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At 1,000°C, a methane-pyrolysis reactor becomes an exercise in getting heat to its middle. Stanford Engineering researchers Henry Moise, Sebastian Moll and Matteo Cargnello have developed an internal-heating method that, in their Science study, produces hydrogen and solid graphite with a roughly 10-fold efficiency gain over conventional external heating.
A 1.000 °C, un reattore per la pirolisi del metano diventa un esercizio di distribuzione del calore fino al centro. I ricercatori di Stanford Engineering Henry Moise, Sebastian Moll e Matteo Cargnello hanno sviluppato un metodo di riscaldamento interno che, nel loro studio pubblicato su Science, produce idrogeno e grafite solida con un guadagno di efficienza di circa 10 volte rispetto al riscaldamento esterno convenzionale.
Hydrogen is essential to major industrial and agricultural operations, but most hydrogen made today is produced through processes that release large amounts of CO2. Methane pyrolysis takes a different route: it breaks methane into hydrogen gas and solid carbon, rather than the gaseous CO2 released by conventional production. The process has been studied for years, but removing the carbon and supplying enough heat have kept it from moving beyond the lab.
L’idrogeno è essenziale per importanti attività industriali e agricole, ma oggi la maggior parte dell’idrogeno viene prodotta attraverso processi che rilasciano grandi quantità di CO2. La pirolisi del metano segue un percorso diverso: separa il metano in idrogeno gassoso e carbonio solido, invece di produrre la CO2 gassosa rilasciata dai metodi convenzionali. Il processo è studiato da anni, ma la rimozione del carbonio e la fornitura di calore sufficiente ne hanno impedito l’uscita dai laboratori.
The Stanford team tackled the heat problem by putting the burner inside the reactor. Rather than burning natural gas, the burner combusts a portion of the hydrogen produced by the reaction, generating the high heat needed to drive the process while emitting mostly water vapor. Henry Moise says the result is a roughly 10-fold efficiency gain: using the same amount of energy, one reactor can produce the same amount of material as 10 other reactors heated conventionally from the outside.
Il team di Stanford ha affrontato il problema del calore collocando il bruciatore all’interno del reattore. Invece di bruciare gas naturale, il bruciatore consuma una parte dell’idrogeno prodotto dalla reazione, generando l’elevato calore necessario ad alimentare il processo e rilasciando soprattutto vapore acqueo. Henry Moise afferma che il risultato è un guadagno di efficienza di circa 10 volte: utilizzando la stessa quantità di energia, un reattore può produrre la stessa quantità di materiale di 10 altri reattori riscaldati convenzionalmente dall’esterno.
The researchers also found that the solid carbon was high-quality graphite, a material used in batteries, electrodes and other technologies. That could offer the U.S. a path toward domestic production of a material it currently imports. The limit is clear: the graphite is not yet pure enough for demanding battery applications, and the researchers say more work is needed.
I ricercatori hanno inoltre scoperto che il carbonio solido era grafite di alta qualità, un materiale utilizzato nelle batterie, negli elettrodi e in altre tecnologie. Questo potrebbe offrire agli Stati Uniti una strada verso la produzione nazionale di un materiale che attualmente importano. Il limite è chiaro: la grafite non è ancora abbastanza pura per le applicazioni più esigenti delle batterie e, secondo i ricercatori, sono necessari ulteriori lavori.
Hydrogen is used in fertilizer, refining and methanol production; the method still needs to be scaled and verified for mainstream hydrogen production. For now, the work is a laboratory result, not a mainstream supply plant. Scaling up the reactors and verifying their use for mainstream hydrogen production are the next steps, with no deployment timetable given.
L’idrogeno viene utilizzato nei fertilizzanti, nella raffinazione e nella produzione di metanolo; il metodo deve ancora essere portato su scala più ampia e verificato per una produzione di idrogeno diffusa. Per ora, il lavoro è un risultato di laboratorio, non un impianto di approvvigionamento su larga scala. L’aumento delle dimensioni dei reattori e la verifica del loro impiego per una produzione di idrogeno diffusa sono i prossimi passi; non è stata fornita alcuna tempistica per la messa in funzione.