Węgiel przyszłościowy nośnik czystej energii

Transkrypt

1 Węgiel przyszłościowy nośnik czystej energii Zbigniew BIS Warszawa, 3 kwiecień 2017

2 Światowa zużycie energii pierwotnej Węgiel/torf jest najbardziej rozpowszechnionym źr. energii z p. kop. dostępny dla światowej gospodarki, jego udział w światowej produkcji en. elektrycznej w 2013 roku to 41,3%

3 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

4 Efektywny magazyn energii Nowoczesna Elektrownia z 30 dniowym zapasem węgla na składowisku!

5 Węgiel tak, ale Poddany wstępnemu przetwarzaniu - PIROLIZA

6 Podstawowe założenia KIE PCz odnośnie energetycznego wykorzystania węgla (nie tylko kamiennego, brunatnego, )

7 Podstawowe założenia KIE PCz odnośnie energetycznego wykorzystania węgla (nie tylko kamiennego, brunatnego, ) Piroliza węgla jest dobrą metodą do produkcji paliw płynnych i innych środków chemicznych; jednakże wydajność tych produktów jest ograniczona ze względu na niską zawartość wodoru w węglu, Hydropyrolysis, proces pirolizy w atmosferze wodoru, jest skutecznym sposobem na poprawę wydajności i jakości produktów, Wysoki koszt czystego wodoru utrudnia jej zastosowanie przemysłowe!, Możliwe jest dostarczanie H 2 do węgla z innych materiałów bogatych w wodór, takich jak odpady z tworzyw sztucznych, polimerów, pozostałości ropy naftowej i gazu koksowniczego.

8 Piroliza węgla z biomasą realizacja KIE Bardzo dobrym, łatwo dostępnym, odnawialnym, neutralnym CO 2, źródłem H 2 jest biomasa, W porównaniu z węglem, biomasa cechuje się znacznie wyższym ilorazem H/C (van Krevelen), W porównaniu z węglem, piroliza biomasy daje 5 16 razy więcej H 2!, Na przebieg pirolizy węgla pozytywnie wpływa obecność molekuł CO, CO 2, H 2, CH 4, H 2 O, itd., które są szybko uwalniane z biomasy, w wysokiej temperaturze, Alkalia, szczególnie K, Na, Ca i Mg, obecne w biomasie katalitycznie oddziaływają na pirolizę węgla.

9 Piroliza węgla z biomasą wyniki PCz B/90w 80 m(t)/m 0 *100 [%] B/70w+9%sorb. 50/50 mas. Biomasa wegiel 30B/70w 50/50 vol t [s]

10 Piroliza węgla z biomasą Realizacje praktyczne 1. Niskoemisyjne Paliwo Biokompozytowe NPB (Wspólne uwęglanie biomasy i węgla propozycja PCz)

11 Wspólne uwęglanie biomasy i węgla oczyszcza oba paliwa ( m.in. usuwa Hg)

12 Brykiety NBP

13 Struktura NBP

14 Spalanie NPB

15

16

17 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%

18 Piroliza węgla z biomasą Realizacje praktyczne 2. Węglowe Ogniwa Paliwowe Direct Carbon Fuel Cell - DCFC

19 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

20 Schemat działania węglowego ogniwa paliwowego

21 Rozwój własnej koncepcji KIE PCz PROTOTYP I Stal węglowa PROTOTYP II Stal nierdzewna PROTOTYP III Nikiel 6 ma/cm 0,8 V P max = 5 mw/cm 2 6 ma/cm 0,8 V P max = 5 mw/cm 2 WZROST EFEKTYWNOŚCI 64 ma/cm 0,8 V P max = 57 mw/cm 2

22 Węglowe ogniwo paliwowe w KIE PCz 1 doktorat (wyróżniony), 15 publikacji w tym 7 z listy JCR (łączny IF = 21, CI = 26, lista MNiSW :lista A =165, lista B = 27) ) 22

23 Charakterystyki pracy ogniwa DCFC 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 ]

24 Piroliza węgla z biomasą Nowa propozycja 3. Nowoczesna Elektrownia (emisja CO 2 < 500 kg/mwh)

25 Propozycja innowacyjnego, zintegrowanego systemu przetwarzania energii węgla/biomasy piroliza zgazowanie turbina gazowa z obiegiem Szewalskiego obieg parowy C-R.

26 Koncepcja palnika/reaktora cyklonowego - KIE 26

27 Witrifikacja popiołu

28 Piroliza węgla z biomasą Realizacje praktyczne 4. Biowęgiel (Termoliza biomasy, duże zainteresowanie na świecie propozycja PCz)

29 4,5 5,5 6,5 Przebieg procesu autotermicznej waloryzacji 40 6,0 5,0 Ciepło spalania [MJ/kg] ,0 4,0 h = 3,5 % ANTRACYT 4,5 c = 80 % Biocarbon I 60 Biocarbon II WĘGIEL KAMIENNY WĘGIEL BRUNATNY DREWNO Substancje lotne [%] 35 SŁOMA

30 Biowęgiel

31 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 ]

32 Bilans węgla w przyrodzie CCS + Energia Propozycja! Zainteresowanie na całym świecie Biochar in soil Sekwestracja C fotosynteza Biowegiel + microby + nawozy

33 Struktura biowęgla

34 Retencja wody i składników nawozowych w obrębie systemu korzeniowego

35 Wpływ dodatku biowęgla do gleby badania P.Cz

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

37 Fragment korzenia kukurydzy z poletka doświadczalnego

38 BECCS, BC potencjał sekwestracji w ton CO 2 /ha biowęgiel do gleby 35 - fotosynteza - wzrost roślin 1,4 - zastąpienie wapna palonego 48 - produkcja elektr. w BC 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

39 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 lat!

40 Piroliza węgla z biomasą Realizacje praktyczne 5. Bioregiony cyrkularne Bio-energy with carbon capture and storage (BECCS) Zeroemisyjna Strefa Zrównoważona Energetycznie (ZSZE) Gmina Zrównoważona Energetycznie (GZE)

41 Bioregion Cyrkularny

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

43 Integracja biogazowni/oczyszczalni ścieków z reaktorem uwęglania pofermentu Poprawa efektywności energetycznego wykorzystania biomasy dodatkowa energia w gazach z reaktora uwęglania, Stabilizacja oraz przetworzenie pofermentu w paliwo (bez o.ś.), sorbent (np. H 2 S) lub użyteczny produkt rolniczy polepszacz gleby oraz źródło sekwestracji CO 2, fosforu i innych pierwiastków nawozowych, Powiększenie bazy surowcowej biomasy dla produkcji biowęgla.

44 Integracja biogazowni z uwęglaniem pofermentu / Produkcja energii elektrycznej, ciepła, paliw oraz nawozów

45 Zakład Odzysku Energii FLUID Sędziszów Uroczyste otwarcie

46 Zakład Odzysku Energii FLUID Sędziszów

47 Nowa instalacja do produkcji węgla drzewnego dla produkcji brykietu do grilla

48 Mobilna instalacja gazogeneratora 50 kwe, 120 kwth

49 Dziękuję za uwagę Więcej informacji Węgiel - przyszłościowy nośnik czystej energii.