Zgazowanie węgla i zastosowanie go do produkcji wodoru jako uniwersalnego nośnika energetycznego jest zgodne z priorytetem bezpieczeństwa energetycznego Unii Europejskiej. W celu przygotowania długotrwałej strategii energetycznej dla Europy potrzeba uwzględnić różne źródła energii oraz równoległe wykorzystanie wielu dostępnych zasobów surowców energetycznych. Do chwili obecnej wodór produkowano z gazu ziemnego i był to jeden
z najtańszych wariantów otrzymywania tego pierwiastka w skali przemysłowej. Przypuszcza się jednak, iż w drugiej połowie XXI wieku wystąpi znacząca zmiana w światowej strukturze zużycia paliw pierwotnych.[1]
„W najprostszym układzie wodór z węgla jest produkowany obecnie przez zgazowanie węgla parą wodną i tlenem do gazu syntezowego, o typowym procentowym składzie objętościowym: 25–30 proc. wodoru, 30–60 proc. tlenku węgla, 5–15 proc. dwutlenku węgla, 2–30 proc. pary wodnej i 0–5 proc. Metanu”.[2]
[1] Katarzyna Zarębska, Karolina Pernak-Miśko, Zgazowanie węgla – perspektywa dla gospodarki wodorowej, Tom 23, 2007, Zeszyt specjalny 3
[2] https://www.cire.pl/artykuly/materialy-problemowe/wodor–zielone-zloto-jak-i-dlaczego–czyli-technologie-wytwarzania-wodoru-czii
Źródło: https://www.cire.pl/artykuly/materialy-problemowe/wodor–zielone-zloto-jak-i-dlaczego–czyli-technologie-wytwarzania-wodoru-czii
Zalety wodoru wykorzystywanego jako paliwo:
- spełnia wysokie kryteria ekologiczne,
- posiada najwyższą wartość energii spalania z jednostki masy,
- posiada małą energię inicjacji zapłonu,
- ma szeroki zakres zapalności,
- posiada tańszy koszt magazynowania w porównaniu do energii elektrycznej,
- można go uzyskać poprzez rozkład wody, ponieważ stanowi jej składnik i wraz z nią krąży w obiegu zamkniętym.[3]
! W przemyśle nawozów azotowych zużywa się ok. 2,5 mld m3 gazu ziemnego do produkcji wodoru metodą reformingu parowego. Pokrewną ilość wodoru można wyprodukować zgazowując 6 – 7 mln ton węgla rocznie.[4]
[3] Katarzyna Zarębska, Karolina Pernak-Miśko, Zgazowanie węgla – perspektywa dla gospodarki wodorowej, Tom 23, 2007, Zeszyt specjalny 3
[4] Tomasz Chmielniak, Marek Ściążko, Centrum Energetyki AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie – Rola technologii węglowych z CCS w transformacji energetycznej Polski – zgazowanie węgla
Program Ramowy UE dotyczący wykorzystania wodoru:
„Rozwój energetyki wodorowej jest w Unii jednym z priorytetów tzw. VI Programu Ramowego i będzie kontynuowany w ramach przygotowywanego obecnie VII Programu Ramowego UE. Obejmuje on wszystkie zagadnienia związane z wykorzystaniem wodoru
w zakresie jego pozyskiwania, magazynowania, bezpieczeństwa, dystrybucji i wykorzystania, a także badań materiałowych i ekonomicznych. W projektach związanych z wodorem
w VI Programie Ramowym uczestniczą także polscy partnerzy – Główny Instytut Górnictwa
z Katowic, Politechnika Wrocławska oraz Elektrownia Turów, a negocjowane są dalsze projekty z udziałem Instytutu Energetyki z Warszawy i Akademii Górniczo-Hutniczej
z Krakowa. Tworzy to szansę na skorzystanie w naszym kraju z części funduszy przewidzianych na rozwój konkurencyjności gospodarki europejskiej w ramach specjalnych programów szybkiego startu (Quick Start Growth), w tym specjalnie ukierunkowanych na rozwój energetyki wodorowej: Hycom i Hypogen. Może tak się stać dzięki polskim zasobom węgla. Projekt Hypogen zakłada budowę pilotażowej instalacji do produkcji energii elektrycznej i wodoru z węgla, a Hycom ma za zadanie przetestowanie infrastruktury
i rozwiązań gospodarki wodorowej w środowiskach lokalnych społeczności.”[5]
Wodór z węgla po japońsku
Japończycy testują w swoim kraju pomysł na rozwój technologii zgazowania węgla
