του άνθρακος και ατομικό οξυγόνο. Το αέριο μίγμα κατόπιν εισέρχεται σε θάλαμο χημικής αντιδράσεως υπό τις παραπάνω ήπιες συνθήκες θερμοκρασίας και πιέσεως, όπου λαμβάνει χώρα η παραγωγή του μεθανίου με την βοήθεια ακτινοβόλησης, για τη διάσπαση του μονοξειδίου του άνθρακος. Αφού απομακρυνθεί η υγρασία από το αέριο μίγμα (πχ., συμπύκνωση των υδρατμών με ψύξη), λαμβάνεται αέριο το οποίο είναι σχεδόν καθαρό μεθάνιο. Η μέθοδος αυτή απαιτεί κλάσμα μόνο του κόστους της μεθόδου «Sabatier».

Η αισθητική ρύπανση και οι καταστροφικές συνέπειες των αιολικών πάρκων στα  φυσικά οικοσυστήματα είναι ολοφάνερες

Τα ηλιακά πάρκα απαιτούν τεράστιες εκτάσεις χρήσιμης γης

Εικόνα υποβαθμισμένης γης εξαιτίας της εξορύξεως πετρελαίου και φυσικού αερίου στο “Bakersfielf” (Καλιφόρνια, Η.Π.Α.).

Ο αντιδραστήρας «ψυχρής καύσεως» του Πέτρου Ζωγράφου, όπως είναι ήδη γνωστό, δύναται να παράγει αξιόλογες ποσότητες υδρογόνου, χρησιμοποιώντας για παράδειγμα, θαλασσινό νερό και κράμα υλικών.  Το υδρογόνο «ως έχει», δεν θα μπορούσε βεβαίως να αντικαταστήσει το φυσικό αέριο, καθώς πρόκειται περί αερίου πολύ δύσκολα διαχειρίσιμου, τόσο στην αποθήκευσή του, όσο και στη μεταφορά του (μέσω δικτύου αγωγών).  Τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του υδρογόνου, όπως η ελάχιστη πυκνότητα, ο υψηλότατος συντελεστής διάχυσης, το πλατύ εύρος συγκεντρώσεών του στον αέρα στο οποίο είναι αναφλέξιμο, αλλά και η ελάχιστη απαιτούμενη ενέργεια για την ανάφλεξή του, το καθιστούν λίαν επικίνδυνο λόγω της ευκολίας διαρροών.  Πέραν του τεράστιου κατασκευαστικού κόστους του δικτύου μεταφοράς του, το οποίο θα απαιτούνταν για λόγους ασφαλείας, πάντοτε θα ελλόχευε ο κίνδυνος ατυχημάτων.  Για αυτό και δεν χρησιμοποιείται μαζικά όπως τα υπόλοιπα αέρια καύσιμα (φυσικό αέριο, υγραέριο).

Στο σημείο αυτό θα ήταν εύλογο το ερώτημα:  Γιατί να μετατραπεί το υδρογόνο σε μεθάνιο και να μην οδηγηθεί άμεσα («ως έχει») στη δεύτερη θαυμαστή συσκευή του Πέτρου Ζωγράφου, το καινοτόμο κελλίον καυσίμου (Fuel Cell), έτσι ώστε να παραχθεί ηλεκτρική ενέργεια και μάλιστα με έναν τεράστιο βαθμό απόδοσης (άνω του 90%) σε σύγκριση με το ταπεινό ποσοστό αποδόσεως της πρωτόγονης καύσεως…

Η απάντηση είναι ευθύς και άμεση.  Διότι με τον τρόπο αυτόν (παραγωγή μεθανίου) δύναται, σήμερα κιόλας, να αξιοποιηθούν οι υπάρχουσες μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από την καύση του φυσικού αερίου και να χρησιμοποιηθεί το υπάρχον δίκτυο μεταφοράς του, καθώς και οι οικιακοί και βιομηχανικοί καυστήρες και οι αντίστοιχες συσκευές.  Έτσι, η χώρα θα είχε ένα ακόμα εργαλείο για τη λύση του ενεργειακού προβλήματος στα χέρια της και κατόπιν θα προχωρούσε, σταδιακά και όχι απότομα (όπως έγινε με την αλλόγιστη έως εγκληματική απολιγνιτοποίηση), σε ανώτερου επιπέδου μεθόδους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Άλλωστε, σίγουρα απαιτείται ένας σημαντικός και πολύτιμος συνάμα χρόνος για την κλιμάκωση-μεγέθους (scale-up) και την βιομηχανική εφαρμογή των καινοτόμων κελλιών καυσίμου.  Όπως θα απαιτηθεί και πολύτιμος χρόνος για την μαζική εφαρμογή των υπόλοιπων θαυμαστών συσκευών (πχ., κάτοπτρα) του Έλληνα «Νίκολα Τέσλα».   Κατά τη διάρκεια του υπερ-πολύτιμου αυτού χρόνου, η χώρα θα μπορούσε να πάρει πολύ βαθειές οικονομικές ανάσες και να ανέβει αντίστοιχα το επίπεδο ζωής των Ελλήνων.

