Połączenie zaawansowanych technologii i troski o środowisko

W dobie rosnących wyzwań klimatycznych i potrzeby transformacji energetycznej naukowcy z Politechniki Warszawskiej uczestniczą w jednym z najbardziej innowacyjnych projektów badawczych w Europie – TITAN (Direct biogas conversion to green H₂ and carbon-based materials for soil enhancement and SiC production using a scalable microwave catalytic reactor). Celem przedsięwzięcia jest opracowanie technologii umożliwiającej bezpośrednią konwersję biogazu w zielony wodór i cenne materiały węglowe w reaktorze katalitycznym nowej generacji.

Projekt TITAN realizowany jest w ramach programu Horyzont Europa (HORIZON-CL5-2021-D2-01), finansowanego przez Komisję Europejską, w obszarze Climate, Energy and Mobility. Zespół z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej PW, kierowany przez dr hab. inż. Roberta Cherbańskiego, prof. PW, pełni rolę partnera projektu i odpowiada za pakiet prac WP2, obejmujący głównie projektowanie katalizatorów, obliczenia termodynamiczne, badania kinetyki reakcji chemicznych oraz opracowanie modelu matematycznego reaktora.

Opracowywana technologia zakłada konwersję energii promieniowania mikrofalowego w ciepło bezpośrednio w złożu katalizatora, co znacząco zwiększa efektywność energetyczną procesu. Badane są dwa procesy otrzymywania zielonego wodoru – piroliza metanu oraz suchy reforming metanu – zachodzące na ziarnach katalizatora utrzymywanych w stanie fluidalnym. Wspólną cechą obu procesów jest brak emisji CO₂ do atmosfery oraz wytwarzanie materiałów węglowych, które mogą znaleźć zastosowanie m.in. w użyźnianiu gleby oraz produkcji węglika krzemu – te dwa aspekty stanowią również przedmiot badań prowadzonych w ramach projektu.

W ramach WP2 przetestowano liczne katalizatory, w tym najbardziej obiecujący Fe/C, dzięki któremu uzyskano 95%-ową konwersję metanu w badanym procesie. Trwają także badania nad modyfikacjami katalizatorów, które mogą wspierać wzrost nanorurek węglowych oraz nad metodami ich regeneracji.

Prace prowadzone przez naukowców PW obejmują również modelowanie kinetyczne i hydrodynamiczne, badanie regeneracji katalizatorów oraz symulacje pracy reaktora, co stanowi podstawę do skalowania procesu do poziomu gotowości technologicznej TRL 5 (demonstrator technologiczny). Wyniki dotychczasowych badań zostały opublikowane m.in. w czasopiśmie naukowym poświęconym intensyfikacji procesów – „Chemical Engineering and Processing – Process Intensification”. 

TITAN to nie tylko projekt technologiczny, ale także inicjatywa proekologiczna wpisująca się w europejską strategię neutralności klimatycznej. Wytwarzany w procesie biochar może być wykorzystywany do użyźniania gleb w pobliżu lokalnych biogazowni, co umożliwia długoterminowe magazynowanie węgla w glebie i ograniczenie emisji gazów cieplarnianych. Badania w ramach projektu obejmują ponadto ocenę toksykologiczną biocharu, jego wpływ na organizmy glebowe oraz zdolność do poprawy retencji wody i jakości gleby.

Ciekawym elementem projektu jest wykorzystanie sztucznej inteligencji do analizy procesu dezaktywacji katalizatora. Zespół PW opracował model matematyczny oparty na sztucznych sieciach neuronowych, który pozwala przewidywać zmiany aktywności katalizatora w czasie jego pracy. Model ten znajduje zastosowanie w badaniu zjawiska koksowania katalizatorów, prowadzącego do ich dezaktywacji.

Jednym z namacalnych efektów projektu jest stanowisko pomiarowe zbudowane i uruchomione na Wydziale Inżynierii Chemicznej i Procesowej PW, przeznaczone do badań nad wytwarzaniem wodoru w reaktorze fluidalnym ogrzewanym mikrofalowo.

Projekt TITAN doskonale wpisuje się w cele europejskiej zielonej transformacji energetycznej. Opracowywana technologia pozwala nie tylko wytwarzać zielony wodór i materiały węglowe, lecz także przyczynia się do ujemnych emisji CO₂ i rozwoju gospodarki o obiegu zamkniętym.

Politechnika Warszawska, jako partner konsorcjum, wnosi kluczowy wkład w rozwój tej przełomowej technologii, łączącej inżynierię chemiczną, nowoczesną katalizę i techniki mikrofalowe.

Projekt potrwa do sierpnia 2026 roku, a jego efekty mogą przyczynić się do rozwoju przyszłych technologii wodorowych w Europie.