การแยกก๊าซมีเทนอาจเพิ่มความต้องการก๊าซธรรมชาติเป็นสองเท่าพร้อมบรรลุเป้าหมายการปล่อยมลพิษเป็นศูนย์

ขณะที่อุตสาหกรรมไฮโดรเจนสะอาดเผชิญกับความล้มเหลวครั้งใหญ่ โดยมีเพียง 11% ของกำลังการผลิตที่วางแผนไว้ในปี 2030 ที่ได้รับการตัดสินใจลงทุนขั้นสุดท้าย แนวทางทางเลือกหนึ่งกำลังได้รับความสนใจในแวดวงเทคโนโลยี การแยกก๊าซมีเทน ซึ่งแยกก๊าซธรรมชาติออกเป็นไฮโดรเจนและคาร์บอนแข็งโดยไม่ผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ กำลังสร้างการถกเถียงเกี่ยวกับความเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนแปลงทั้งการผลิตพลังงานและเศรษฐศาสตร์เชื้อเพลิงฟอสซิล

เศรษฐศาสตร์พลังงานอาจเอื้อประโยชน์ต่อบริษัทก๊าซธรรมชาติ

แง่มุมที่น่าสนใจที่สุดของการแยกก๊าซมีเทนอยู่ที่ศักยภาพในการเพิ่มการใช้ก๊าซธรรมชาติอย่างมากในขณะที่บรรลุเป้าหมายการปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ การคำนวณพลังงานแสดงให้เห็นว่าประมาณครึ่งหนึ่งของพลังงานการเผาไหม้ของมีเทนมาจากการก่อตัวของไฮโดรเจน ในขณะที่อีกครึ่งหนึ่งมาจากการก่อตัวของคาร์บอนไดออกไซด์ นั่นหมายความว่าโรงไฟฟ้าก๊าซธรรมชาติที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์โดยใช้การแยกก๊าซจะต้องใช้ก๊าซประมาณสองเท่าเพื่อผลิตไฟฟ้าในปริมาณเท่าเดิม

สำหรับบริษัทเชื้อเพลิงฟอสซิล สิ่งนี้นำเสนอโอกาสที่ไม่คาดคิด แทนที่จะเผชิญกับการถูกกำจัดในการเปลี่ยนผ่านสู่พลังงานสะอาด พวกเขาอาจเห็นความต้องการผลิตภัณฑ์ของตนเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า กระบวนการทำงานโดยการแยกอะตอมคาร์บอนในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีออกซิเจนก่อน จากนั้นจึงเผาไฮโดรเจนที่เหลือเพื่อขับเคลื่อนวงจร

การเปรียบเทียบความต้องการพลังงาน:

• การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า: 50+ กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อไฮโดรเจน 1 กิโลกรัม
• การแยกสลาย Methane : 9-12 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อไฮโดรเจน 1 กิโลกรัม
• ประสิทธิภาพเซลล์เชื้อเพลิง: ~70% (25 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัมของผลผลิตไฮโดรเจน)
• ประสิทธิภาพการทำงานแบบรอบสำหรับการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า: ต่ำเนื่องจากต้องใช้พลังงานสูง
• ประสิทธิภาพการทำงานแบบรอบสำหรับการแยกสลาย: ดีกว่าเนื่องจากต้องการพลังงานน้อยกว่า

ผลพลอยได้คาร์บอนแข็งสร้างโอกาสรายได้

ต่างจากวิธีการผลิตไฮโดรเจนแบบดั้งเดิมที่ต่อสู้กับความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจ การแยกก๊าซมีเทนผลิตวัสดุคาร์บอนแข็งที่มีค่าเป็นผลพลอยได้ ตั้งแต่คาร์บอนแบล็กที่ใช้ในการผลิตยางรถยนต์ไปจนถึงวัสดุทดแทนกราไฟต์สำหรับแบตเตอรี่ เมื่อมีเทน 20 กิโลกรัมมีราคาประมาณ 3 ดอลลาร์สหรัฐในปัจจุบัน แต่มีคาร์บอน 15 กิโลกรัมที่อาจมีค่า 20-30 ดอลลาร์สหรัฐ เศรษฐศาสตร์ดูมีแนวโน้มที่ดี

การผลิตคาร์บอนแบล็กในปัจจุบันมีชื่อเสียงในด้านความสกปรก โดยมีความเข้มข้นของ CO2 เฉลี่ยเกือบ 4 กิโลกรัมของ CO2 ต่อคาร์บอน 1 กิโลกรัมที่ผลิตได้ บางบริษัทได้ละทิ้งโรงงานของตนแทนที่จะดำเนินการปรับปรุงสิ่งแวดล้อมตามที่ EPA กำหนด การแยกก๊าซมีเทนสามารถทำความสะอาดอุตสาหกรรมนี้ในขณะที่ผลิตไฮโดรเจนเป็นผลิตภัณฑ์โบนัส

เศรษฐศาสตร์ผลิตภัณฑ์คาร์บอน:

• ต้นทุนมีเทน 20 กิโลกรัม: ประมาณ 3 ดอลลาร์สหรัฐ
• ปริมาณคาร์บอน: 15 กิโลกรัม (75% ตามน้ำหนัก)
• มูลค่าคาร์บอนที่เป็นไปได้: 20-30 ดอลลาร์สหรัฐ
• ความเข้มข้น CO2 ของ carbon black ปัจจุบัน: 4 กิโลกรัม CO2 ต่อคาร์บอน 1 กิโลกรัม
• ก๊าซธรรมชาติที่ได้รับการรับรอง: รอยเท้าคาร์บอน CO2 ต่ำกว่าค่าเฉลี่ย 90%

