Nowa koncepcja bezpośredniej wymiany ciepła ułatwia sektorom energochłonnym ponowne wykorzystanie ciepła odpadowego
Sektory energochłonne są istotnymi emiterami gazów cieplarnianych w Europie, a cementownie, zakłady chemiczne i huty sali odpowiadają za większość emisji przemysłowych. Znalezienie rozwiązań, które obniżą emisje i zużycie energii, jest sprawą najwyższej wagi. Wykorzystanie ciepła odpadowego wzmacnia gospodarkę o obiegu zamkniętym i prowadzi do ograniczenia emisji i konsumpcji energii z paliw kopalnych. By pomóc w osiągnięciu tego celu, uczestnicy finansowanego przez UE projektu TASIO opracowali technologię nowej generacji do odzyskiwania ciepła odpadowego z energochłonnych procesów przemysłowych w cementowniach, hutach stali i zakładach petrochemicznych. Z powodzeniem sprawdzi się ono jednak też w innych zastosowaniach.
Stawianie na bezpośredniość
Systemy odzyskiwania ciepła odpadowego przekazują ciepło do płynu lub substancji gazowej, których energia cieplna może zostać następnie przekształcona w energię elektryczną lub mechaniczną. Uzyskana tak energia może zostać wykorzystana bezpośrednio w zakładzie przemysłowym, który ją wyprodukował, lub trafić do sieci energetycznej. Organiczny cykl Rankine’a (ang. organic Rankine cycle, ORC) to idealne rozwiązanie w wypadku odzyskiwania i ponownego wykorzystywania ciepła odpadowego. Inaczej niż w standardowym cyklu Rankine’a wykorzystuje się w nim płyn organiczny o dużo niższej temperaturze wrzenia. Wytworzona para napędza turbinę, która może być połączona bezpośrednio z generatorem prądu lub sprężarką kompresującą powietrze do realizacji zadań mechanicznych. Cykl OCR stosuje się zazwyczaj do pośredniej wymiany ciepła na płyn organiczny przy użyciu płynu przekazującego ciepło. Bezpośrednia wymiana ciepła jest przedmiotem intensywnych badań w sektorach motoryzacyjnym i transportowym, którym zależy na wykorzystywaniu ciepła pochodzącego ze spalin. Jak wyjaśnia jednak koordynator projektu, Pedro Egizabal z firmy Tecnalia, „Projekt TASIO był pierwszym wypadkiem wykorzystania technologii OCR opartej na bezpośredniej wymianie ciepła w sektorach energochłonnych. Od konwencjonalnej technologii OCR różni się ona tym, że nie potrzebuje pośredniczącego płynu przekazującego ciepło, upraszcza proces, podnosi sprawność przekazywania ciepła i redukuje koszty utrzymania”.
Zarzewie rewolucji w podejściu do zrównoważonego rozwoju
Egizabal dodaje: „Z powodzeniem wykazaliśmy techniczną i ekonomiczną wykonalność wykorzystania technologii OCR opartej na bezpośredniej wymianie ciepła do produkcji maksymalnie 2 MW mocy w działającym zakładzie produkcji cementu. System pozwolił też na zmniejszenie zużycia wody – niższa temperatura robocza pozwala zrezygnować z wieży chłodniczej (z pompą wysokociśnieniową, która dostarcza wodę do chłodzenia gazu odpadowego)”. Oprócz tego zespół przetestował też niewielki demonstrator modułu OCR o mocy 15 kW pod kątem zdolności do produkcji sprężonego powietrza. Kluczem do sukcesu projektu okazało się opracowanie innowacyjnego połączenia powłoki i stalowego podłoża do produkcji komponentów przeznaczonych do wykorzystania w temperaturach wyższych niż w konwencjonalnych systemach OCR. Naukowcy przeprowadzili też analizę wykonalności i kosztów dla wdrożenia technologii OCR w zakładzie pilotażowym, w którym miałaby ona służyć do uzdatniania ścieków petrochemicznych.
Zachęta do zrównoważonej transformacji
Choć sektory energochłonne odpowiadają za ponad połowę energii zużywanej przez unijny przemysł, produkują one towary i materiały, które pozwalają zredukować emisję w innych sektorach, takich jak transport, budownictwo i energetyka. Są one też kluczowym elementem wielu strategicznych łańcuchów wartości. Egizabal podsumowuje: „Uczestnicy projektu TASIO z powodzeniem wykorzystali »zanieczyszczone« procesy przemysłowe i gazy odpadowe do produkowania energii elektrycznej przy użyciu zrównoważonej technologii OCR. Polityki publiczne i zachęty upowszechniające takie technologie wzmocnią konkurencyjność i zrównoważony rozwój energochłonnych sektorów, które pośrednio i bezpośrednio wpływają na gospodarkę i powstawanie nowych miejsc pracy”.
Słowa kluczowe
TASIO, ciepło, energia, ciepło odpadowe, sektory energochłonne, bezpośrednia wymiana ciepła, odzysk ciepła odpadowego, organiczny cykl Rankine’a, cement
