BIOWĘGIEL potencjalny arsenał dla kontroli zmian klimatu i walki z niską emisją

Transkrypt

1 BIOWĘGIEL potencjalny arsenał dla kontroli zmian klimatu i walki z niską emisją Konferencja Naukowa Problemy gospodarki energią i środowiskiem w rolnictwie, leśnictwie i przemyśle spożywczym Zbigniew BIS Warszawa, wrzesień 2016

2 Pilna potrzeba rozwoju nowych metod sekwestracji C alternatywnych do kosztownego CCS! ALTERNATYWĄ BIOMASA gdyż jest jej dużo!

3 Bilans węgla w przyrodzie tak było? Dokąd zmierzamy!? 5% Większość gleb rolnych w Polsce (średnia grubość 25 cm): tc/ha przy % humusu ( % C)

4 Bilans węgla w przyrodzie a spalanie biomasy Dokąd zmierzamy?! ZAKRES DEFORESTACJI Sekwestracja C = 0! Zaw.C O!, Mniej niż 26 tc/ha degradacja gleby konieczna rekultywacja!

5 Ciepło spalania i wartość opałowa biomasy o różnej zawartości wilgoci W g *10-3, W d *10-3 [kj/kg] W g (X H2O )=(1-X H2O )W dry g Granica palnosci W d (X H2O )=(1-X H2O )W dry g W g - stan analityczny W d - stan analityczny W g - stan suchy W d - stan suchy W d - stan roboczy - r*((1-x H2O )*h dry +X H2O ) X H2O *100 [%]

6 Spalanie drewna - peletów

7

8 Biowęgiel, Biocarbon, Biochar

9 An example biochar

10 4,5 5,5 6,5 Przebieg procesu autotermicznej waloryzacji 40 6,0 5,0 Ciepło spalania [MJ/kg] ,0 h = 3,5 % c = 80 % 4, ANTRACYT 4,5 Biocarbon I 60 Biocarbon II WĘGIEL KAMIENNY WĘGIEL BRUNATNY DREWNO Substancje lotne [%] 35 SŁOMA

11 Biowęgiel

12 Różne biomasy w procesie termolizy

13 Autotermiczne Wytwarzanie Biowęgla k AWP k (biocarbon), bioc 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 bioc k (biocarbon) k Cieplo do zagospodarowania AWP Biomasa w stanie roboczym 0,3 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 X [kg H2o / kg paliwa ]

14 Uwęglanie - redukcja zanieczyszczeń Relative concentration [-] 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Fuel Biochar Hg Cl Na K Mg Ca P S

15 Biocarbon i toryfikacja doświadczenia P. Cz. toryfikacja uwęglanie

16 Niskoemisyjne Paliwo Biokompozytowe NPB (Wspólne uwęglanie biomasy i węgla)

17 SMOG w Krakowie 2015

18 Wspólne uwęglanie biomasy i węgla oczyszcza oba paliwa

19 Brykiety niskoemisyjnego paliwa biokompozytowego

20 Struktura niskoemisyjnego paliwa biokompozytowego

21 SPALANIE NPB

22

23

24 NPB Emisje CO2/SO2/ Wartość opałowa węgiel -95 kg CO2 /GJ; 0,54 kg SO2 /GJ; W d = 23 MJ/kg NPB 67kg CO2 /GJ; 0,08 kg SO2 /GJ; W d = 25 MJ/kg Redukcja: CO2 30%, SO2-85%, Poprawa kaloryczności- prawie 10%

25 Węglowe Ogniwa Paliwowe Direct Carbon Fuel Cell - DCFC

26 Gęstość energii magazynowanie energii Jednostkowa zawartość energii [ kwh/l ] Węgiel 2 - Wodór 3 - Metan 4 - Biomasa surowa 5 - Biomasa sucha 6 - Węgiel brunatny 7 - Węgiel kamienny 8 - Olej opałowy Rodzaj paliwa

27 Zależność uzysku energii z różnych paliw z uwzględnieniem sprawności procesów przetwarzania. FC ogniwo paliwowe, CR parowy obieg Clausiusa-Rankine a. Jednostkowy uzysk energii elektr. [ kwh/l ] ,1 0,01 Metan - FC Wodór - FC 0,001 0,001 Biocarbon zmielony i sprasowany - FC 0,01 0, Jednostkowa zawartość energii [ kwh/l ] Węgiel -FC Węgiel brunatny - CR Biocarbon surowy - CR Biomasa sucha - CR Biomasa surowa - CR Węgiel kamienny - CR

