Methane pyrolysis, also known as methane cracking or turquoise hydrogen, is the high-temperature breakdown of methane into hydrogen gas and carbon. It competes directly with blue hydrogen, hydrogen from steam methane reforming and carbon capture and sequestration (CCS), for producing low-carbon hydrogen from natural gas. In methane pyrolysis, all the carbon content in the methane is captured in solid form rather than emitted as carbon dioxide.
Pirolisis metana memerlukan kira-kira separuh daripada jumlah tenaga yang diperlukan oleh pembaharuan wap untuk menghasilkan jumlah hidrogen yang sama. Akhir sekali, hasil sampingan karbon pepejal boleh dijual ke pasaran sebagai karbon hitam, mengimbangi kos hidrogen yang dihasilkan. Bersama-sama, faktor-faktor ini menjadikan pirolisis metana pilihan teknologi yang menjanjikan untuk menghasilkan hidrogen karbon rendah.
Terdapat variasi pirolisis metana yang berbeza, dan ia boleh dikategorikan sebagai haba, plasma, dan pirolisis pemangkin. Walaupun terdapat variasi, mereka semua berkongsi cabaran teknikal yang sama; Suhu proses tinggi yang diperlukan untuk kadar penukaran yang tinggi, ketulenan gas hidrogen, dan pemisahan karbon pepejal dari fasa gas untuk mengelakkan keracunan pemangkin (jika ada) dan menyekat sistem reaktor.
Untuk mendapatkan gambaran menyeluruh mengenai landskap teknologi untuk pirolisis metana dan pengedaran pemain, kami menganalisis pemaju utama dengan aktiviti paten sejarah, penerbitan akademik, pembiayaan peringkat awal, dan projek yang sedang berjalan. Maklumat ini berfungsi untuk menentukan trend masa depan dan membantu mengenal pasti peluang untuk inovator yang ingin terlibat dengan pemain dalam pirolisis metana.
Amerika dan EMEA adalah pemimpin serantau dalam pirolisis metana
Ini tidak menghairankan, kerana pirolisis metana adalah platform teknologi peringkat awal dan kompleks yang pembangunannya diberi insentif oleh penggunaan gas asli untuk hidrogen rendah karbon. Ini memerlukan dorongan serantau yang kuat untuk penyahkarbonan, selera untuk pelaburan berisiko tinggi, dan / atau bekalan gas asli tempatan yang banyak. A.S. dan Rusia adalah dua negara terkemuka di ruang angkasa.
Walaupun Jepun dan Korea Selatan mempunyai matlamat penyahkarbonan yang bercita-cita tinggi, dan Asia Tenggara dan Australia mempunyai bekalan gas asli yang banyak, tiada rantau di APAC mempunyai keadaan yang tepat untuk memupuk pembangunan pirolisis metana lagi. Bagaimanapun, kami menjangkakan China akan muncul sebagai pemain utama.
Permulaan Menjadi Semakin Aktif dalam Pirolisis Metana
Pirolisis metana sebahagian besarnya dikuasai oleh syarikat-syarikat besar, tetapi dekad yang lalu menyaksikan beberapa permulaan yang diasaskan untuk membangun dan menggunakan teknologi pirolisis metana yang pada asalnya dibangunkan di institusi penyelidikan. Secara keseluruhan, tidak ada pemimpin yang jelas dalam pirolisis metana lagi - sementara Monolith Materials meningkatkan platformnya ke peringkat demonstrasi, prestasi teknologinya tidak jelas. Jika tidak, kedua-dua syarikat besar dan syarikat permulaan berada pada tahap pembangunan teknologi yang sama dengan platform mereka.
Ruang akademik aktif tetapi sangat berpecah-belah
Institusi penyelidikan jauh mengatasi syarikat dan permulaan dalam pirolisis metana. Hanya dua, Pertubuhan Penyelidikan Saintifik Gunaan Belanda (TNO) dan Institut Teknologi Karlsruhe (KIT), menonjol daripada orang ramai dengan meningkatkan teknologi mereka kepada pemasangan perintis. Institusi lain yang aktif dalam pirolisis metana belum berkembang unit eksperimen masa lalu. Beberapa institusi sedemikian berpangkalan di China, dan teknologi mereka mungkin diserap oleh syarikat-syarikat China sebaik sahaja mereka bersedia untuk skala.
