Gdy mamy wodór, możemy przystąpić do przerobienia go na metan, (zachęcam do zapoznania się z  właściwościami metanu) lub jak kto woli własnej roboty gaz ziemny (główny składnik gazu ziemnego to właśnie metan). Wytworzony gaz możemy spożytkować do napędzania samochodu wyposażonego w instalacje metanową CNG, założenie takiej instalacji w Warszawie kosztuje ok 3000 – 5000 zł, pieca centralnego ogrzewania typu junkers lub do kuchenki gazowej. Kluczem do uzyskania metanu jest znana od ponad 100 lat reakcja chemiczna Sabatiera, to najprostsza metoda uzyskania tego paliwa i całkowicie wykonalna w warunkach garażowych.
Metoda ta polega na połączeniu ze sobą CO2 i H2 czyli dwutlenku węgla i wodoru wg reakcji: CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O przy udziale katalizatora, skąd wziąć CO2 omówię w dalszej części tego tekstu. Reakcja ta jest silnie egzotermiczna czyli po podgrzaniu substratów do ok 350 st C reakcja przeprowadza się sama wydzielając sporo ciepła. Można to porównać do spalania wodoru w dwutlenku węgla, ale oczywiście z chemicznego punktu widzenia nie jest to spalanie. Do zajścia reakcji wymagany jest katalizator z rutenu, niklu lub Al2O3, oczywiście 2 ostatnie typy katalizatorów są dość tanie za to ruten mimo, że droższy to jednak działa najlepiej. Ruten można kupić w sklepach z odczynnikami chemicznymi. Aby reakcja zaszła musimy do komory odpowiedniej wprowadzić CO2 i H2 następnie podgrzać komorę do temperatury ok 350 st C za pomocą grzałki elektrycznej. Po osiągnięciu tej temperatury reakcja się rozpocznie. Sam reaktor na nasze potrzeby to rura stalowa zwykła o średnicy ok 5 cm i długości 20 cm, katalizator musi być w tej rurce rozsiany dość gęsto, czyli w postaci jakiś żeberek, pręcików czy siatek. Na wyjściu reaktora musi być skraplacz wody. Jaśniej wszystko objaśni rysunek niżej.

Na rysunku widzimy kolejno wloty H2 i CO2, Z1 i Z2 to elektrozawory z przepływomierzami gazu, reaktor to stalowa rura o wymiarach 5 cm średnicy i 20 cm długości. W lewym dolnym rogu widać jasnobłękitny czujnik temperatury. Na żółto zaznaczyłem wełnę mineralna (tak jak się ociepla strych) pełniącą rolę osłony termicznej (wełna wytrzymuje do 700 st C). Jasnoszara powłoka na reaktorze to płat azbestowy, na którym nawinięta jest spirala z grzejnika, azbest pełni role izolatora elektrycznego (spirala nie może się stykać elektrycznie z rurą reaktora). Poziome żeberka w reaktorze to blaszki rutynowe o konstrukcji podobnej jak żeberka w chłodnicy samochodowej, oczywiście można i zastosować zwiniętą w spirale siatkę rutenową drobno oczkową ale blaszki rutenowe znacznie łatwiej dostać niż siatkę. Komputer wszystkim steruje, spirala grzewcza włącza się na minutę dwie max po to, aby nagrzać reaktor do jakiś 350 – 400 st C, wtedy reakcja CO2 z H2 zacznie zachodzić i wydzielać ok 300 – 400 st C sama z siebie.