i produkcji energii elektrycznej. W Kraju Kwitnącej Wiśni uruchomiono instalację doświadczalną, która produkuje prąd ze stosu ogniw paliwowych napędzanych wodorem. Wykorzystywany w niej wodór jest otrzymywany ze zgazowanego węgla. Zaletą tego rozwiązania jest bardzo wysoka sprawność sięgająca 60 procent.[6]
[5] https://www.ogrzewnictwo.pl/artykuly/inne/gospodarka-wodorowa-oparta-na-zgazowywaniu-wegla
[6] http://www.giph.com.pl/biuletyn-gorniczy/biuletyn-gorniczy-nr-4-6-272-274-kwiecien-maj-czerwiec-2018-r/zgazowanie-wegla-szansa-dla-gornictwa-246
Gospodarka o obiegu zamkniętym –
zgazowanie odpadów
Technologia zgazowania odpadów jest kontynuacją opracowanego w XIX wieku zgazowania węgla wykorzystywanego w tzw. gazowniach miejskich. Proces ten polega na przetwarzaniu odpadów i uzyskaniu z nich maksymalnego odzysku energii, czyli zgazowaniu termicznej konwersji odpadów przy udziale tlenu w ilości poniżej wartości stechiometrycznej. Działanie to przeprowadza się w średnim zakresie temperatur (600 – 900°C) i prowadzi w swej ostatniej fazie do reakcji egzotermicznych. Wśród produktów wyjściowych zgazowania otrzymuje się gaz syntezowy (syngaz) o względnie niskiej kaloryczności oraz pozostałości nieorganiczne w formie ciała stałego. Co ważne, jeśli zgazowanie będzie przeprowadzane
w obecności podwyższonej zawartości tlenu, to otrzymywany syngaz będzie posiadał wyższą kaloryczność. Pozyskany syngaz może być używany jako paliwo, zarówno w komorze spalania z następującym po niej kotłem parowym lub w systemach konwersji o większej wydajności, takich jak silniki zasilane gazem i turbiny gazowe bezpośrednio generujące energię elektryczną.
Zalety zgazowania odpadów:
- otrzymany gaz syntezowy posiada różnorodne zastosowanie, tj.: wydajne wytwarzanie ciepła i energii, możliwość wykorzystania w produkcji wodoru, syntetycznego gazu naturalnego (SNG), chemikaliów – metanolu lub eteru dimetylowego (DME) oraz produkcji biopaliw transportowych (BtL) w wyniku syntezy Fischera-Tropscha (F-T),
- po oczyszczeniu gaz syntezowy może być spalany w silniku / turbinie gazowej, co może przyczynić się do wyższej wydajność energii elektrycznej netto
w porównaniu do wydajności turbin parowych zainstalowanych w spalarniach odpadów, prowadząc do pracy o neutralnym bilansie węglowym, - otrzymane gazy są mniejszej objętości, co znacznie ułatwia oczyszczanie
i obniża koszty eksploatacyjne oraz inwestycyjne, - gwarantuje niższą ilość popiołów lotnych,
- oferuje zmniejszenie liczby etapów oczyszczania spalin.[7]
[7] http://www.syngaz.com/2019/01/17/zgazowanie-odpadow/
Źródło: Tomasz Chmielniak, Marek Ściążko, Centrum Energetyki AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie – Rola technologii węglowych z CCS w transformacji energetycznej Polski – zgazowanie węgla
Źródło: http://e-gospodarkaodpadami.pl/rynek/sposob-myslenia-jesli-nie-piroliza-to-co-inne-metody-termicznego-przeksztalcania-odpadow/
Mapa Drogowa dla efektywnego wykorzystania krajowych zasobów węgla kamiennego i brunatnego przy minimalizacji emisji CO2:
Węgiel oraz odpady komunalne (szczególnie tworzywa sztuczne, OTS), mogą zawierać cenne zasoby pierwiastka C, których odpowiednie wykorzystanie może przyczynić się do wparcia krajowych działań, zmierzających do przekształcenia gospodarki liniowej do gospodarki o obiegu zamkniętym. Zarówno węgiel jak i odpady komunalne mogą być zachęcającą opcją w stosunku do konwencjonalnych surowców kopalnych (ropa naftowa, gaz ziemny), importowanych w celu wytwarzania produktów chemicznych. Powyższe działanie może spowodować wzrost konkurencyjności polskiej gospodarki przy utrzymaniu zasad zrównoważonego rozwoju w różnych gałęziach przemysłu. Jest to bardzo ważne dla naszego kraju, gdyż może zagwarantować długoterminową perspektywę wzrostu gospodarczego
i rozwoju przy uwzględnieniu globalnych trendów (np. Paryskie Porozumienie; Konferencja Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu, Paryż 2015) oraz legislacji Unii Europejskiej.
