Nad systemem, który pozwoli na równoczesne wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła bez korzystania z sieci elektroenergetycznej, pracują naukowcy z Politechniki Warszawskiej. Projekt został dofinansowany kwotą 1,8 mln zł w ramach konkursu LIDER Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.
Rozwiązanie powstaje na Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej. Ma to być prototyp jednostki kogeneracyjnej (tzn. wytwarzającej równocześnie lub w ramach jednego procesu technologicznego energię elektryczną i ciepło) i to zupełnie nowego typu (zarówno w kwestii rozwiązania technicznego, jak i samej nazwy) – MCeFC, czyli Molten Carbonate e-Fuel Cell.
Jest to wysokotemperaturowy stos ogniw paliwowych bazujący na technologii ogniw węglanowych, jednak zasilany płynnymi biopaliwami i e-paliwami zamiast wodorem – wyjaśnia dr inż. Olaf Dybiński, lider projektu. – Ogniwa te w procesie elektrochemicznym, w ramach którego następuje transport jonów węglanowych, pozwalają na wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła. Cały proces zachodzi przy temperaturze 600–700 stopni Celsjusza.
To pozwala na wykorzystanie endotermicznej reakcji reformingu parowego paliw płynnych – to znaczy, że paliwa płynne (takie jak nafta, olej napędowy czy różne alkohole) są przekształcane w gaz syntezowy (mieszankę wodoru i tlenku węgla) przy użyciu pary wodnej i ciepła. Bilans cieplny wciąż pozostaje pozytywny.
Dzięki odpowiedniej konstrukcji możliwe będzie bezpośrednie zastosowanie różnych, w tym syntetycznych, paliw płynnych i biopaliw, co jest innowacją na rynku ogniw paliwowych i w gałęzi urządzeń kogeneracyjnych małej skali – dodaje dr Dybiński.
Samodzielnie, bezpiecznie i ekologicznie
Główną zaletą MCeFC będzie energetyczna niezależność odbiorców końcowych (w skali domów jednorodzinnych) od sieci elektroenergetycznej.
Do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła na własne potrzeby będą używane paliwa, które wkrótce będą dostępne na każdej stacji benzynowej lub będą mogły być wytworzone z wykorzystaniem tradycyjnej fermentacji alkoholowej – opowiada dr Dybiński. – Mamy tu na myśli alkohole – z naciskiem na te wytwarzane syntetycznie, aby zachować zamknięty obieg dwutlenku węgla – takie jak metanol, etanol, propanol czy też gliceryna, jak również biopaliwa, produkowane głównie w oparciu o naturalne procesy fermentacji alkoholowej, na przykład po prostu bimber. W praktyce wykorzystanie opracowywanego kogeneratora będzie ograniczało się do uzupełniania zbiornika paliwa mieszaniną wody i wybranego alkoholu, gdyż wodór biorący udział w procesie wytwarzania energii uwalniany będzie bezpośrednio w urządzeniu zarówno z paliwa, jak i z wody. Urządzenie MCeFC powinno pracować bez obsługi serwisowej przez kilkadziesiąt tysięcy godzin.
W projekcie zrezygnowano z paliwa w postaci czystego wodoru, co pozwala uniknąć problemów z jego transportem i magazynowaniem. Te procesy zawsze generują straty, a także wymagają użycia dodatkowej energii elektrycznej, np. do sprężania czy skraplania. To generuje oczywiście kolejne koszty. Wodór jest także łatwopalny i wybuchowy, co również utrudnia transport i magazynowanie oraz byłoby niebezpieczne w przypadku przechowywania paliwa w domu.
Zastąpienie wodoru paliwami, które mogą być transportowane i przechowywane z wykorzystaniem dostępnej infrastruktury, rurociągów, zbiorników i kanistrów, pozwala nie tylko na uniknięcie problemów związanych z wodorem jako paliwem, ale zarazem umożliwia wykorzystanie wszystkich zalet, jakie niesie za sobą rozwój odnawialnych źródeł energii, technologii wychwytu CO2 i magazynowania energii w postaci energii chemicznej paliwa.
Dzięki wykorzystaniu paliw syntetycznych produkowanych z wychwyconego CO2 (e-paliw) zapewniamy zamknięty obieg dwutlenku węgla, a więc nie generujemy nowych zanieczyszczeń do atmosfery – dopowiada dr Dybiński. – Jeśli natomiast wykorzystamy biopaliwo, tak naprawdę MCeFC będzie odnawialnym źródłem energii, które może być traktowane na równi z fotowoltaiką czy wiatrakami.
Zmiana wymaga zmiany… przepisów
Wykorzystanie biopaliw do zasilania MCeFC w przyszłości powinno umożliwić traktowanie urządzenia jako generator OZE pracujący w systemie prosumenckim – do tego jednak potrzeba jeszcze dostosowania przepisów.
W ramach projektu planujemy także opracować strategię zmiany przepisów i lobbować za rozszerzeniem definicji instalacji kwalifikujących się do udziału w rynku energii w roli prosumenta właśnie w celu uwzględnienia generatorów elektrochemicznych takich jak MCeFC – podkreśla dr Dybiński.
Takie rozwiązanie przyniosłoby dodatkowe zyski dla użytkowników i stabilizację pracy sieci elektroenergetycznej w dowolnej skali, gdyż MCeFC generuje stabilną moc elektryczną i jest urządzeniem sterowalnym w odróżnieniu od fotowoltaiki i wiatraków, które w pełni uzależnione są od warunków atmosferycznych.
Obecnie zespół jest na etapie opracowywania projektu technicznego elementów konstrukcyjnych jednostki MCeFC. Na realizację przedsięwzięcia Narodowe Centrum Badań i Rozwoju przeznaczyło blisko 1,8 mln zł w ramach konkursu LIDER. Jest on skierowany do badaczek i badaczy, których wyniki prac badawczo-rozwojowych mogą być wdrożone w gospodarce i którzy spełniają się w roli kierowników kilkuosobowych zespołów lub mogą, dzięki udziałowi w programie, rozwinąć swoje kompetencje w tym zakresie. W ostatniej edycji, rozstrzygniętej w listopadzie ubiegłego roku, finansowanie otrzymało w sumie 41 projektów na łączną kwotę 70,3 mln zł. Do 30 czerwca trwa nabór do kolejnej odsłony konkursu.
MK, źródło: PW