Sprawność tego reaktora to 70 – 90%, aby sprawność była wyższa należałoby ustawić odpowiednie ciśnienie w komorze reaktora oraz proporcje CO2 do H2. Co do ilości substratów trzeba obliczyć ilości substratów i produktów korzystając z wzorów chemicznych, wtedy nam wyjdzie ile potrzeba CO2 i H2 następnie te dane wprowadzić do komputera, a on odpowiednio ustawi elektrozawory. Nie odpowiednie ustawienie proporcji gazów zaowocuje dodatkowo produkcją trującego tlenku węgla CO. Dalej mamy chłodnicę, gaz jaki się wydostaje z reaktora ma prawie 400 st C zatem trzeba go ochłodzić, może do tego celu posłużyć zwykła chłodnica od ciężarówki z wentylatorem, ale w tedy tracimy masę ciepła które może się nam przydać np do ogrzania zaworów butli z wodorem albo metanem, czy też ciepłej wody użytkowej, albo zasilenia reaktora produkującego tlenek węgla CO do reaktora metanolowego. Gaz zmieszany z parą wodną wychodzący z chłodnicy nie powinien mieć więcej jak 30 st C. Taki ciepły gaz wchodzi do skraplacza, który budujemy z starej małej lodówki, może to być lodówka o wysokości ok 1 m max z silnikiem o mocy kilkadziesiąt watów bez zamrażarki (zamrażarka zużyje nam tylko nie potrzebnie energię). W lodówce ustawiamy na dnie (po wyrzuceniu półek) metanową misę w której stoją aluminiowe płaty blachy (żeberka). Budują one swego rodzaju “kaloryfer” na którym się skrapla woda z reaktora i spływa do miski na dole. Temperatura w lodówce powinna wynosić ok 1-5 st C. W misce jest czujnik poziomu wody, jak woda wzbiera to komputer włącza pompę i wypompowuje wodę z miski do zbiornika elektrolizera wody opisanego w punkcie 1 tematu o magazynowaniu energii. W ten sposób mamy destylowaną wodę do elektrolizy wody. Oczywiście nie wolno spuszczać wody do zera z miski, rurka przez która wylatuje woda zawsze powinna być pod lustrem wody, dbać ma o to komputer na bazie czujnika poziomu wody. U góry lodówki dajemy wyprowadzenie rurowe przez które wylatuje nam metan. Można tam założyć czujnik wilgoci, prosty za 30 zł, czujnik wskaże nam ile w tym metanie jest pary wodnej tak mniej więcej, trzeba zrobić tak (konstrukcja żeberek, wielkość lodówki), aby metan był możliwie najsuchszy, aby czujnik pokazywał “bardzo suche powietrze”. Sama rurka z  metanem powinna być wyprowadzona do osobnego pomieszczenia aby być jak najdalej od chłodnicy lodówki. Bardzo dobrze byłoby jakby się dało wyprowadzić chłodnicę lodówki na zewnątrz budynku albo nawet zakopać metr pod ziemia, zwiększy się wtedy sprawność skraplacza. No i teraz co zrobić z metanem ? Firmy które zakładają instalacje metanowe CNG do samochodów mogą mieć w sprzedaży sprężarki do metanu, można go sobie sprężyc w butlach 40 kg, można też ochłodzić chłodziarka kriogeniczna do – 161 st C i sam się skropli w butli niskociśnieniowej termicznej, Można też sprężyć pod niskim ciśnieniem (ok 20 ATM) do w dużej cysternie LPG, np 6000 litrów. Tak przygotowany gaz możemy podłączyć do kotła CO albo kuchenki gazowej, lub wpompować do samochodu z instalacją CNG.

Ciekawa metoda alternatywna.