„Zaproponowana przez IChPW Mapa Drogowa zawiera koncepcję zamknięcia cyklu węglowego w gospodarce poprzez wykorzystanie generowanych w Polsce odpadów komunalnych oraz krajowych węgli do produkcji gazu syntezowego otrzymywanego na drodze zgazowania węgla jako surowca dla przemysłu chemicznego.
W ramach projektu przeanalizowano dziewięć niezależnych scenariuszy:
- 5 przedstawiających gospodarkę linową w perspektywie krótkoterminowej (2030), obejmujących produkcję: metanolu: z gazu ziemnego (1), węgla kamiennego (2) i OTS (3), olefin: z gazu ziemnego (4) i węgla kamiennego (5),
- 4 scenariusze transformacji do gospodarki obiegu zamkniętego obejmujące produkcję olefin: w perspektywie krótko- (2030) (6) i długoterminowej (2050) (7) bazując na węglu kamiennym i odpadowych tworzywach sztucznych,
- w perspektywie długoterminowej (2050) bazując na węglu kamiennym, odpadowych tworzywach sztucznych oraz wodorze produkowanym ze źródeł odnawialnych (8),
- w perspektywie długoterminowej (2050) bazując na gazie ziemnym, odpadowych tworzywach sztucznych oraz wodorze produkowanym ze źródeł odnawialnych (9)”.
Z przeprowadzonych analiz wynika, już samo przejście na gospodarkę o obiegu zamkniętym, bazując na zgazowaniu węgla i OTS bez integracji z „zielonym wodorem”,
w wizji krótkoterminowej przyczyniłoby się do obniżenia jednostkowej emisji CO2 na tonę produktu o 15%. Z kolei w perspektywie długoterminowej do 2050 roku nawet o 40%, zapewniając jednocześnie pokrycie zapotrzebowania na polską produkcję olefin w wysokości ok. 4,53 mln ton rocznie.
Opracowana Mapa Drogowa dla efektywnego wykorzystania krajowych zasobów węgla kamiennego i brunatnego przy minimalizacji emisji CO2 wykazuje także dużą szansę na zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych oraz ochronę i wykorzystanie zasobów surowcowych naszego kraju, co ma bardzo ważne znaczenie gospodarcze. Jeśli zaprezentowany w mapie drogowej potencjał zrównoważonego rozwoju gospodarczego do 2050 r. miałby być uruchomiony, to należy jak najszybciej rozpocząć prace nad dostosowaniem technologii tak, by rozwiązania konieczne do wdrożenia na szeroką skalę scenariuszy transformacji dla recyklingu chemicznego były dostępne w odpowiednim czasie.[8]
[8] https://www.itpe.pl/blog/2020/05/13/mapa-drogowa-dla-efektywnego-wykorzystania-krajowych-zasobow-wegla-kamiennego-brunatnego-przy-minimalizacji-emisji-co2/
Źródło: https://www.itpe.pl/blog/2020/05/13/mapa-drogowa-dla-efektywnego-wykorzystania-krajowych-zasobow-wegla-kamiennego-brunatnego-przy-minimalizacji-emisji-co2/
Źródło: Tomasz Chmielniak, Marek Ściążko, Centrum Energetyki AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie – Rola technologii węglowych z CCS w transformacji energetycznej Polski – zgazowanie węgla
Źródło: https://orka.sejm.gov.pl/opinie9.nsf/nazwa/774_20230321/$file/774_20230321.pdf
Artykuł przygotowano w ramach projektu: „Młodzi związkowcy jutra. Program podnoszenia świadomości w obszarach sprawiedliwej transformacji i rynku pracy”, realizowanego przy wsparciu Fundacji Orlen.
