سينجاس

الغاز التخليقي ، أو غاز التخليق ، هو خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون ^{[ 1 ]} بنسب متفاوتة. غالبًا ما يحتوي هذا الغاز على بعض ثاني أكسيد الكربون والميثان . يُستخدم بشكل أساسي لإنتاج الأمونيا أو الميثانول . الغاز التخليقي قابل للاشتعال ويمكن استخدامه كوقود. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} تاريخيًا، استُخدم كبديل للبنزين عندما كان إمداد البنزين محدودًا؛ على سبيل المثال، استُخدم غاز الخشب لتشغيل السيارات في أوروبا خلال الحرب العالمية الثانية (في ألمانيا وحدها، تم بناء أو إعادة بناء نصف مليون سيارة للعمل بغاز الخشب). ^{[ 5 ]}

يتم إنتاج الغاز التخليقي عن طريق إعادة تشكيل البخار أو الأكسدة الجزئية للغاز الطبيعي أو الهيدروكربونات السائلة، أو تغويز الفحم . ^{[ 6 ]}

C + H ₂ O → CO + H ₂ ^{[ 1 ]}

CO + H2O _→ CO ₂ + _H2 ^{[ 1 ]}

C + CO ₂ → 2CO ^{[ 1 ]}

إعادة تشكيل الميثان بالبخار هي تفاعل ماص للحرارة يتطلب 206 كيلوجول/مول من الطاقة:

CH ₄ + H ₂ O → CO + 3 H ₂

من حيث المبدأ، ولكن نادرًا ما يُطبّق عمليًا، يُمكن استخدام الكتلة الحيوية والمواد الهيدروكربونية الأولية ذات الصلة لإنتاج الغاز الحيوي والفحم الحيوي في محطات تحويل النفايات إلى طاقة عن طريق التغويز. ^{[ 7 ]} يُطلق على الغاز الناتج (المكون في الغالب من الميثان وثاني أكسيد الكربون) أحيانًا اسم الغاز التخليقي، إلا أن تركيبه يختلف عن تركيب الغاز التخليقي. وقد دُرست إمكانية إنتاج الغاز التخليقي التقليدي (المكون في الغالب من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون) من الكتلة الحيوية المُهدرة _. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

يختلف التركيب الكيميائي للغاز التخليقي باختلاف المواد الخام والعمليات المستخدمة. يتكون الغاز التخليقي الناتج عن تغويز الفحم عمومًا من خليط يتراوح بين 30 و60% من أول أكسيد الكربون، و25 إلى 30% من الهيدروجين، و5 إلى 15% من ثاني أكسيد الكربون، و0 إلى 5% من الميثان. كما يحتوي على كميات أقل من غازات أخرى. ^{[ 10 ]} تبلغ كثافة الطاقة للغاز التخليقي أقل من نصف كثافة الطاقة للغاز الطبيعي . ^{[ 11 ]}

التفاعل الأول، بين فحم الكوك المتوهج والبخار، هو تفاعل ماص للحرارة بشدة، ينتج عنه أول أكسيد الكربون (CO) والهيدروجين (H2).₂ (غاز الماءفي المصطلحات القديمة). عندما تبرد طبقة فحم الكوك إلى درجة حرارة لا يمكن عندها أن يستمر التفاعل الماص للحرارة، يتم استبدال البخار بنفحة من الهواء.

ثم تحدث التفاعلات الثانية والثالثة، مُنتجةً تفاعلاً طارداً للحرارة - يُشكّل في البداية ثاني أكسيد الكربون ويرفع درجة حرارة طبقة فحم الكوك - يليه تفاعل ماص للحرارة، حيث يتحول ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون. التفاعل الكلي طارد للحرارة، مُنتجاً "غاز المُنتِج" (مصطلح قديم). يُمكن بعد ذلك إعادة حقن البخار، ثم الهواء، وهكذا، لتكوين سلسلة لا نهائية من الدورات حتى يُستهلك فحم الكوك نهائياً. يتميز غاز المُنتِج بقيمة طاقة أقل بكثير، مقارنةً بغاز الماء، ويعود ذلك أساساً إلى تخفيفه بالنيتروجين الجوي. يُمكن استبدال الهواء بالأكسجين النقي لتجنب تأثير التخفيف، مما يُنتج غازاً ذا قيمة حرارية أعلى بكثير .

