Biowęgiel i wodór z odpadów to przyszłość energetyki

Projekt Hydromine skupił specjalistów z czołowych ośrodków naukowych Europy

Większość wodoru wytwarzana jest z paliw kopalnych, głównie na drodze reformingu parowego gazu ziemnego. Całkowita światowa jego produkcja przekracza 94 mln ton rocznie, a prognozy wskazują na stworzenie rynku o wartości sięgającej 1,4 bln dolarów rocznie w perspektywie najbliższych 25 lat. Światowy rynek wytwarzania wodoru do 2030 r. ma być wart 219,2 mld dolarów.  W Głównym Instytucie Górnictwa dobiegł właśnie końca projekt o akronimie HydroMine, pt. „Opracowanie procesu rafinacji odpadów komunalnych ukierunkowanego na wytwarzanie wodoru w oparciu o nowatorski proces zgazowania otworowego w połączeniu z zaawansowanymi technikami separacji gazów”. 

Projekt HydroMine to międzynarodowe przedsięwzięcie, finansowane w ramach Funduszu Badawczego dla Węgla i Stali. Zaproponowano w nim innowacyjne podejście do produkcji wodoru z wysokoenergetycznej frakcji stałych odpadów komunalnych (Refuse Derived Fuel – RDF). Nowatorski sposób zgazowania RDF w trybie wsadowym, z zastosowaniem horyzontalnych kanałów w utworzonym złożu surowca oraz technologia zorientowana na produkcje wodoru, zostały opracowane w oparciu o wcześniejsze doświadczenia konsorcjantów projektu z prac z zakresu zgazowania węgli w warunkach in-situ. W projekcie wykorzystana została infrastruktura badawcza Centrum Czystych Technologii Węglowych GIG zlokalizowana m.in. w Kopalni Doświadczalnej Barbara w Mikołowie.

Wcześniej używana była do prowadzenia prac badawczo-rozwojowych w obszarze zgazowania węgla in situ. W ramach realizacji projektu HydroMine, istniejący reaktor zgazowania o złożu stałym i długości 7 m, został dostosowany do zgazowania surowca odpadowego.

- Wykorzystaliśmy do badań metodę otworową, która nigdy nie była testowana wcześniej. Przeprowadziliśmy trwający półtora roku program eksperymentalny, w ramach których opracowany został cały proces rafinacji odpadów uzyskując zadowalające wyniki, czyli wysoką zawartość wodoru. Te wyniki również posłużyły następnie dla innych partnerów projektu, którzy zajmowali się opracowaniem technologii separacji wodoru z gazu. Gaz bowiem, który uzyskujemy, to nie jest czysty wodór lecz mieszanina. Nasi włoscy partnerzy z Instytutu Technologii Membranowych z Rende z zastosowali technologie membranowe. Równolegle była testowana technologia corki zmiennoczesieniowej, za którą odpowiadali partnerzy z Uniwersytetu Mons w Belgii. Współpracowaliśmy także z naukowcami z Instytutu Materia Nova z Belgii, który zajmował się nie tyle separacją wodoru, co przetwarzaniem, zmianą składu wykorzystując technologię plazmową – tłumaczy dr Krzysztof Kapusta, kierownik Laboratorium Instalacji Doświadczalnych CCTW w GIG-PIB.

Odpady komunalne, a szczególne ich wysokoenergetyczna frakcja - RDF, uważane są za potencjalny surowiec do procesu zgazowania ukierunkowanego na wytwarzanie gazu o wysokiej zawartości wodoru. Opracowywana technologia doskonale wpisuje się również w założenia gospodarki w obiegu zamkniętym, gdyż wytwarzany w procesie HydroMine wodór może zostać ponownie wykorzystany na potrzeby syntez chemicznych, np. metanolu, amoniaku lub tworzyw sztucznych.

W trakcie konferencji podsumowującej projekt, która odbyła się 8 października w GIG swoje doświadczenia zaprezentował także Europejski Instytut Badań nad Energią w Karlsruhe. Tamtejsi naukowcy analizują ścieżki waloryzacji biomasy i odpadów w kierunku produkcji biowęgla. Może on być produkowany zarówno z biomasy mokrej jak i suchej. 

- Przemysł metalurgiczny mógłby wykorzystać taki wysokoopałowy biowęgiel, ale nie tylko. Taki biowęgiel z procesów hydrotermalnych może być wykorzystany w energetyce zawodowej, bo wartość opałowa jest zbliżona do biomasy. Mówimy tutaj o około 20 GJ na tonę – tłumaczył Karol Witkowski, ekspert z dziedziny technologii termalnych, biomasy i bioenergii.

Biowęgiel to stała, bogata w węgiel substancja powstająca w wyniku pirolizy biomasy uzyskiwana w procesie pirolizy z roślin energetycznych, odpadów leśnych, biomasy rolniczej, odpadów z przetwórstwa rolno-spożywczego, osadów ściekowych, odpadów komunalnych, w środowisku z ograniczonym dostępem tlenu.  Przypomina węgiel drzewny. W elektrowniach i ciepłowniach służy jako stabilne paliwo odnawialne oraz sposób na ograniczenie emisji dwutlenku węgla. Jest też wytwarzany w celach poprawy właściwości gleby lub sekwestracji węgla