28 TAK JEST... CO 2, SO 2, NO x, CO, Hg, HCl, Pb, Cd, MW t 35 MW e Energia elektryczna z węgla: nieefektywna, brudna lecz TANIA USA 71%, Chiny 51%, Polska 93%

29 ... A TAK MOŻE BYĆ 50 MW t WĘGLOWE OGNIWO PALIWOWE 35 MW e CAŁKOWITA SPRAWNOŚĆ do 70%; TANIE I MOŻLIWE DO ZAINSTALOWANIA W KAŻDEJ ELEKTROWNI WĘGLOWEJ

30 Schemat działania węglowego ogniwa paliwowego

31 31 Węglowe ogniwo paliwowe w KIE PCz 1 doktorat (wyróżniony), 14 publikacji w tym 6 z listy JCR (łączny IF = 21, CI = 26, lista MNiSW :lista A =165, lista B = 27) )

32 Charakterystyki pracy ogniwa zasilanego różnymi paliwami Napięcie [V] 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Grafit Sadza Biowęgiel Węgiel kamienny Gęstość mocy [mw/cm 2 ] 0, Gęstość prądu [ma/cm 2 ]

33 Wyniki badań modelu ogniwa zasilanego surowym węglem kamiennym w porównaniu z osiągami konkurencyjnych ogniw wysokotemperaturowych Gęstość mocy [mw/cm 2 ] Katedra Inżynierii Energii Scientific Applications and Research Associates Lawrence Livermore National Laboratory Uniwersytet Akron Bavarian Center for Applied Energy Research Direct Carbon Technologies Uniwersytet St. Andrews węgiel kam., 2 - stała elektroda węglowa, 3 - węgiel aktyw., 4 - węgiel kam., 5 - sadza, 6 - biowęgiel, 7 - sadza. 450 o C 630 o C 800 o C 900 o C 1000 o C 900 o C 900 o C

34 Produkcja bio-energii z wychwytem i sekwestracją CO2 Bio-energy with carbon capture and storage (BECCS) Zeroemisyjna Strefa Zrównoważona Energetycznie (ZSZE) Gmina Zrównoważona Energetycznie (GZE)

35 Bilans węgla w przyrodzie CCS + Energia Propozycja! Sekwestracja C fotosynteza Biocarbon + microby + nawozy

36 Struktura biowęgla

37 Retencja wody i składników nawozowych w obrębie systemu korzeniowego

38 Saletra amonowa NH 4 NO 3 - emisja związków azotu

39 Dead zone w Zatoce Meksykańskiej spowodowana spływającymi nawozami

40 Wpływ dodatku biowęgla do gleby badania P.Cz

41 Wpływ dodatku biowęgla do gleby badania P.Cz Miskant Poletko porówn. BC 3 BC 7,5 BC 10 BC 7,5 + gnojowica

42 ORMUS Ostatnio pojawia się coraz więcej doniesień o cudownym proszku ORMUSIE, który nazywany jest białym złotem. Substancja odkryta przez Amerykanina Davida Hudsona, farmera z Arizony, podczas badania składu gleby należących do niego terenów. W 1998 Hudson opatentował swój wynalazek jako Orbitally Rearranged Monoatomic Elements, czyli ORMEs, a że nazwa ORMUS brzmi lepiej, proszek zaczęto nazywać tym imieniem. W Polsce ORMUS jest sprzedawany w postaci leku, jest to koloidalny roztwór białego złota, zawierający ponadto takie pierwiastki jak iryd, rod, ruten i platynę. Firma INWEX z Kielc udowodniła, że wpływa on na wzrost roślin

43 ORMUS przykład działania

44 ORMUS przykład działania

45 ORMUS przykład działania

46 ORMUS przykład działania

47 Zastosowanie biowęgla w glebie powoduje: Poprawę wzrostu roślin, Hamuje emisję metanu, Zmniejszenie emisji tlenków azotu (do 50%), Poprawę albedo i właściwości termicznych gleb, Zmniejszenie wymagań nawozowych (do 20%) Redukcję wypłukiwania nawozów do wód pod- i naziemnych, Redukcję kwasowości gleb, Absorbcję i neutralizację substancji toksycznych (m.in..środki ochrony roślin), Poprawę gospodarki wodnej w glebie, Poprawę dostępność Ca, K, P i Mg dla roślin, Poprawę agregacji elementów kompleksu sorpcyjnego gleby, Poprawę wymiany kationowej, Poprawę warunków rozwoju kolonii mikrobów i grzybów, Trwale utrzymuje pierwiastek C poza atmosferą ziemi (CCS)