Gdybyśmy dysponowali sprężarka kriogeniczną Stirlinga lub tradycyjna sprężarka kriogeniczna oparta o skraplanie i parowanie czynnika roboczego można by się pokusić o budowę komory kriogenicznej o powierzchni ok 3 m3, w komorze tej panowałaby temperatura rzędu – 180 st C. Dałoby to nam pewną wygodę, ponieważ metan gazowy po wyjściu z skraplacza wpadałby rurką do tej komory, w której byłby zbiornik taki zwyczajny – prosta stalowa beczka o pojemności ok 1000 – 1500 l i po prostu by się tam skroplił w tym zbiorniku w ciśnieniu atmosferycznym, rozwiązanie takie pozwala na eliminacje sprężarki do metanu i wysokociśnieniowych butli (chyba ze chcemy tym tankować samochód z instalacją CNG (instalacja metanowa). Jeżeli chcielibyśmy użyć tego metanu do ogrzewania domu i ciepłej wody za pomocą pieca typu junkers lub podłączyć go do kuchenki gazowej, wystarczy tylko wyprowadzić cienką rurkę od cysterny z metanem na zewnątrz tej wielkiej kriolodówki, tam trzeba by podłączyć parownik podobny a w zasadzie prawię identyczny do tego jaki jest w samochodach z instalacją LPG. Dalej juz można podłączać piec lub kuchenkę gazowa lub jedno i drugie. Co do uzyskania energii elektrycznej to tu już jest ciężej, uzyskanie energii elektrycznej z metanu w warunkach domowych jest mało opłacalne chyba ze chcemy zasilać spore gospodarstwo domowe lub kilka gospodarstw. Wtedy należy zbudować mała elektrownie turbinową gdzie czynnik roboczy w postaci wody będzie ogrzewać piec gazowy. Można też odzyskać z metanu wodór za pomocą specjalnego reformera i podpiąć go do ogniwa paliwowego. Ale takie rozwiązanie ma nie wiele sensu, lepiej juz zostawić sobie trochę wodoru z elektrolizy wody (omówionej w pkt 1) i ten wodór podać na ogniwo np AFC. Nasza lodówka kriogeniczna ma jeszcze jedna zaletę, dzięki niej możemy bardzo tanio i prosto uzyskać CO2 z atmosfery, trzeba by umieścić w tej lodówce zbiornik przez, który przelatywałoby powietrze z odpowiednia wolną prędkością, w związku z tym że w zbiorniku byłaby temperatura grubo poniżej -78 st C to CO2 po prostu spadałby na dno zbiornika jako śnieg, zestalałby się w zbiorniku i opadał na jego dno jako biały puch czyli tzw suchy lód. Następnie ten suchy lód byłby za pomocą specjalnego małego taśmociągu transportowany po za lodówkę kriogeniczną do komory, w której by parował (suchy lód paruje bezpośrednio z stanu stałego w gazowy). Tam zasysała by go mała pompka do reaktora Sabatiera. Oczywiście powietrze przez wejściem do komory gdzie się CO2 zestali musi być osuszone w skraplaczu takim jak na rysunku obrazującym układ Sabatiera. Jak ktoś lubi kombinować to może i użyć węgla aktywnego, w temperaturze ponad – 100 st C wiąże on w sobie CO2 do 20% wagi węgla (czyli jak mamy 10 kg węgla aktywnego to zwiąże on nam w sobie 2 kg CO2) czyli dość sporo. W temperaturze – 10 st i więcej czyli np w temperaturze pokojowej lub temperaturze ziemi wynoszącej 5 – 10 st C węgiel aktywny bardzo ładnie oddaje nam to CO2 w postaci gazowej, ale to napisałem tylko jako ciekawostkę, metoda z zestalaniem CO2 jest wydajniejsza. Taśmociąg posiadałby wagę elektroniczną, po nazbieraniu się określonej ilości CO2 na taśmociągu komputer uruchamiałby go i wywoził CO2 do zbiornika na zewnątrz kriolodówki. Jeżeli miałbym poprzestać na metanie i np nie przerabiać go na płynny metanol (pkt 3 działu o magazynowaniu energii) to wolał bym wykonać tą kriolodówke, eliminuje ona konieczność użycia 2 sprężarek, które też cos tam kosztują i niebezpiecznych elementów wysoko ciśnieniowych, wszystko przetwarzane i przerabiane jest w ciśnieniu atmosferycznym. Kriolodówka powinna posiadać zapasowy agregat chłodnicy na wypadek jakby się zepsuł 1 agregat. Zaoszczędzi nam to wyparowania metanu, który z takim trudem sobie wyprodukowaliśmy mając gdzieś rządowa akcyzę i rosnące ceny paliw i gazów. Agregat takiej lodówki ciągnąłby kilka kW energii, którą może nam tylko dostarczyć nasza elektrownia wiatrowa. Oczywiście agregat nie pracuje non stop, ale włącza się co kilkanaście minut na kilka minut. Jeżeli nawet produkowalibyśmy ten metanol z metanu i CO2 to taka lodówka też się przyda bo trzeba gdzieś trzymać metan i produkować CO2, z tym że do produkcji metanu wystarczy 3 x mniejsza kriolodówka o objętości ok 1m3.
