Syntetyczny metan jako źródło czystej energii. (Power-to-Gas)

Promienie słoneczne i wiatr to nieograniczone źródła czystej odnawialnej energii. Jednak jednym z zagadnień ciągle czekającym na skuteczne rozwiązanie jest trudność dostosowania podaży energii pochodzących ze źródeł naturalnych ze zmieniającym się popytem. Elektrownie wiatrowe i ogniwa fotowoltaiczne produkują energię tylko kiedy wieje wiatr lub świeci słońce. Niestety dostępność wiatru i słońca ma charakter cykliczny w wymiarze dobowym, a także jest zależna od pór roku. Zapotrzebowanie na energię z jest również zmienne i zwykle nie pokrywa się z dobowym i sezonowym cyklem produkcji energii odnawialnej ze źródeł naturalnych. Rodzi to konieczność tworzenia instalacji magazynowania energii tak aby można było ja wytwarzać  wtedy gdy energia słoneczna i wiatr są dostępne a zużywać według potrzeb.
 

Alternatywą bądź technologią komplementarną dla mających swoje miejsce i rolę w energetycznym łańcuchu dostaw instalacji akumulatorowych być może stanie się metoda przetwarzania i magazynowania energii znana jest pod nazwą Power-to-Gas lub P2G. Dotychczas odnawialna energia elektryczna mogła by być wykorzystywana do produkcji wodoru, jednak paliwo wodorowe jako bardzo niestabilne napotyka na trudności z szeroką akceptacją. Lepszym alternatywnym rozwiązaniem wydaje się wykorzystanie energii elektrycznej ze  źródeł odnawialnych do produkcji metanu. Wytwarzanie syntetycznego metanu wykorzystującego wodór pochodzący z wody i dwutlenek węgla pochodzące z powietrza może zapewnić neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla paliwo do ogrzewania i transportu oraz utorować drogę do sezonowego magazynowania energii na dużą skalę. Technologia ta jest na razie wykorzystywana w instalacjach badawczych i pilotażowych, a do jej komercyjnego wprowadzenia może być konieczne wsparcie ze strony rządów lub Unii Europejskiej.
Power-to-Gas  (P2G) odnosi się do produkcji tych syntetycznego metanu przy wykorzystaniu elektrolizy i metanizacji, w przeciwieństwie do gazów obecnie uzyskiwanych w procesie przetwarzania paliw kopalnych i biomasy. Jest to więc z pewnością technologia czystsza. Dyskusje czy jest to prawdziwa energia odnawialna i jaka jest właściwa dla niej nazwa, ciągle trwają.

W procesie P2G wodór (H2) produkowany jest z wody w procesie elektrolizy czyli rozkładu na tlen i wodór przy użyciu elektryczności. Otrzymany w ten sposób wodór może być wykorzystywany jako czyste paliwo wodorowe, dodatek do gazu ziemnego lub poddany procesowi metanizacji dla uzyskania metanu (CH4).
Metan jako podstawowy składnik naturalnego gazu ziemnego, może być użyty bezpośrednio w stosowanych obecnie instalacjach gazowych . Do uzyskania metanu oprócz wodoru wykorzystywany jest dwutlenek węgla (CO₂) pochodzący bądź z powietrza przez bezpośrednie wychwytywanie bądź uzyskiwany z biomasy, co zapewnia zamknięty obieg węgla. Pochodzący z powietrza czy też przetwarzania odpadów organicznych dwutlenek węgla zamieniany jest w paliwo, które następnie w procesie spalania oddaje dwutlenek węgla do atmosfery.  Dlatego też technologia ta jest uznawana za neutralną pod względem emisji CO2.

Ponieważ zużycie energii nie jest rozłożone równomiernie  w ciągu roku, a  w miesiącach zimowych zwiększa się popyt na oświetlenie i ogrzewanie,  wytwarzanie energii elektrycznej dla zaspokojenia zwiększonego popytu mogłoby odbywać się w elektrowniach gazowych spalających syntetyczny metan, a więc paliwo neutralne ze względu na CO2. Takie instalacje mogą uzupełniać instalacje smart-grid i współdziałać z farmami akumulatorowymi jako magazyny energii.
Ponadto syntetyczny metan może być również stopniowo zmniejszać zależność przemysłu przetwórstwa chemicznego od paliw kopalnych gdyż procesy wykorzystujące wodór i węgiel mogłyby używać pierwiastków wytworzonych syntetycznie zastępując obecne procesy bazujące na gazie ziemnym i ropie naftowej. Także przestawienie niektórych energochłonnych procesów przemysłowych, obecnie zasilanych gazem ziemnym, na wykorzystywanie syntetycznego metanu może być łatwiejsze i płynniejsze niż przestawienie ich na wykorzystywanie energii elektrycznej.
 Z powodu wysokich kosztów technologia P2G nie będzie mogła w najbliższym czasie konkurować bezpośrednio z gazem ziemnym. Dla rozwoju tej technologii i osiągnięcia efektu skali niezbędne będzie wsparcie zarówno finansowe jak i regulacyjne, np. obowiązkowe kwoty udziału gazu syntetycznego w paliwach lub zwiększanie cen emisji dwutlenku węgla co promowałoby używanie technologii neutralnych ze względu na CO2.

Technologia P2G jest obecnie intensywnie rozwijana u naszych zachodnich sąsiadów, i ma wciąż charakter eksperymentalny ale dalszy jej rozwój zapewne umożliwi jej stosowanie na skalę przemysłową. Barierą dla rozwoj instalacji P2G na dużą skalę może się okazać brak odpowiednich nadwyżek energii odnawialnej do produkcji wystarczającej ilości syntetycznego metanu, szczególnie w krajach o ograniczonym nasłonecznieniu leżących np. w północnej części Europy. Instalacje takie są bardzo kapitałochłonne i dla uzyskania akceptowalnych poziomów rentowności musiałyby pracować w ruchu ciągłym, co wymagałoby stałego dopływu energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych.  

Może okazać się, że miejscem gdzie produkcja energii w celu przetwarzania jej w gaz syntetyczny będzie możliwa są kraje o dużym nasłonecznieniu czyli te, które obecnie produkują paliwa kopalne na Bliskim Wschodzie i Afryce.
 Technologia P2G może więc okazać się interesującą metodą przejścia krajów opierających swe gospodarki na wydobyciu ropy naftowej i gazu ziemnego do produkcji energii odnawialnej, a obecne metody i kanały transportu surowców energetycznych mogłyby zostać zachowane przy ograniczonej modyfikacji. Umożliwiło by to krajom, producentom energii łagodne przejście od źródeł kopalnych do odnawialnych przy zminimalizowaniu negatywnych dla nich skutków przechodzenia gospodarki światowej na odnawialne źródła energii.