من أجل إنتاج المزيد من الهيدروجين من هذا الخليط، تتم إضافة المزيد من البخار ويتم إجراء تفاعل تحويل غاز الماء ^{[ 12 ]} :

CO + _H₂O → _CO₂ + _H₂

يمكن فصل الهيدروجين عن _ثاني أكسيد الكربون باستخدام امتزاز تأرجح الضغط (PSA)، والتنقية بالأمينات ، والمفاعلات الغشائية . وقد دُرست مجموعة متنوعة من التقنيات البديلة، لكن لم يُثبت أي منها جدواه التجارية. ^{[ 13 ]} تركز بعض هذه التقنيات على نسب كيميائية جديدة، مثل ثاني أكسيد الكربون مع الميثان ^{[ 14 ] [ 15 ]} أو الهدرجة الجزئية لثاني أكسيد الكربون. بينما تركز أبحاث أخرى على مصادر طاقة جديدة لتشغيل هذه العمليات، بما في ذلك التحليل الكهربائي، والطاقة الشمسية، والموجات الدقيقة، والأقواس الكهربائية. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

تُستخدم الكهرباء المولدة من مصادر متجددة أيضًا لمعالجة ثاني أكسيد الكربون والماء وتحويلهما إلى غاز اصطناعي من خلال التحليل الكهربائي عالي الحرارة . وتُعد هذه محاولة للحفاظ على الحياد الكربوني في عملية التوليد. وقد افتتحت شركة أودي ، بالتعاون مع شركة صن فاير، محطة تجريبية في نوفمبر 2014 لإنتاج وقود الديزل الإلكتروني باستخدام هذه العملية. ^{[ 22 ]}

يبلغ متوسط ​​القيمة الحرارية الصغرى للغاز التخليقي غير المعالج بالميثان 120 وحدة حرارية بريطانية/ قدم مكعب قياسي . ^{[ 23 ]} ويمكن تشغيل الغاز التخليقي غير المعالج في التوربينات الهجينة التي تسمح بكفاءة أعلى نظرًا لانخفاض درجات حرارة تشغيلها وإطالة عمر أجزائها. ^{[ 23 ]}

يُستخدم الغاز التخليقي كمصدر للهيدروجين ووقود ^{[ 13 ]} (انظر خلية الوقود ). كما يُستخدم أيضًا لاختزال خام الحديد مباشرةً إلى حديد إسفنجي . ^{[ 24 ]} تشمل الاستخدامات الكيميائية إنتاج الميثانول، وهو مادة أولية لحمض الأسيتيك والعديد من الأسيتات؛ والوقود السائل ومواد التشحيم عبر عملية فيشر-تروبش ، وعملية موبيل لتحويل الميثانول إلى بنزين سابقًا ؛ والأمونيا عبر عملية هابر ، التي تحول النيتروجين الجوي (N2 ₎ إلى أمونيا تُستخدم كسماد ؛ والكحولات الأكسو عبر ألدهيد وسيط.

يعتمد الأثر البيئي لإنتاج الغاز التخليقي على مدخلات الطاقة والمواد الأولية وطرق المعالجة المستخدمة في الإنتاج. ^{[ 25 ]} تشمل الدراسات التي تقيّم الآثار البيئية للغاز التخليقي تقييمات لأنظمة الإصلاح القائمة على الغاز الحيوي. يدرس هذا كيف يؤثر اختيار المواد الأولية وظروف العملية على الانبعاثات وكفاءة النظام الإجمالية. ^{[ 26 ]} ترتبط طرق الإنتاج التي تعتمد على مصادر الطاقة القائمة على الوقود الأحفوري عمومًا بانبعاثات أعلى. تُظهر مقارنة هذه الطرق مع الكتلة الحيوية أو الكهرباء المتجددة ارتفاعًا في معدل الانبعاثات. ^{[ 25 ]} تعتمد النتائج المُبلغ عنها على عدد من العوامل مثل استخدام الأراضي ومدخلات سلسلة التوريد وحدود النظام المُطبقة في التحليل. ^{[ 25 ]}

تناولت تقييمات دورة حياة إنتاج الغاز التخليقي مؤشرات بيئية إضافية، تشمل الطلب على الطاقة، واستخدام الموارد، وانبعاثات ملوثات الهواء. ^{[ 27 ]} وتشير بعض الدراسات إلى أن الأنشطة الأولية، مثل استخراج المواد الأولية ونقلها، قد تُسهم في العبء البيئي الإجمالي. ^{[ 27 ]} ونتيجةً لذلك، غالبًا ما تعتمد الاستدامة النسبية لأنظمة إنتاج الغاز التخليقي المختلفة على التكوين التقني، ومزيج الطاقة الإقليمي، وكفاءة النظام. ^{[ 28 ]} وتشير هذه النتائج إلى أن الأداء البيئي قد يختلف بين جميع أنظمة الغاز التخليقي، ولكن يجب تقييمه ضمن مسارات إنتاج محددة.

• "محطة معالجة مياه الصرف الصحي تشم رائحة النجاح في تجربة الغاز الاصطناعي" ARENA، تم الاطلاع عليه في 6 ديسمبر 2020
• أرشيف فيشر تروبش
• https://www.technologyreview.com/s/508051/a-cheap-trick-enables-energy-efficient-carbon-capture/