Ignorowany dotąd recykling energii z procesów przemysłowych zyskuje na znaczeniu
Około dwie trzecie całkowitej energii zużywanej w procesach przemysłowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) jest przekształcane na ciepło. Mniej więcej jedna trzecia z energii potrzebnej w przemyśle(odnośnik otworzy się w nowym oknie) ulega rozproszeniu do otoczenia. Mimo że te liczby robią wrażenie, wciąż za mało inwestuje się w technologie odzysku ciepła odpadowego. Wynika to z tego, że większość traconej energii ma niską jakość. Przy zastosowaniu obecnych technologii zbieranie niskiej jakości energii cieplnej do ponownego wykorzystania w innym miejscu jest dla zakładu przemysłowego niepraktyczne lub nieopłacalne. Uczestnikom finansowanego przez UE projektu Indus3Es(odnośnik otworzy się w nowym oknie) udało się opracować ekonomiczny system, który sprosta tym wyzwaniom. Absorpcyjne transformatory ciepła (ang. absorption heat transformers, AHT) maksymalizują odzysk ciepła w temperaturach poniżej 150 °C. Złożony z nich system został zainstalowany i zaprezentowany w rzeczywistych warunkach przemysłowych na terenie tureckiego zakładu petrochemicznego Tüpraş. Było to jedno z pierwszych w Europie wdrożeń systemu AHT w ostatnich latach.
Odzyskiwanie ciepła odpadowego możliwe także w niskich temperaturach
Kluczem do tego, by odzyskiwanie ciepła odpadowego było wykonalne technicznie i opłacalne, jest zrozumienie charakteru uczestniczącej w tym procesie energii. Rozkład temperatur ciepła odpadowego różni się w zależności od rodzaju przemysłu. Zasadniczo znaczna ilość ciepła odpadowego w większości branż pochodzi ze źródeł o temperaturze poniżej 200 °C. Ekonomicznie opłacalne technologie odzyskiwania i rewitalizacji ciepła odpadowego ograniczały się jednak dotąd głownie do źródeł ciepła o średniej lub wysokiej temperaturze. „System AHT opracowany w ramach projektu Indus3Es sprawnie odzyskuje i nadaje wartość ciepłu odpadowemu ze źródeł o niskiej temperaturze, zapewniając przy tym konkurencyjną cenę całego procesu. Wykorzystując strumień odpadowy o temperaturze około 100 °C, generuje on strumień o wyższej temperaturze, który można wykorzystać w procesach rafinacji. W sumie zagospodarowuje on w przybliżeniu 50 % ciepła ze źródeł o niskiej temperaturze, które w przeciwnym razie trafiłoby do atmosfery”, wyjaśnia Asier Martinez-Urrutia, badacz uczestniczący w projekcie.
Ogólne zasady działania
Cykle pracy transformatora AHT są przeciwieństwem cykli chłodziarki absorpcyjnej, która wykorzystuje ciepło do chłodzenia. Oba urządzenia składają się z kondensatora, parownika, absorbera i generatora. Różnica polega na tym, że absorber i parownik w systemie AHT działają pod wysokim ciśnieniem, a kondensator i generator – pod niskim. System Indus3Es może wytworzyć źródło ciepła o wysokiej temperaturze, nadające się do ponownego wykorzystania. Temperatura takiego źródła jest wyższa niż temperatura źródła emitującego niskiej jakości ciepło odpadowe. Ostatecznie system podnosi temperaturę przetwarzanego strumienia z 65 °C do 135 °C. Bazując na wiedzy o działaniu chłodziarek absorpcyjnych, uczestniczący w projekcie naukowcy wprowadzili kilka innowacji w opracowanym systemie. Wdrożyli między innymi rozwiązanie umożliwiające pracę w dwóch trybach absorpcji adiabatycznej, bezsilnikowy układ czyszczący do usuwania niepożądanych nieskraplających się gazów i innowacyjny układ automatycznego sterowania oparty na równaniu charakterystycznym.
Komercjalizacja technologii
„Wykorzystanie przemysłowego ciepła odpadowego może pozwolić na redukcję zapotrzebowania na paliwa kopalne i poprawić sprawność niezliczonych procesów”, wskazuje Martinez-Urrutia. „Nasz system AHT umożliwia ogromny wzrost efektywności energetycznej w branżach energochłonnych, a zwłaszcza w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym, celulozowniach i zakładach papierniczych, sektorze żywności i napojów oraz w rafineriach”. Pierwsze obserwacje działania systemu przyniosły obiecujące wyniki i to nie tylko w zakresie oszczędności energii pierwotnej i redukcji emisji CO2. „Wykazaliśmy, że okres zwrotu kosztów systemu o mocy 200 kW jest o wiele krótszy niż 10 lat, co jest bardzo dużą zaletą pierwszego prototypu o mocy 200 kW. Według naszych obliczeń inwestycja w gotowy do wprowadzenia na rynek sprzęt powinna zwrócić się w ciągu sześciu lat”, dodaje Martinez-Urrutia. Naukowcy stawiają sobie teraz za cel przygotowanie systemów, które będą działać na jeszcze większą skalę. Reasumując, Martinez-Urrutia deklaruje, że „okres zwrotu z inwestycji w system AHT o mocy 1 MW zostałby skrócony do dwóch lat”. Uzyskanie większej wydajności przyczyniłoby się do znaczącego upowszechnienia rozwiązań AHT w sektorach energochłonnych.
Słowa kluczowe
Indus3Es, ciepło odpadowe, absorpcyjny transformator ciepła, niska temperatura, odzysk ciepła odpadowego, energia w przemyśle, chłodziarka absorpcyjna, przemysł energochłonny, efektywność energetyczna