Niezależność energetyczna dla gospodarstw domowych w zasięgu ręki

Nad powstaniem prototypu takiej jednostki kogeneracyjnej (tzn. wytwarzającej równocześnie lub w ramach jednego procesu technologicznego energię elektryczną i ciepło) pracuje dr inż. Olaf Dybiński z Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej wraz z zespołem.

Jednostka kogeneracyjna nowego typu

Jak wyjaśnia badacz, będzie to jednostka kogeneracyjna zupełnie nowego typu, określana jako Molten Carbonate e-Fuel Cell (w skrócie MCeFC).

“Jest to wysokotemperaturowy stos ogniw paliwowych bazujący na technologii ogniw węglanowych, jednak zasilany płynnymi biopaliwami i e-paliwami zamiast wodorem” – wyjaśnił inżynier, cytowany na stronie uczelni. Jak dodał, ogniwa te w procesie elektrochemicznym, w ramach którego następuje transport jonów węglanowych, pozwalają na wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła. Cały proces zachodzi przy temperaturze 600-700 st. C.

W jednostce MCeFC paliwa płynne (takie jak nafta, olej napędowy czy różne alkohole) są przekształcane w mieszankę wodoru i tlenku węgla (tzw. gaz syntezowy) przy użyciu pary wodnej i ciepła. Bilans cieplny pozostaje jednak wciąż pozytywny. Proces ten jest określany jako reakcja reformingu parowego paliw płynnych.

“Dzięki odpowiedniej konstrukcji możliwe będzie bezpośrednie zastosowanie różnych, w tym syntetycznych, paliw płynnych i biopaliw, co jest innowacją na rynku ogniw paliwowych i w gałęzi urządzeń kogeneracyjnych małej skali” – tłumaczył dr Dybiński.

Samodzielne wytwarzanie energii

Dzięki temu rozwiązaniu gospodarstwa domowe (domy jednorodzinne) będą mogły samodzielnie wytwarzać energię elektryczną i ciepło na własne potrzeby, bez konieczności polegania na sieci elektroenergetycznej.

“Do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła na własne potrzeby będą używane paliwa, które wkrótce będą dostępne na każdej stacji benzynowej lub będą mogły być wytworzone z wykorzystaniem tradycyjnej fermentacji alkoholowej. Mamy tu na myśli alkohole – z naciskiem na te wytwarzane syntetycznie, aby zachować zamknięty obieg dwutlenku węgla – takie jak metanol, etanol, propanol czy też gliceryna, jak również biopaliwa, produkowane głównie w oparciu o naturalne procesy fermentacji alkoholowej, na przykład po prostu bimber” – wymieniał inżynier.

Jak tłumaczył, w praktyce wykorzystanie opracowywanego kogeneratora będzie ograniczało się do uzupełniania zbiornika paliwa mieszaniną wody i wybranego alkoholu, gdyż wodór biorący udział w procesie wytwarzania energii uwalniany będzie bezpośrednio w urządzeniu zarówno z paliwa, jak i z wody.

Urządzenie MCeFC powinno pracować bez obsługi serwisowej przez kilkadziesiąt tysięcy godzin, zapewnił dr Dybiński.

Zastąpienie wodoru

W projekcie zrezygnowano z paliwa w postaci czystego wodoru po to, by uniknąć problemów z jego transportem i magazynowaniem. Zdaniem dr. Dybińskiego procesy te zawsze generują straty, a także wymagają użycia dodatkowej energii elektrycznej, np. do sprężania czy skraplania. To wiąże się z dodatkowymi kosztami.

Ponadto wodór jest łatwopalny i wybuchowy, co również utrudnia transport i magazynowanie oraz byłoby niebezpieczne w przypadku przechowywania paliwa w domu.

Zastąpienie wodoru paliwami, które mogą być transportowane i przechowywane z wykorzystaniem dostępnej infrastruktury, rurociągów, zbiorników i kanistrów, pozwala nie tylko na uniknięcie problemów związanych z wodorem jako paliwem, ale zarazem umożliwia wykorzystanie wszystkich zalet, jakie niesie za sobą rozwój odnawialnych źródeł energii, technologii wychwytu CO2 i magazynowania energii w postaci energii chemicznej paliwa, ocenił specjalista.

“Dzięki wykorzystaniu paliw syntetycznych produkowanych z wychwyconego CO2 (e-paliw) zapewniamy zamknięty obieg dwutlenku węgla, a więc nie generujemy nowych zanieczyszczeń do atmosfery. Jeśli natomiast wykorzystamy biopaliwo, tak naprawdę MCeFC będzie odnawialnym źródłem energii, które może być traktowane na równi z fotowoltaiką czy wiatrakami” – wyjaśnił dr Dybiński.

Wykorzystanie biopaliw do zasilania MCeFC w przyszłości powinno umożliwić traktowanie urządzenia jako generator OZE pracujący w systemie prosumenckim (jednoczesna produkcja i konsumpcja dóbr). Do tego potrzebne jest jednak dostosowanie przepisów, ocenił badacz.

Strategia zmiany przepisów

“W ramach projektu planujemy także opracować strategię zmiany przepisów i lobbować za rozszerzeniem definicji instalacji kwalifikujących się do udziału w rynku energii w roli prosumenta, właśnie w celu uwzględnienia generatorów elektrochemicznych takich jak MCeFC” – zadeklarował dr Dybiński.

Ocenił, że takie rozwiązanie przyniosłoby dodatkowe zyski dla użytkowników i stabilizację pracy sieci elektroenergetycznej w dowolnej skali, gdyż MCeFC generuje stabilną moc elektryczną i jest urządzeniem sterowalnym w odróżnieniu od fotowoltaiki i wiatraków, które w pełni uzależnione są od warunków atmosferycznych.

Obecnie zespół dr. Dybińskiego jest na etapie opracowywania projektu technicznego elementów konstrukcyjnych jednostki MCeFC.

Nauka w Polsce PAP