Kolejny kamień milowy na drodze do czystych technologii paliwowych
Systemy wytwarzania energii przed spalaniem zamieniają paliwo gazowe, stałe lub płynne w mieszaninę wodoru (H2) i dwutlenku węgla (CO2). Są przydatne w produkcji energii elektrycznej, a ponadto w przyszłości wytwarzany dzięki nim wodór mógłby posłużyć do ogrzewania domów i napędzania pojazdów. Co istotne, proces ten może być przeprowadzany praktycznie nie generując emisji, o ile dwutlenek węgla byłby w jego trakcie skutecznie wychwytywany, dlatego jest on często przedstawiany jako użyteczna technika zwalczania wywołanych przez człowieka zmian klimatu. Jednak na przeszkodzie temu stoi fakt, że procesy służące wychwytywaniu dwutlenku węgla, np. z wykorzystaniem płynnego amoniakatu, zachodzą w relatywnie niskich temperaturach, co czyni je kosztownymi, toksycznymi dla środowiska i wymagającymi większych nakładów energetycznych. Finansowany przez UE projekt Advanced Solid Cycles with Efficient Novel Technologies (ASCENT) skutecznie zweryfikował koncepcję trzech innowacyjnych, wysokotemperaturowych (zachodzących powyżej 300 C) procesów wychwytywania CO2 w bardziej przyjazny środowisku sposób, z jednoczesnym wytworzeniem wodoru potrzebnego do wysokowydajnej produkcji energii. Weryfikacja koncepcji trzech procesów Wyjaśniając ideę projektu ASCENT, jego koordynator, dr Stefano Stendaro, mówi: „Główną siłą napędową dla naszych badań było przeniesienie dostępnych obecnie technologii niskoemisyjnych na kolejny poziom, w kierunku redukcji energii zużywanej na ich potrzeby”. Każdy z trzech opracowanych w ramach projektu ASCENT wysokotemperaturowych procesów został zaprojektowany tak, by zmaksymalizować produkcję energii z jednoczesnym zminimalizowaniem emisji CO2. Wszystkie badane procesy łączą reakcję endotermicznej (wymagającą dostarczenia ciepła) z reakcją egzotermiczną (generującą ciepło), tworząc innowacyjne połączenie dwóch generujących ciepło reakcji, co czyni cały proces daleko bardziej wydajnym. Integracja tych reakcji w jednym reaktorze pozwoliła na podniesienie temperatury paliwa do efektywnej produkcji wodoru, wymagając przy tym mniej osprzętu i zwiększając ilość wytwarzanej energii. Co więcej, odpadowe ciepło powstałe w trakcie produkcji CO2 i H2 może samo w sobie wytworzyć więcej energii w toku dodatkowego termodynamicznego cyklu produkcji. Trzy badane w ramach projektu koncepcje wytwarzania bogatego w wodór paliwa do wykorzystania w cyklu energii lub w przemyśle, zaprojektowano tak, by wzajemnie się uzupełniały. Zbadano zapętlony cykl wapniowo-miedziowy łączący dwie pary reakcji endo- i egzotermicznych na tym samym nośniku. Następnie, badacze sprawdzili koncepcję nazwaną CSHIFT, opartą na wysoce innowacyjnym systemie reaktorów ze złożem fluidyzacyjnym. Ostatnim krokiem było testowanie procesu reformingu o poprawionej sorpcji (ang. sorption enhanced reforming, SER) w zapętlonym cyklu na złożu fluidyzacyjnym. Jak wspomina dr Stendardo „największym wyzwaniem były testy każdej z technologii w przemysłowych warunkach ciśnienia i temperatury, na materiałach wytwarzanych w skali niezbędnej dla rzeczywistego wdrożenia”. Po weryfikacji koncepcji projektu ASCENT, przeprowadzono dla nich proces modelowania i symulacji w pełnej skali produkcji energii elektrycznej. W kierunku wyższego poziomu gotowości technologicznej Projekt ASCENT wpisuje się w wiele różnych polityk UE ukierunkowanych na środowisko, takich jak poprawa efektywności energetycznej i zwalczanie skutków zmiany klimatu poprzez stosowanie czystych paliw kopalnych. Pomaga także odpowiedzieć na tak palące potrzeby, jak długoterminowe zabezpieczenie europejskich dostaw energii i wzrost konkurencyjności europejskiego przemysłu, w tym przy udziale małych i średnich przedsiębiorstw. Bazując na skuteczności chemicznych i mechanicznych właściwości materiałów projektu ASCENT dr Stendardo optymistycznie stwierdza: „Naszą ambicją jest kontynuowanie przenoszenia procesu do większej skali i wytwarzanie tych materiałów. Technologie opracowane w ramach projektu ASCENT mogą potencjalnie ewoluować w kierunku hybrydyzacji z odnawialnymi źródłami energii na rzecz przechowywania energii i dalszej redukcji emisji CO2”.
Słowa kluczowe
ASCENT, paliwo kopalne, czysta energia, przed spalaniem, zmiana klimatu, CO2, wodór, energia, energia elektryczna, ciepło, temperatura, reaktor
