Този вид материали често се пренебрегват като ресурс, но имат значителен потенциал

Надпреварата е да се използват отпадъците като енергия по възможно най-ефективния начин. Комбинираната топлина и мощност е стара идея за пестене на гориво с нов императив за намаляване на емисиите. Иновативните пещи, базирани на системи за биогорива, ще генерират топлина и енергия от отпадъчни материали с почти пълна ефективност и много ниски емисии.

Може да е изненада да научим, че около половината от общата енергия се губи по конвенционални начини за производство на топлина и електричество от изкопаеми горива. Но има и друг начин за генериране както на електрическа енергия, така и на топлина в така наречената „комбинирана топлина и мощност“ (CHP) или когенерация. (Принципът на комбинирана топлина и мощност се основава на термодинамичен процес, при който използваната енергия се превръща в механична или електрическа енергия и използваема топлина. Топлината, произведена успоредно с производството на електроенергия, след това се използва за отопление и обработка на топла вода или, например, в промишлеността за производствени процеси – бел. ред). Освен използването на изкопаеми горива, този начин отваря вратата за внасяне на повече биоенергия от отпадъчни материали в енергийния микс. Този вид материали често се пренебрегват като ресурс, но имат значителен потенциал.

Движение на биомаса

„Това е начин за производство на топлина и електроенергия едновременно“, каза Мартин Стролени от Greenovate Europe, базирана в Брюксел мрежа, която поддържа устойчиви технологии и зелени иновации. „Той може да спести до 40% енергия в сравнение с конвенционалните системи само за захранване.“ Стролени е част от финансиран от ЕС проект, наречен SmartCHP, проектиращ нов двигател, който може да превърне биомасата в топлина и електричество.

Работата включва модифициране на дизелов двигател, така че той да може да работи с биомасло, вместо с дизел. През последните две години учените и инженерите по проекта работят върху детайлите на машината.

Идеята е първо да се използва машина (инсталация за бърза пиролиза), която може да превърне органичните отпадъци като костилки от маслини, но също и остатъци от горското стопанство и земеделието, в биомасло. След това то може да бъде насочено по един от двата пътя - да се подава в модифициран дизелов двигател за генериране на електричество или, ако е необходима топлина, в котел за димни газове.

„Можем да генерираме топлина и електричество едновременно“, обясни Стролени, „И системата е много динамична.“ Това означава, че производството на топлина може да се увеличи в студен зимен ден, но след това да се намали през по-топлите летни дни. Също така е чудесно решение за балансиране на енергийната мрежа и за допълването й с по-променливи възобновяеми енергии като слънчева или вятърна.

Двигателят, който се проектира по проекта, ще бъде подходящ за осигуряване на топлина и електроенергия на хотели, болници, училища и дори някои промишлени сгради. „Можем да им помогнем да намалят разходите си за енергия и отопление, както и да подобрят цялостната енергийна ефективност и да намалят емисиите на парникови газове“, каза Стролени.

Биогоривата първо

През последните няколко месеца екипът постигна значителен успех, като сглоби своето когенерационно устройство в лаборатория и го задейства да работи на биомасло в продължение на 500 часа. „Това всъщност е първият път, когато някой успява да пусне и управлява когенерационна инсталация на биогориво за толкова дълго време“, каза Стролени

Засега различните части на машината като дизелов двигател, котел за димни газове и интелигентен контролер се разработват и тестват в лаборатория. Екипът на проекта все още работи по най-добрия начин да ги обедини всички и да направи когенерационната инсталация възможно най-ефективна. Пълномащабното тестване вероятно ще се проведе през 2023 г.

Също така ще бъдат оценени различни биологични суровини, които да бъдат вложени в инсталацията, като маслиново кюспе от Гърция, реколта от мискантус от Хърватия или горски отпадъци от Швеция. SmartCHP извършва пазарна оценка в различни страни, за да подкрепи комерсиализацията на тези нови машини.

CHP генерира енергия и топлина на мястото на самата сграда. Това прави инсталацията особено подходяща за отопление и захранване на сгради на отдалечени места или дори на места, които не са свързани към електрическа мрежа, като например острови.

BLAZE е друг европейски проект,

който започва да разработва по-ефективни и гъвкави технологии за превръщане на остатъчна биомаса в комбинирани услуги за топлинна и електрическа енергия. Инженерите тук разработват CHP системи, способни да преобразуват промишлени, хранителни или дървесни отпадъци и друга биомаса в енергия.

Този процес произвежда газ за гориво, но той не се изгаря в двигател или газова турбина. Вместо това газът се подава в горивна клетка, устройство, подобно на батерия, което преобразува химикалите в газа в електричество и топлина. След това системата подава електричество в елмрежата, за да помогне за балансиране на товарите и евентуално за компенсиране на недостатъците, ако подаването на вятърна или слънчева енергия намалее.

„Предизвикателството е как да преобразуваме отпадъците от биомаса по ефективен начин, без емисии, а също и на ниска цена“, каза професор Енрико Бочи от университета Гулиелмо Маркони, който ръководи проекта BLAZE. По-късно тази година машините за комбинирано производство на електроенергия ще бъдат въведени в ход. Надеждата е за електрическа ефективност от близо 50% и обща когенерационна ефективност от 90%, което означава, че 50% от наличната енергия от гориво се преобразува в използваема електрическа енергия и 40% в отопление.

Двойна ефективност

Системата ще поеме всички видове отпадъци, които могат да генерират катран, частици, серни и хлорни съединения, които биха могли да попречат на устройството. За да се избегнат подобни проблеми, тя ще превърне отпадъците в газ при около 800°C и ще ги третира, преди да подаде газа в горивната клетка, превръщайки горивото плюс кислород в електричество и топлина при температури от около 700°C с много ниски емисии. Газът може също да тече в горелка, за да позволи генерирането на повече топлина.

Пилотна електроцентрала ще бъде сглобена в Италия към края на тази година и ще бъде тествана до май 2023 г. „Ще постигнем удвоена електрическа ефективност на инсталациите за комбинирано производство на електроенергия на биомаса с нулеви емисии от нашата пилотна програма“, каза Бочи.

„Когато цената на енергията се повиши, хората и компаниите търсят алтернативни решения на изкопаемите горива“, добави той. Съществува и остра необходимост от намаляване на зависимостта от изкопаеми горива поради геополитически и климатични причини. Но не е възможно да се заменят изкопаемите горива само с възобновяема електрическа енергия от слънце и вятър, каза Бочи, а докато има живот, ще има биомаса.

BLAZE е първата демонстрация на тази технология, която може да преобразува остатъчната биомаса високо ефективно и с ниски емисии и разходи.
Все още не сме там, но изследователи и инженери в Европа се придвижват към деня на оптималното комбинирано производство на топлина и енергия.
„Ще дойде време, когато можете да вземете отпадъците си от биомаса и да ги поставите в малък, евтин реактор и да генерирате електричество, топлина и химикали, без емисии“, уверен е Бочи.

* Антъни Кинг, Horizon The EU Research & Innovation Magazine