Ausbau der Forschung zur Chemie der umweltfreundlichen Stromerzeugung

In Ungarn verwendet die Mehrheit der Haushalte Erdgas zum Heizen. Es ist eine der umweltfreundlichsten Arten, unsere Häuser warm zu halten.

Aber auch bei der Stromerzeugung spielt Erdgas eine wichtige Rolle. Solar- und Windstromerzeugung haben hohe Schwankungen, ein effektiver Ausgleich ist der Einsatz von Gasturbinen und Gasmotoren auf Basis von Erdgasverbrennung, die den fehlenden Strom schnell ausgleichen können.

Ein erheblicher Anteil von Erdgas ist Methan, je nach Gebiet in unterschiedlichem Maße; in Ungarn enthält Erdgas fast siebenundneunzig Prozent Methan. Um diesen farb-, geruch- und brennbaren Stoff effizienter für die umweltfreundliche Stromerzeugung zu nutzen, ist es wichtig, die Explosion von Methan-Luft-Gemischen, die Flammenausbreitung in Gasmotoren und die Schadstoffbildung bei der Verbrennung von Erdgas zu untersuchen Gas.

Das Labor für Chemische Kinetik des Instituts für Chemie und die Abteilung für Angewandte Analysis und Computermathematik des Instituts für Mathematik der ELTE – Éva Valkó, Máté Papp, Peng Zhang und Tamás Turányi – untersuchten die Zündung von Methan-Luft-Gemischen anhand eines detaillierten Modell der Reaktionskinetik.

Der Empfindlichkeitsvektor des Zündzeitpunkts wurde berechnet, indem die Anfangstemperatur (T), der Druck (p) und das Äquivalenzverhältnis von Methan zu Luft (ϕ) über einen weiten Bereich variiert wurden. Eine Clusteranalyse der resultierenden mehr als 14.000 Empfindlichkeitsvektoren zeigte, dass fünf Domänen im (T, p, ϕ)-Raum identifiziert werden können und dass in jeder Domäne ein anderer Satz chemischer Reaktionen zur Methanzündung führt. Die Ergebnisse wurden im veröffentlicht Verfahren des Combustion Institute.

„Der Betrieb von Gasmotoren umfasst das schnelle Komprimieren einer Mischung aus Erdgas und Luft, um eine bestimmte Temperatur und einen bestimmten Druck zu erreichen. Die Zeit bis zur Explosion für diese Hochdruck-Heißgasmischung ist kritisch. Wenn ein zuverlässiges Computermodell auf einem detaillierten Reaktionsmechanismus basiert verfügbar ist, kann damit bestimmt werden, ob es zu einer Explosion kommen wird oder nicht“, sagt Prof. Tamás Turányi, Leiter der Forschung.

Seit Jahren erforscht die Forschungsgruppe von Tamás Turányi auch die sogenannten E-Fuels, die die oben genannte Limitierung der erneuerbaren Energieerzeugung überwinden können, nämlich die großen Schwankungen in der produzierten Strommenge. In E-Fuels kann der Energiegehalt von überschüssigem Strom gespeichert und anschließend wieder in Strom umgewandelt werden. Ein solcher Brennstoff ist Ammoniak, der den Vorteil hat, dass er mit ausgereifter Technologie hergestellt und einfach zu transportieren und zu lagern ist.