48 BECCS potencjał sekwestracji w ton CO 2 /ha biowęgiel do gleby 35 - fotosynteza - wzrost roślin 1,4 - zastąpienie wapna palonego 48 - produkcja elektr. w ZSZE 42 - produkcja NH 4 HCO Razem 350,4 (przy 18 mln ha,daje potencjał 6,5 Gton C! co dla PGE -42%udz.w rynku daje czas 430 lat! ) Do tego należy dodać także ograniczenie emisji CH 4 (m.in. z procesów gnicia oraz procesu trawienia pokarmów przez zwierzęta hodowlane ) oraz efekt rolnictwa precyzyjnego

49

50 Spaliny Reaktor z dynamiczną pianą wykorzystujący wodę zdeklastrowaną pomysł PCz (o podwyższonej rozpuszczalności CO 2 ) Woda + CO2 DES CO2 Woda Spaliny + CO2 chłodzenie Zalety: Woda jako absorbent, Pow. międzyfaz m 2 /m 3 Niskie zużycie energii

51 Produkcja nawozu (wodorowęglanu amonu ) z biowegla i CO 2 Słoma, odpady rolnicze, biomasa odpadowa, etc. Wychwytywanie CO 2 w elektrowni transport nośnika transport nośnika +CO 2 Wydzielanie CO 2 on-site CO 2 AWP NH 3 +H 2 O p CO2 =idem Biocarbon Nawóz (granulat) C+NH 4 HCO 3

52 Naturalne CCS

53 Rolnictwo precyzyjne

54 Oxytree źródło biomasy i CO 2 sink! (szczególnie gdy wykorzystamy biowęgiel do uprawy)

55 Gdzie można produkować i stosować biowęgiel?! Światowy potencjał deponowania biowęgla 430 Gton C - co przy tempie 4,1*10-6 Gton/rok daje Światu czas ponad 100 mln lat!

56 Zużyty Kompost Popieczarkowy w Polsce ok Mg/rocznie Nie wolno składować emisja H 2 S, przypadki śmiertelnego zatrucia, Nasycenie gleb w okolicach pieczarkarni, Wysoki koszt transportu, Marne perspektywy stosowania jako paliwo ze względu na wilgotność (do 60%) i wysoką emisję SO 2 (w składzie obecny gips), Zawiera do 2% azotu, 0,2 % fosforu, 1,5% potasu po obróbce cieplnej (zgazowaniu patent PCz) możliwy odzysk energii i wymienionych pierwiastków.

57 Zużyty kompost popieczarkowy po odzysku energii (technologia PCz) doskonały nawóz i CO 2 sink!

58 Obornik z ferm kurzych, hodowli krów i świń - podobnie jak osady ściekowe poddane uwęglaniu dają w efekcie doskonały nawóz. Według doświadczeń PCz najlepiej prowadzić proces jednoczesnego uwęglania powyższych substancji z biomasą najlepiej rolniczą Proces staje się stabilny a pozyskany produkt jednorodny

59 Instalacja Zalążkowa Chłód Chłodziarka absorpcyjna Ciepło systemowe Biomasa leśna Biomasa agro Uprawy energetyczne Osady ściekowe Odpady przemysłu przetwórstwa rolnego Biodegradowalna frakcja z odpadów Poprawa wzrostu biomasy i absorpcji CO 2 Mechaniczne przygotowanie surowca Kocioł odzyskowy Reaktor uwęglania Turbina Paliwo Nawozy Środki do oczyszczania (węgiel aktywny) Ogniwa paliwowe Emulsje paliwowe Zgazowanie paliw Poligeneracyjne Przetwarzanie Energii Biomasy Energia elektryczna

60 FLUID Sędziszów - RA w budowie -2015

61 Osiągnięcia KIE : 1 monografia habilitacyjna, 1 praca doktorska, ponad 20 publikacji naukowych, 4 patenty (1 wdrażany przez Fluid Sędziszów, 1 wdrażany przez Grill-Impex, 1 wdrażany przez Zrzeszenie Producentów Pieczarek ), 4 zgłoszenia patentowe reaktorów dla autotermicznego uwęglania rozdrobnionej biomasy i jej odpadów, 1 patent na paliwo emulsję wodno-bioweglową (wykorzystanie zimnej plazmy i kawitacji), 1 zgłoszenie patentowe na niskoemisyjne paliwo biokompozytowe, 1 zgłoszenie patentowe na nawóz na bazie biowęgla.

62 Dziękuję za uwagę Zapraszam do współpracy