Nowy sposób na energię

Wytwarzanie energii

Na pierwszy rzut oka mogłoby się wydawać, że mamy do czynienia z opowieścią o zasilanych zieloną energią elektrolizerach, które wytwarzają wodór z wody. Ten jest paliwem idealnym – w wyniku jego spalania powstaje jedynie woda. Ale koncepcja wytwarzania i magazynowania energii opracowana przez naukowców z Politechniki Warszawskiej jest znacznie bardziej rozbudowana. – Przeprowadzanie elektrolizy i wytwarzanie wodoru przy wykorzystaniu energii z OZE nie jest nowe. Nowością jest fakt, że proponujemy wykorzystanie też powstającego w tym procesie tlenu – mówi dr Aleksandra Dzido. To bardzo istotne, bo tlenu jest osiem razy więcej niż wodoru, tak bowiem wynika z budowy cząsteczki wody. – W standardowym podejściu nie wiadomo, co z tym tlenem zrobić – dodaje prof. Piotr Krawczyk.

Proces zeroemisyjny

Dlatego naukowcy z PW zaproponowali układ składający się z dwóch części: w tej drugiej też ma być produkowany prąd – tym razem tradycyjnie – poprzez spalanie gazu ziemnego lub węgla. – W powietrzu zawartość tlenu wynosi zaledwie 21 proc., 78 proc. to azot, reszta to pozostałe składniki. Jeśli zaczniemy spalać gaz ziemny w czystym tlenie, otrzymamy dwutlenek węgla i trochę wody. Ze strumienia spalin łatwo ją wykroplić. Na koniec dostaniemy w zasadzie czysty CO2, który możemy wykorzystać do celów technologicznych, np. gazowania napojów czy wytwarzania paliw syntetycznych, bez emisji do atmosfery – mówi dr Dzido. Dzięki temu cały proces jest zeroemisyjny.

W spalinach powstających na skutek spalania paliw w powietrzu (układ standardowy) dwutlenku węgla jest niewiele, co utrudnia jego wychwytywanie. – Dlatego zaproponowaliśmy sprzężenie tych dwóch układów: wodorowego i tradycyjnego, bo to daje efekt synergii – dodaje prof. Krawczyk. Proces spalania w powietrzu wzbogaconym w dodatkowy tlen także jest znany w inżynierii. Ale odbywa się w stężeniu 30–40 proc. tego gazu. Zwiększenie zawartości powoduje wzrost temperatury procesu, trzeba więc zaprojektować odporniejsze na skrajne warunki urządzenia. – Będziemy musieli jakoś zwiększyć strumień spalin. Jeśli się tak nie stanie, to zamiast 1,8 tys. stopni Celsjusza, możemy mieć i 3 tys. stopni. Stąd oprócz innych materiałów w grę chodzi także recyrkulacja spalin, czyli ich częściowe zawracanie do komory spalania, tak by zwiększyć ich strumień i obniżyć temperaturę – tłumaczy badacz.

Odnawialne źródła energii

Po co to wszystko? Bo energetyka dynamicznie się zmienia. – Rośnie udział źródeł odnawialnych, zwłaszcza turbin wiatrowych i paneli fotowoltaicznych, których produkcja jest zależna od pogody i niesterowalna, to znaczy, że produkujemy energię elektryczną, kiedy wieje wiatr lub świeci słońce, a nie tak jak w przypadku źródeł konwencjonalnych czy np. elektrowni wodnych – kiedy jest ona potrzebna. Taka sytuacja generuje wyzwania z pokryciem zapotrzebowania na energię elektryczną, ale także z zapewnieniem stabilnej pracy sieci elektroenergetycznej – mówi dr Dzido. Pomysł Polaków może być rozwiązaniem tego typu problemów. Jak podkreślają naukowcy, ich rozwiązanie jest nie tylko elektrownią samą w sobie, ale również sposobem na magazynowanie energii odnawialnej. By nią efektywnie zarządzać, potrzebny jest bufor. – Najpopularniejsze są w tym przypadku magazyny bateryjne, ale mają one ograniczenia związane chociażby ze skalą, dostępnością materiałów czy degradacją w czasie. To, co proponujemy, jest swoistego rodzaju stabilizatorem systemu – mówi prof. Krawczyk.

Cały układ ma działać w następujący sposób. Kiedy odnawialne źródła energii (np. wiatraki czy panele słoneczne) produkują nadmiar energii, włączamy elektrolizery i produkujemy wodór i tlen. Obydwa te gazy można przechowywać (magazyny energii) i wykorzystać, gdy zajdzie potrzeba. Kiedy słońce zajdzie lub wiatr ucichnie, zaczynamy zużywać wodór jako paliwo, a tlen w procesie spalania, wytwarzając prąd i ciepło. – System może też działać sekwencyjnie, by pokryć zapotrzebowanie na energię przez dłuższy czas – mówi dr Dzido. Czyli najpierw wykorzystujemy OZE, potem spalamy wodór, zaś na koniec, kiedy jest taka potrzeba, spalamy paliwa kopalne z wykorzystaniem tlenu. Warto też pamiętać, że w tym procesie odzyskujemy dwutlenek węgla, który da się wykorzystać w przemyśle.

Na razie pomysł naukowców z Politechniki Warszawskiej jest we wstępnej fazie realizacji. – Jak we wszystkich tego typu przypadkach idziemy standardową ścieżką. Najpierw opracowujemy pomysł, potem robimy symulacje, czy ma sens, a następnie staramy się o finansowanie. Jeśli uznamy, że jest on nowy, przygotowujemy zgłoszenie do Urzędu Patentowego – tak jak w tym przypadku. Docelowo będziemy chcieli zbudować instalację, żeby go przetestować. Tu jesteśmy na początku tego procesu – mówi prof. Krawczyk. ©Ⓟ