Άποψη τμημάτων του δικτύου μεταφοράς φυσικού αερίου, στο οποίο μπορεί να διοχετευτεί και το «συνθετικό φυσικό αέριο»

Στο δίλημμα, μα η καύση του μεθανίου δημιουργεί και αυτή διοξείδιο του άνθρακα και έτσι θα αυξάνεται στην ατμόσφαιρα το αποτύπωμα του άνθρακος.  Η απάντηση είναι και πάλι ευθύς και άμεση: Με την παραπάνω περιγραφείσα μέθοδο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, η επιβάρυνση του περιβάλλοντος είναι μηδενική.  Για κάθε μόριο διοξειδίου του άνθρακος που δημιουργείται από την καύση του μεθανίου, ένα άλλο μόριο του ίδιου αερίου έχει ήδη δεσμευτεί από την ατμόσφαιρα ή από την ανακυκλοφορία των απαερίων καύσεως (πχ., από την ίδια τη μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της καύσεως του μεθανίου), με αποτέλεσμα το μοναδικό προϊόν της καύσεως να είναι τελικά οι υδρατμοί.  Ήτοι, είναι σαν να γίνεται καύση του υδρογόνου, αλλά με αρκετά ασφαλέστερο τρόπο, όπως περιγράφεται από τις κάτωθι χημικές αντιδράσεις.

Το διοξείδιο του άνθρακος μπορεί να ανακυκλωθεί από τα απαέρια καύσεως και να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή μεθανίου

Υπό εξέλιξη είναι επίσης μία έρευνα με στόχο την λύση του μεθανίου και διοξειδίου του άνθρακος με χρήση χωρητικής διαδικασίας ραδιοσυχνοτήτων σε πίεση ενός περίπου bar. Η αποσύνθεση των μορίων του μεθανίου και του διοξειδίου του άνθρακος επιτυγχάνεται  από τη σύγκρουση των ηλεκτρονίων μέσω διέγερσης της ασταθούς ηλεκτρονιακής κατάστασης. Ως αποτέλεσμα, η μετατροπή κάθε αερίου εξαρτάται από την ειδική ενέργεια των μορίων.

Στον επίλογο του άρθρου αυτού, αναγκαστικά θα αναφερθούμε και πάλι στα μεγάλα πολιτικά-οικονομικά συμφέροντα, τόσο τα εγχώρια όσο και τα διεθνή, καθώς η μαζική εφαρμογή των θαυμαστών επιτευγμάτων της επιστήμης, τα οποία συμβάλλουν στην ευζωία του ανθρώπου, αποτελεί δυστυχώς δική τους απόφαση, που τις πλείστες φορές αντιβαίνει τη θέληση των επιστημόνων για αγαθή προσφορά προς τους συνανθρώπους τους.  Όπως απεδείχθη, την τελευταία τουλάχιστον πεντήκονταετία της «μεταπολιτεύσεως» στην Ελλάδα, οι πολιτικοί έχουν κάνει ότι μπορούν για να μετατρέψουν το ανεξάρτητο αυτό κράτος με την κάποτε εύρωστη βιομηχανία, σε ένα υπόδουλο των ξένων συμφερόντων κράτος, ένα κράτος παρία, ένα τουριστικό θέρετρο για τους Ευρωπαίους και Αμερικανούς, προπαγανδίζοντας σκανδαλωδώς ότι, «η Ελλάδα δεν μπορεί να κάνει κάτι καλύτερο» ή ότι «αυτή η χώρα δεν παράγει τίποτε»… Τα τελευταία μάλιστα χρόνια, τα παραπάνω μεγάλα πολιτικά και οικονομικά συμφέροντα βάλθηκαν να καταστρέψουν και τη φυσική ομορφιά της Ελλάδος (βλέπε, μεγάλα αιολικά και ηλιακά πάρκα), πλήττοντας ταυτόχρονα την γεωργική και την κτηνοτροφική παραγωγή, αλλά ακόμη και τον τουρισμό.  Ας θυμηθούμε το απίστευτο ρηθέν από κυβερνητικά χείλη, ωσάν η χώρα να αποτελεί το χωραφάκι τους:  «Η Ελλάδα θα γίνει η μπαταρία της Ευρώπης», το οποίο, μόνο οργή και αγανάχτηση μπορεί να προκαλέσει στον κάθε σώφρονα Έλληνα, αφού η φράση αυτή ισοδυναμεί με την φράση: «η Ελλάδα θα γίνει ο Χ.Υ.Τ.Α. (Χώρος Υγειονομικής Ταφής Απορριμμάτων) της Ευρώπης». Δηλαδή, σχεδιάζουν τη μετατροπή ενός φυσικού παραδείσου σε ένα δυστοπικό τοπίο, άγονο, ξηρό και απωθητικό.  Αρκεί κανείς να κάνει ένα ταξίδι στη νότια Εύβοια όπου και θα νοιώσει την  καρδιά του να «σφίγγεται» από την άθλια εικόνα των τεράστιων αιολικών πάρκων.  Σαν να μην έφτανε η νότια Εύβοια, μετά τις πρόσφατες και καθόλα ύποπτες πυργαγιές στη βόρεια αυτή τη φορά Εύβοια, σε ένα από τα ομορφότερα μέρη της Ελλάδος, έναν παράδεισο που μετετράπη σε καμμένη γη, υπάρχει ήδη σχέδιο για την κατασκευή ενός ακόμη αιολικού πάρκου. Και όλα αυτά, για ένα μηδαμινό ανταποδοτικό όφελος προς τον Ελληνικό λαό, για να κερδίσουν και πάλι χρήμματα οι «ημέτεροι», οι «έχοντες και κατέχοντες» (πολυεθνικές, βιομήχανοι, ιδιοκτήτες τεχνικών εταιριών, κλπ.), αλλά και τα ξένα οικονομικά συμφέροντα, στα οποία είναι υπόδουλοι οι σημερινοί πολιτικοί, ανεξαιρέτως κομματικού χρωματισμού.

