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, 13 14 wrzesień 2016
Pilna potrzeba rozwoju nowych metod sekwestracji C alternatywnych do kosztownego CCS! ALTERNATYWĄ BIOMASA gdyż jest jej dużo!
Bilans węgla w przyrodzie tak było? Dokąd zmierzamy!? 5% Większość gleb rolnych w Polsce (średnia grubość 25 cm): 26-31 tc/ha przy 1.5-1.8% humusu (0.86-1.04% C)
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!
Ciepło spalania i wartość opałowa biomasy o różnej zawartości wilgoci W g *10-3, W d *10-3 [kj/kg] 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 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 ) 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 X H2O *100 [%]
Spalanie drewna - peletów
Biowęgiel, Biocarbon, Biochar
An example biochar
4,5 5,5 6,5 Przebieg procesu autotermicznej waloryzacji 40 6,0 5,0 Ciepło spalania [MJ/kg] 35 30 25 20 4,0 h = 3,5 % c = 80 % 4,0 75 70 65 ANTRACYT 4,5 Biocarbon I 60 Biocarbon II WĘGIEL KAMIENNY 55 45 40 50 WĘGIEL BRUNATNY DREWNO 15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Substancje lotne [%] 35 SŁOMA
Biowęgiel
Różne biomasy w procesie termolizy
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 ]
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
Biocarbon i toryfikacja doświadczenia P. Cz. toryfikacja uwęglanie
Niskoemisyjne Paliwo Biokompozytowe NPB (Wspólne uwęglanie biomasy i węgla)
SMOG w Krakowie 2015
Wspólne uwęglanie biomasy i węgla oczyszcza oba paliwa
Brykiety niskoemisyjnego paliwa biokompozytowego
Struktura niskoemisyjnego paliwa biokompozytowego
SPALANIE NPB
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%
Węglowe Ogniwa Paliwowe Direct Carbon Fuel Cell - DCFC
Gęstość energii magazynowanie energii Jednostkowa zawartość energii [ kwh/l ] 20 15 10 5 1 - Węgiel 2 - Wodór 3 - Metan 4 - Biomasa surowa 5 - Biomasa sucha 6 - Węgiel brunatny 7 - Węgiel kamienny 8 - Olej opałowy 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Rodzaj paliwa
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 ] 10 1 0,1 0,01 Metan - FC Wodór - FC 0,001 0,001 Biocarbon zmielony i sprasowany - FC 0,01 0,1 1 10 Jednostkowa zawartość energii [ kwh/l ] Węgiel -FC Węgiel brunatny - CR Biocarbon surowy - CR Biomasa sucha - CR Biomasa surowa - CR Węgiel kamienny - CR
TAK JEST... CO 2, SO 2, NO x, CO, Hg, HCl, Pb, Cd,... 100 MW t 35 MW e Energia elektryczna z węgla: nieefektywna, brudna lecz TANIA USA 71%, Chiny 51%, Polska 93%
... 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
Schemat działania węglowego ogniwa paliwowego
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) )
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 40 30 20 10 Gęstość mocy [mw/cm 2 ] 0,0 0 0 20 40 60 80 100 Gęstość prądu [ma/cm 2 ]
Wyniki badań modelu ogniwa zasilanego surowym węglem kamiennym w porównaniu z osiągami konkurencyjnych ogniw wysokotemperaturowych Gęstość mocy [mw/cm 2 ] 70 60 50 40 30 20 10 0 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 1 2 3 4 5 6 7 1 - 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
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)
Bilans węgla w przyrodzie CCS + Energia Propozycja! Sekwestracja C fotosynteza Biocarbon + microby + nawozy
Struktura biowęgla
Retencja wody i składników nawozowych w obrębie systemu korzeniowego
Saletra amonowa NH 4 NO 3 - emisja związków azotu
Dead zone w Zatoce Meksykańskiej spowodowana spływającymi nawozami
Wpływ dodatku biowęgla do gleby badania P.Cz. - 2013
Wpływ dodatku biowęgla do gleby badania P.Cz. -2014 Miskant Poletko porówn. BC 3 BC 7,5 BC 10 BC 7,5 + gnojowica
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
ORMUS przykład działania
ORMUS przykład działania
ORMUS przykład działania
ORMUS przykład działania
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)
BECCS potencjał sekwestracji w ton CO 2 /ha 224 - biowęgiel do gleby 35 - fotosynteza - wzrost roślin 1,4 - zastąpienie wapna palonego 48 - produkcja elektr. w ZSZE 42 - produkcja NH 4 HCO 3 -------------------------- 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
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. - 12000 m 2 /m 3 Niskie zużycie energii
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
Naturalne CCS
Rolnictwo precyzyjne
Oxytree źródło biomasy i CO 2 sink! (szczególnie gdy wykorzystamy biowęgiel do uprawy)
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!
Zużyty Kompost Popieczarkowy w Polsce ok.600 000 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.
Zużyty kompost popieczarkowy po odzysku energii (technologia PCz) doskonały nawóz i CO 2 sink!
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
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
FLUID Sędziszów - RA w budowie -2015
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.
Dziękuję za uwagę Zapraszam do współpracy