Ciekawą możliwością na ochłodzenie metanu jest też zaczerpnięcie pomysłu na kriolodówkę z służby zdrowia. Stosuję się tam komory chłodnicze do krioterapii, lodówki te rozmiarów ok 2×2x2 m pobierają ok 3 kW (łączna moc sprężarek) mocy na skraplanie powietrza. Zwykle występuje tam układ 2 sprężarkowy. Chłodzenie komory lodówki odbywa się po przez rozlanie pod podłogą płynnego powietrza które się gotuje i po woli odparowuje chłodząc komorę nawet do -140 st C. Nam do metanu potrzeba co najmniej -162 st C, a najlepiej – 170. Myślę, że po drobnym podrasowaniu udałoby się to osiągnąć. Na ogrzanie sporego (150 – 200 m2) domu przez pół roku (okres zimowy) potrzeba najwyżej ok 1500 litrów płynnego metanu, czyli całkiem nie wiele, prostopadłościan o wymiarach 1×1x1,5 m.

W punkcie ósmym działu o magazynowaniu energii omówię produkcję etylenu jako alternatywy dla metanu i metanolu, w tym sensie że etylen skrapla się w – 101 st C, a nie w -161 jak metan dzięki czemu znacznie łatwiej go skroplić.

Istnieje też bardziej przyjazna metoda skroplenia metanu i zestalania CO2, moim zdaniem nawet lepsza od tej powyżej. Jak wiemy temperatura krytyczna metanu to – 82,5 st C, czyli mówiąc po ludzku powyżej tej temperatury metan się nie skropli już bez względu na to jak mocno go ściśniemy. Ciśnienie krytyczne zaś to 46,3 barów czyli ok 46 atm. Oznacza to, że potrzeba 46,3 bara w temp -82,5 st C aby skroplić metan. Im niższa temperatura tym mniejsze ciśnienie potrzeba i tak dla np -161,7 st C wystarczy ciśnienie atmosferyczne (opisane wyżej). W takiej sytuacji wystarczyłaby nam chłodziarka potrafiąca uzyskać temperaturę – 90 st C. Można to zrealizować na bazie prostej chłodziarki 1 sprężarkowej nawet, np sprężarki Stirlinga jednostopniowe potrafią uzyskiwać temperatury do -90 st C. Myślę, że bardziej oszczędne energetycznie zamrażarki bazujące na czynniku płynnym (tak jak każda lodówka i klimatyzator) też mogą mieć takie osiągi, kwestia tylko dobrania odpowiedniego czynnika chłodzącego. Freony się tu nie nadadzą ponieważ temperatury jakie można na nich uzyskać to do max – 40 st C. Myślę, że w porozumieniu z ludźmi pracującymi w serwisach chłodziarek można w domu taką sprężarkę zbudować. Moc jaką by pobierała dla ochłodzenia komory o powierzchni ok 3m3 nie przekroczyłaby 1000W. Czyli ok 2 x mniej niż chłodziarka chłodząca do -170 st C. Do tego temperaturę -90 st C łatwiej jest utrzymać w komorze niż -170. Niewiele wyższą temperaturę krzepnięcia od temp krytycznej metanu ma CO2, wynosząca -78,5 st C. Komora miałaby budowę jak ta wyżej z tym że byłaby jeszcze sprężarka metanu i butla ciśnieniowa do jego magazynowania. Po sprężeniu do 46 atm w temperaturze -90 st C metan się w butli skropli. Butli nie wolno wyjmować z lodówki bo po wyjęciu metan w niej się ociepli i zacznie parować, w efekcie ja rozsadzi.