Elektrownie wykorzystujące technologię PEM przetwarzają wodór na czystą energię elektryczną
W zakładach produkujących chlor i alkalia wykorzystywany jest proces elektrolizy, w wyniku którego solanka – roztwór wodny chlorku sodu (NaCl) – jest przekształcana w chlor (Cl2) i wodorotlenek sodu (NaOH). Produkty te są ważnymi surowcami dla przemysłu chemicznego, natomiast proces ich wytwarzania wymaga dużych ilości energii elektrycznej. Produktem ubocznym powstającym w wyniku tych procesów jest wodór o wysokiej czystości, a w wielu zakładach chloro-alkalicznych, zwłaszcza w Chinach, jest on po prostu uwalniany poprzez odpowietrzanie. Projekt DEMCOPEM-2MW wykazał, że za pomocą technologii membran do wymiany protonów (PEM) można przekształcać uwolniony wodór w energię elektryczną, ciepło i wodę, które mogą być następnie spożytkowane przez elektrownie chloro-alkaliczne, zapewniając korzyści zarówno środowiskowe, jak i gospodarcze. Projekt DEMCOPEM-2MW otrzymał dofinansowanie w ramach wspólnej inicjatywy technologicznej UE dla projektów opartych na współpracy. Integracja technologii PEM Najważniejszym elementem systemu DEMCOPEM-2MW są ogniwa paliwowe PEM, które przekształcają energię chemiczną, wytworzoną podczas reakcji elektrochemicznej między wodorem i tlenem, na energię elektryczną. Kluczowe znaczenie ma ta część ogniw, w której zachodzą reakcje, czyli tzw. „granica trzech faz” (ang. triple phase boundary, TPB), gdzie elektrolit, katalizator i reagenty mieszają się ze sobą. „Instalacja technologii PEM w fabrykach w celu wykorzystania gazu wodorowego do produkcji energii elektrycznej jest stosunkowo łatwa. Wodór jest po prostu wychwytywany za pomocą rurociągu, w wyniku czego zakład chloro-alkaliczny może obniżyć wydatki na energię elektryczną nawet o 20 %”, mówi koordynator naukowy Jorg Coolegem. System ma z założenia zrównoważony charakter, ponieważ jedynym reagentem jest czysta woda. Oznacza to, że w wyniku reakcji nie powstają żadne gazy cieplarniane, tlenki azotu, cząstki stałe ani inne szkodliwe substancje. Ponadto energię cieplną zużywaną podczas procesu można wykorzystać na przykład do wstępnego ogrzania solanki (potrzebnej do elektrolizy), a woda demineralizowana otrzymywana wskutek utleniania się wodoru może być użyta do produkcji solanki. Instalacja została zaprojektowana na 20 lat nieprzerwanej eksploatacji. W tym okresie stosy ogniw paliwowych będą kilkukrotnie wymieniane, ale zostały one zaprojektowane w taki sposób, aby umożliwić recykling i ponowne wykorzystanie większości zastosowanych podzespołów i elementów. Aby obniżyć koszty produkcji i konserwacji, ogniwa paliwowe (zwłaszcza membrany, elektrody i katalizator) są zbudowane w sposób zapewniający trwałość i maksymalne ograniczenie strat energii. System działa automatycznie za pomocą programowalnego sterownika logicznego (PLC), a ponadto posiada funkcję zdalnego monitorowania w celach diagnostycznych oraz zdalnej pracy (na przykład w celu uruchomienia/zatrzymania produkcji lub zmiany mocy produkcyjnych). Gotowość do wdrożenia Po opracowaniu jednostki o mocy 1 MW uczestnicy projektu dokonali kolejnych znaczących postępów, uruchamiając najnowszy system o mocy 2 MW, który został zaprojektowany i skonstruowany w fabryce MTSA w Holandii. Po zainstalowaniu ogniw paliwowych produkowanych przez firmę Nedstack kompletny system został poddany testom, które zakończyły się sukcesem. Technologia jest zatem gotowa do wprowadzenia na rynek. Została już zakupiona przez zakłady Ynnovate w Yingkou w Chinach, gdzie pomyślnie przeszła testy zgodności. „Chiny są idealnym rynkiem ze względu na wysokie ceny energii elektrycznej, które są tam nawet dwukrotnie wyższe niż w Europie. Ponadto należy wziąć pod uwagę, że Chiny odpowiadają za 50 % światowej produkcji chloru i alkaliów, przez co wysoka efektywność energetyczna jest dla nich koniecznością”, mówi koordynator techniczny Jan ten Have. Systemy te mogą być zastosowane nie tylko w sektorach, w których wodór jest już wytwarzany jako produkt uboczny, ale również w rozwiązaniach typu elektryczność-elektryczność (ang. power-to-power, P2P), gdzie tymczasowy nadmiar energii ze źródeł odnawialnych (np. z wiatru lub słońca) jest magazynowany jako wodór. Dzięki temu podczas niedoborów energii ze źródeł odnawialnych wodór mógłby być przekształcany na energię elektryczną przy użyciu elektrowni PEM. Ponadto istnieje możliwość dostosowania technologii PEM do potrzeb sektora transportu, na przykład morskiego i kolejowego.
Słowa kluczowe
DEMCOPEM-2MW, energia, energia elektryczna, zerowa emisja, gospodarka niskoemisyjna, wodór, membrana do wymiany protonów, chloro-alkaliczny, solanka, utlenianie, odnawialne