- Plasma: Bentuk pirolisis metana yang paling matang, ia menggunakan obor plasma di mana pirolisis gas metana pada suhu antara 1,000 °C (plasma sejuk) dan 2,000 °C (plasma panas). Plasma sejuk biasanya membawa kepada penukaran metana kurang daripada 50% tanpa pemangkin, manakala plasma panas biasanya menyebabkan penukaran melebihi 90%. Syarikat Norway Kværner (kini Aker Solutions) menggunakan kemudahan pirolisis metana berskala komersial yang pertama dan satu-satunya menggunakan teknologi plasma panas pada tahun 1997, di mana hidrogen yang dihasilkan telah disusun semula dalam obor plasma. Kemudahan ini telah dibatalkan pada tahun 2003 kerana kualiti produk karbon hitam yang tidak mencukupi. Pada masa kini, Monolith Materials adalah syarikat terkemuka. Ia menggunakan teknologi plasma panas berdasarkan proses Kværner dan melancarkan kemudahan demonstrasi pertamanya di AS pada tahun 2020, menghasilkan karbon hitam sebagai produk utama. Gazprom adalah satu-satunya syarikat yang kini aktif dalam teknologi plasma untuk pirolisis metana - teknologi plasma sejuknya disokong oleh pemangkin nikel untuk mencapai kecekapan penukaran metana sebanyak 80%, tetapi teknologi masih pada skala makmal.
- Haba: Dalam pirolisis haba, metana berpecah kepada hidrogen dan karbon pada suhu antara 1,000 °C dan 1,500 °C. Pembezaan berkisar pada jenis reaktor yang digunakan dalam proses. BASF menggunakan reaktor katil bergerak yang dipanaskan secara elektrik di mana granul karbon mengalir bertentangan dengan fasa gas dan pirolisis metana secara langsung pada butiran pada 1,400 °C. KIT melepasi metana melalui reaktor lajur gelembung timah cecair pada 1,200 °C, di mana karbon pepejal terbentuk terapung di atas cecair dan boleh dipisahkan melalui cara yang tidak didedahkan. TNO juga menggunakan reaktor logam lebur yang beroperasi melebihi 1,000 °C dan memisahkan karbon hitam daripada logam cecair menggunakan garam cair. Pada masa ini, semua platform teknologi dalam pirolisis haba berada pada skala makmal dan tidak mungkin mencapai skala komersial sebelum 2030.
- Catalytic: In catalytic pyrolysis, methane breaks down into hydrogen and carbon over a metal catalyst, which is typically nickel- or iron-based, at temperatures of less than 1,000 °C. Currently, Hazer Group is the leading player in this space – the company uses a fluidized bed reactor with an iron ore catalyst, operating at 850 °C. It is currently at the pilot-scale, with no clear targets for commercialization. C-Zero is the newest entrant to the methane pyrolysis sector. While its technology remains unclear, it appears that the company uses a catalytic process but also molten salts to separate out the solid carbon.
Secara keseluruhan, landskap teknologi untuk pirolisis metana berpecah-belah antara teknologi, tanpa pertaruhan pasti. Walaupun Monolith Materials nampaknya berada pada skala hampir komersial dengan teknologi plasmanya, kekurangan butiran mengenai projeknya serta sejarah komersial yang lemah dalam proses Kværner menghalang kita daripada memanggil plasma pemenang yang jelas dalam pirolisis metana lagi.
BASF dan TNO secara aktif membangunkan platform pirolisis haba mereka, tetapi telah mengakui bahawa kemudahan berskala komersial tidak mungkin sebelum 2030. Bagi pelbagai syarikat permulaan yang aktif dalam ruang, matlamat pengkomersialan cenderung sangat bercita-cita tinggi, dan mereka masih belum mendapatkan rakan kongsi atau pembiayaan yang diperlukan untuk meningkatkan teknologi mereka.
#LuxTake
Memandangkan peringkat awal pirolisis metana dan pelbagai teknologi yang ada, penilaian ekonomi proses masih kurang. Kesusasteraan akademik dan perbualan dengan pemaju teknologi menunjukkan bahawa pirolisis metana akan lebih mahal daripada hidrogen biru. Walau bagaimanapun, penyokong teknologi dengan cepat menunjukkan bahawa menjual hasil sampingan karbon ke pasaran akan menjadikannya lebih murah daripada hidrogen biru. Walau bagaimanapun, inovator harus berhati-hati, kerana andaian sedemikian boleh menjadi sangat khianat.
The global carbon black market today is estimated at 15 million tonnes per year. If all of this carbon black were to be supplied by methane pyrolysis, it would correspond to a hydrogen production of 6 million tonnes per year. This is equivalent to just 8% of the global hydrogen market. Therefore, deploying methane pyrolysis at a global scale will lead to a crash in the carbon black market and essentially make it worthless.
Dengan mengandaikan teknologi berjaya skala dan karbon hitam tidak dijual ke pasaran, keputusan untuk membina kemudahan pirolisis metana atau kemudahan hidrogen biru sebahagian besarnya bergantung kepada pengendalian produk sampingan berasaskan karbon dan kesannya terhadap ekonomi pengeluaran hidrogen. Untuk pirolisis metana untuk menang, kos pengendalian karbon pepejal perlu lebih murah daripada kos memampatkan, mengangkut, dan merampas pelepasan CO2 dari kemudahan hidrogen biru.
Mereka yang berminat harus memantau perkembangan dalam pirolisis metana tetapi tetap menyedari bahawa, walaupun ia akan mengukir bahagiannya dari pasaran hidrogen rendah karbon, ia tidak mungkin sepenuhnya mengusir hidrogen biru dari campuran.