ข้อได้เปรียบด้านภูมิศาสตร์และโครงสร้างพื้นฐาน

เทคโนโลยีนี้มีประโยชน์เชิงปฏิบัติเหนือแนวทางไฮโดรเจนสะอาดอื่นๆ ด้วยท่อส่งก๊าซธรรมชาติกว่า 3 ล้านไมล์ที่มีอยู่แล้วทั่วประเทศ United States โรงงานแยกก๊าซมีเทนสามารถตั้งอยู่ใกล้ศูนย์ความต้องการมากขึ้น สิ่งนี้แก้ปัญหาการขนส่งไฮโดรเจนที่มีราคาแพงซึ่งเป็นปัญหาของสิ่งอำนวยความสะดวกการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าที่อยู่ห่างไกล

กระบวนการนี้ยังต้องการน้ำเพียงเล็กน้อยหรือไม่ต้องการเลย ซึ่งแก้ไขข้อกังวลเกี่ยวกับโครงการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าในภูมิภาคที่ขาดแคลนน้ำซึ่งมีพลังงานแสงอาทิตย์อุดมสมบูรณ์ การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์ช่วยให้สามารถขยายขนาดทีละน้อยและผลิตในสถานที่ ลดทั้งต้นทุนและอุปสรรคในการนำมาใช้

ข้อได้เปรียบด้านโครงสร้างพื้นฐาน:

• เครือข่ายท่อส่งก๊าซธรรมชาติของ US : มากกว่า 3 ล้านไมล์
• ความต้องการน้ำ: น้อยมาก (เทียบกับการใช้น้ำสูงในกระบวนการ electrolysis และ SMR )
• ความยืดหยุ่นทางภูมิศาสตร์: สูง เนื่องจากมีโครงสร้างพื้นฐานก๊าซที่มีอยู่แล้ว
• การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์แบบโมดูลาร์: ช่วยให้สามารถขยายขนาดได้อย่างค่อยเป็นค่อยไป
• ศักยภาพในการตั้งร่วมกัน: สามารถตั้งอยู่ใกล้กับศูนย์ความต้องการได้

ความท้าทายทางเทคนิคและข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อม

แม้จะมีเศรษฐศาสตร์ที่มีแนวโน้มดี การแยกก๊าซมีเทนเผชิญกับอุปสรรคสำคัญ คุณภาพและความสามารถในการตลาดของผลิตภัณฑ์คาร์บอนจะเป็นตัวกำหนดความสำเร็จเชิงพาณิชย์ นอกจากนี้ การใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นวัตถุดิบต้องการการจัดการการรั่วไหลของมีเทนตลอดห่วงโซ่อุปทานอย่างระมัดระวัง เนื่องจากแม้แต่มีเทนที่หลุดออกมาในปริมาณเล็กน้อยก็สามารถทำลายประโยชน์ด้านสภาพภูมิอากาศได้

เราต้องหยุดการดึงคาร์บอนออกจากพื้นดินตั้งแต่เมื่อวาน การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศไม่ใช่เรื่องหลอกลวง ไม่ได้หายไปไหน และเป็นวิกฤตการณ์ที่คุกคามการดำรงอยู่ซึ่งต้องได้รับการแก้ไขโดยการกำจัดการสกัดคาร์บอนให้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้

ความรู้สึกนี้สะท้อนถึงข้อกังวลที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับเทคโนโลยีใดๆ ที่ขยายการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล แม้จะมีประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อมก็ตาม

การประยุกต์ใช้ในโลกแห่งความจริงกำลังเกิดขึ้น

บริษัทต่างๆ กำลังก้าวไปข้างหน้าจากการทดสอบในห้องปฏิบัติการ Monolith Materials ได้ผลิตคาร์บอนแบล็กให้กับ Goodyear โดยใช้การแยกก๊าซมีเทน แม้ว่าพวกเขาจะเผชิญกับความท้าทายในการบรรลุเป้าหมายสำหรับเงินกู้ 1 พันล้านดอลลาร์สหรัฐจาก Department of Energy ในขณะเดียวกัน ประเทศต่างๆ รวมถึง Canada, Germany และ Australia กำลังสนับสนุนการพัฒนาการแยกก๊าซมีเทนควบคู่ไปกับ United States

เทคโนโลยีนี้สามารถหาจุดที่เหมาะสมในการประยุกต์ใช้ทางอุตสาหกรรมที่ต้องการทั้งไฮโดรเจนและวัสดุคาร์บอน เช่น การผลิตปุ๋ยรวมกับการผลิตคาร์บอนแบล็ก แนวทางการใช้งานคู่นี้เพิ่มค่าของผลิตภัณฑ์ทั้งสองให้สูงสุดในขณะที่ลดของเสียให้น้อยที่สุด

ขณะที่ตลาดไฮโดรเจนสะอาดปรับเปลี่ยนหลังจากความล้มเหลวในช่วงแรก การแยกก๊าซมีเทนเป็นตัวแทนของจุดกึ่งกลางที่เป็นจริง มันใช้ประโยชน์จากโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ สร้างกระแสรายได้หลายแหล่ง และสามารถบรรลุการปล่อยมลพิษโดยตรงเป็นศูนย์ในขณะที่อุตสาหกรรมทำงานเพื่อหาทางออกระยะยาว ว่าจะสามารถเอาชนะความท้าทายทางเทคนิคและการต่อต้านด้านสิ่งแวดล้อมได้หรือไม่ยังคงต้องติดตาม แต่แรงจูงใจทางเศรษฐกิจกำลังยากที่จะเพิกเฉยมากขึ้น

อ้างอิง: Clean Hydrogen at a Crossroads: Why Methane Pyrolysis Deserves Attention