Τα αποτελέσματα της «πράσινης ανάπτυξης»: Στη θέση ενός πρώην πανέμορφου φυσικού δάσους, ένα «δάσος» ανεμογεννητριών!

Τέλος, ας ενθυμούμαστε τον «Ορισμό της Προδοσίας» κατά τον μεγάλο ιστορικό της αρχαιότητας, τον Θουκυδίδη:

«Προδότης, δεν είναι μόνο αυτός που φανερώνει τα μυστικά της πατρίδος στους εχθρούς, αλλά είναι και εκείνος που ενώ κατέχει δημόσιο αξίωμα, εν γνώση του δεν προβαίνει στις απαραίτητες ενέργειες γιά να βελτιώσει το βιοτικό επίπεδο των ανθρώπων πάνω στούς οποίους άρχει» (Θουκυδίδης, περί προδοτών)

Τα συμπεράσματα, για το πόσο επίκαιρη είναι η παραπάνω φράση σήμερα, αφήνονται στον ελληνικό λαό…

Για την Ερευνητική Ομάδα Πέτρου Ζωγράφου
Μιλτιάδης Αδαμόπουλος καθηγητής

---

ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ

– Baleira, M., et al., Synthetic natural gas production in a 1 kW reactor using Ni–Ce/Al2O3 and Ru–Ce/Al2O3: Kinetics, catalyst degradation and process design, Energy, 2022, (256), 124720

– Hasan, M. et al., CO2 methanation mechanism over Ni/Y2O3: An in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopic study. Physical Chemistry Chemical Physics, 2021, (2), 5551–5558

– Dayal, A.M., Environmental Concerns of Shale Gas Production, Shale Gas,
Exploration and Environmental and Economic Impacts (Book), 2017, Chapter 8, 137-144.

– Brauers, H., Natural gas as a barrier to sustainability transitions? A systematic mapping of the risks and challenges, Energy Research & Social Science, 2022, 89, 102538

– The Wilderness Society, 7 ways oil and gas drilling is bad for the environment, July 9, 2021 (https://www.wilderness.org/articles/blog/7-ways-oil-and-gas-drilling-bad-environment)

– Li, H., et al., Safety of hydrogen storage and transportation: An overview on mechanisms, techniques, and challenges, Energy Reports, 8, 2022, 6258–6269

– The Harvard Gazette, Science & Technology, The Down Side to Wind Power. Wind farms will cause more environmental impact than previously thought, Oct 4, 2018 (https://news.harvard.edu/gazette/story/2018/10/large-scale-wind-power-has-its-down-side/)

– Elliot, D., Wind Turbines Impact Deplored, Physics World, Aug. 28, 2019 (https://physicsworld.com/a/wind-turbine-impacts-deplored/)

– UK Centre for Ecology and Hydrology, Solar panels study reveals impact on local environment (https://www.ceh.ac.uk/news-and-media/news/solar-panels-study-reveals-impact-local-environment)

– Kwak, J.I., et al., Potential environmental risk of solar cells: Current knowledge and future challenges, Journal of Hazardous Materials, 2020, 392, 122297

– Lambert, Q., Gros, R., Bischoff, A., Ecological restoration of solar park plant communities and the effect of solar panels, Ecological Engineering, 2022, 182, 106722

– ΑΡΟΝ-ΑΡΟΝ! ΑΡΧΙΣΑΝ ΝΑ ΣΤΗΝΟΥΝ ανεμογεννήτριες στα καμένα της βόρειας Εύβοιας… (https://www.inewsgr.com/61/aron-aron-archisan-na-stinoun-anemogennitries-sta-kamena-tis-voreias-evvoias.htm)