Pierwsze na świecie przemysłowe ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem zasilane biogazem
Ogniwo paliwowe to generator elektrochemiczny wykorzystujący reakcję chemiczną paliwa z utleniaczem (zazwyczaj tlenem), której produktem, w przeciwieństwie do spalania, nie jest ciepło i spaliny, a energia elektryczna. Istnieją różne rodzaje ogniw paliwowych, których nazwy odnoszą się do zastosowanego elektrolitu. Na przykład dobrze już znane wodorowe ogniwo paliwowe wykorzystuje elektrolit polimerowy uzyskiwany z teflonu. Z kolei w przypadku ogniwa paliwowego ze stałym tlenkiem (ang. solid oxide fuel cell, SOFC) stosuje się zestalony elektrolit tlenkowy zwany także ceramicznym. W ramach finansowanego przez UE projektu SOFCOM opracowano system poligeneracyjny oparty na SOFC, który zasilany był biogazem uzyskiwanym w wyniku procesu oczyszczania ścieków. System mógł pracować w konfiguracji skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej, ciepła i chłodu (ang. cooling, heating and power, CHP), która pozwala na odzysk ciepła odpadowego i CO2 z instalacji (CO2 gromadzony był w postaci mikroalg). Jak wszystkie ogniwa SOFC, system SOFCOM pracował w bardzo wysokiej temperaturze, zapewniając wydajną konwersję energii elektrycznej. Generator SOFCOM to niewielki prototyp koncepcyjny, który pod względem emisji i wydajności nie miał sobie równych w swojej klasie.
Pierwsza demonstracja na wielką skalę
Zespół finansowanego przez UE projektu DEMOSOFC zastosował, przeanalizował i udoskonalił technologię SOFCOM, a następnie zademonstrował jej skuteczność w pełnej skali w oczyszczalni ścieków położonej niedaleko Turynu we Włoszech. Podobnie jak oryginał, wersja demonstracyjna również była zasilana biogazem neutralnym pod względem emisji dwutlenku węgla, uzyskanym w wyniku oczyszczania ścieków komunalnych. DEMOSOFC to jednocześnie pierwsza na świecie instalacja demonstracyjna z dużym (100+ kW) systemem SOFC zasilanym biogazem. „Nasz zespół zaprojektował, od podstaw zainstalował, obsługiwał i utrzymywał oparty na SOFC i biogazie system CHP”, wyjaśnia profesor Massimo Santarelli, koordynator projektu. „Proponowane przez nas rozwiązanie produkuje 110 kilowatów energii elektrycznej i 45 kilowatów energii cieplnej”. To wystarczająca ilość, by pokryć zapotrzebowanie kilku gospodarstw domowych lub biur. Moc wyjściowa była nieco niższa niż zakładane 174 kW, ponieważ zespół projektu otrzymał od dostawcy tylko dwa z trzech zamówionych modułów SOFC.
Wydajna i ekologiczna praca
Przeszło trzy lata eksploatacji i testów w warunkach rzeczywistych wykazały, że przez 80 % czasu pracy wydajność przetwarzania biogazu na prąd przemienny przewyższała 50 %, a wydajność szczytowa wynosiła 58 %. Przez około połowę czasu pracy wydajność ogólna sięgała 80–90 %. Emisje do atmosfery, o ile jakiekolwiek miały miejsce, nie zostały wykryte przez żadne czujniki. Wyniki badania potwierdzają opłacalność i wykonalność systemu demonstracyjnego. „Teraz już dokładnie wiemy, jak projektować i instalować przemysłowe systemy oparte na SOFC, przy jednoczesnej minimalizacji powiązanych kosztów”, dodaje Santarelli. „Doskonale znamy także procedury dotyczące ich codziennej pracy, takie jak logistyka kontroli i procedury bezpieczeństwa”. Wiedza ta znajdzie zastosowanie także w przypadku przyszłych podobnych systemów. Zespołowi projektu udało się ponadto dowieść skuteczności rozwiązania do oczyszczania biogazu, które zapobiega przedostawaniu się szkodliwych zanieczyszczeń do ogniwa paliwowego. W ramach dalszych działań członkowie zespołu prowadzą rozmowy z kluczowymi użytkownikami końcowymi, aby rozszerzyć zastosowanie systemu DEMOSOFC. Instalacja tego rozwiązania w samych oczyszczalniach ścieków w Unii Europejskiej pozwoli na produkcję ogromnej ilości energii (około 2–5 GW). Stanowi to obiecujący zalążek rynku, który przybliży nas do ery prawdziwie czystej, zielonej energii.
Słowa kluczowe
DEMOSOFC, SOFC, biogaz, SOFCOM, elektryczność, ścieki, ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem, zielona energia
