Účinné a čisté postupy zpracování paliv

Účinné a čisté postupy zpracování paliv

Odpovědný řešitel: Ing. Miroslav Punčochář, CSc., DSc.
Pracoviště:
Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i.
Ústav struktury a mechaniky hornin AV ČR, v. v. i.
Ústav makromolekulární chemie AV ČR, v. v. i.
Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v. v. i.
Ústav přístrojové techniky AV ČR, v. v. i.

Termochemická konverze paliv (spalování, zplyňování či pyrolýza) je stále základním kamenem současné energetiky i přes rapidní rozvoj nových technologií využívajících přímo energii slunce, vítr, geotermální energii apod. Přestože je termochemická konverze využívána jako zdroj energie již po staletí, lze v posledních letech zaznamenat řadu inovací zejména směrem ke zvyšování účinnosti, snižování dopadu na životní prostředí, využití nových paliv či vývoj nových technologických celků a přístupů. Výzkumný podprogram Paliva pro účinné a čisté spalování se zaměřuje na vývoj moderních postupů termochemické konverze paliv, které vedou k vyšší účinnosti využití pevných paliv či snížení dopadů této činnosti na životní prostředí. Výzkumný podprogram zahrnuje následující aktivity:

1 Minimalizace dopadů termochemické konverze paliv na životní prostředí

Cílem je vyvíjet postupy, které sníží dopady termochemické konverze paliv na životní prostředí. Jde zejména o nové efektivní postupy čištění spalin, postupy pro snižování emisí skleníkových plynů či vhodné metody zpracování a využití pevných odpadů z této činnosti.

Vzhledem k předpokládanému zpřísňování legislativních emisních limitů pro spalovací zdroje lze očekávat výrazné zintenzivnění výzkumu v této oblasti a zvýšený zájem o výzkum ze strany průmyslových partnerů, neboť v případě některých polutantů (např. NOx, Hg, apod.) bude dosažení nových limitů pomocí stávajících technologií velmi obtížné, či z pohledu provozovatele zdroje ekonomicky velmi náročné. U řady polutantů (např. TZL, SO2) je bezpečné dosažení emisních limitů otázkou aplikace pokročilých systémů měření a řízení, či optimalizace celého procesu, a to ať už pomocí primárních opatření ve spalovací části, tak pomocí sekundárních opatření, tj. systémů čištění spalin. Kromě minoritních složek spalin se stále větší pozornost věnuje také obsahu skleníkových plynů, zejména CO2, ve spalinách respektive výzkumu vhodných metod pro jejich odstranění. Po počátečním směřování na technologie CCS (Carbon capture and storage) je současným cílem vývoj CCU technologií (Carbon capture and utilization). V oblasti výzkumu je vytipováno několik vhodných metod využití CO2, které ovšem kladou vždy vysoký důraz na čistotu produkovaných proudů pro následnou aplikaci (např. chemická redukce s H2, fotosyntéza, apod.). Bez vývoje těchto postupů, které zajistí prakticky bezemisní fungování termických procesů, si nelze představit průmyslové uplatnění termických procesů v dlouhodobém horizontu. Ve střednědobém horizontu je cílem vývoj zcela nových konceptů a přístupů k čištění spalin, které v mohou vést k bezproblémovému splnění zpřísňujících se emisních limitů, či efektivnímu záchytu látek, které nebyly v minulosti za polutanty považovány, či u nich nebyl stanoven emisní limit.

Pevné zbytky či odpady jsou nejvýznamnějším výstupním proudem z energetických procesů. Jejich další využití je rozhodující jak z hlediska ekonomického, tak z hlediska environmentálního. Cílem je tedy hledat efektivní postupy pro získání cenných látek či složek z těchto odpadů a vývoj postupů, které umožní transformaci těchto materiálových toků z odpadů na zdroje či suroviny pro další postupy a průmyslová odvětví. Typickým příkladem těchto postupů je využití energosádrovce ve stavebním průmyslu, či získávání kovů ze strusky po využití odpadů. Některé tyto odpady pak mohou mít i nebezpečné vlastnosti, jedná se zejména o pevné zbytky z čištění spalin, cílem vyvíjených procesů je tedy odstranění jejich nebezpečných vlastností pomocí stabilizace, či transformace vybraných prvků do jejich stabilní formy (např. Hg na HgS).

Spolupráce s komerčním sektorem: EVECO Brno s.r.o.; MEGA, a.s.; Plzeňská teplárenská, a.s.; Pražské Služby, a.s

2 Nové postupy termochemické konverze biomasy a odpadů

Cílem je vyvíjet takové technologie a postupy, které přinesou rozvoj decentralizovaných systémů pro materiálové i energetické využití jednodruhových odpadů a biomasy pomocí procesů zplyňování nebo pyrolýzy a vývoj technologií umožňujících transformaci odpadních materiálů na syntézní plyn v kvalitě vhodné pro výrobu chemických komodit, zejména pak transportních paliv a vodíku.

V oblasti decentralizovaných technologií pro materiálové a energetické využití biomasy bude výzkum zaměřen na zvyšování ročního provozního fondu, na spolehlivost zařízení, na zvyšování teplárenského modulu a na maximalizaci variantní produkce elektrické energie a biocharu. Budeme se zajímat o možnost využití pevného zbytku ze zplyňování jako domácího aktivního uhlí, možnost využití pevného zbytku ze zplyňování pro úpravu pitné vody, průmyslových i odpadních vod apod. Budeme vyvíjet metodiku pro on-line sledování kvality plynu s cílem predikovat nárůst obsahu dehtu v plynu ke zvýšení spolehlivosti provozu technologických celků.

V oblasti materiálového využití odpadů procesem pyrolýzy se zaměříme na vytipování vhodných jednodruhových materiálů s predikovatelnými vlastnostmi, které lze procesem pyrolýzy upravit na produkty, což je hlavní myšlenka oběhového hospodářství. Příkladem může být transformace stabilizovaných čistírenských kalů na P,N-hnojivo, či lanolínového kalu na K-hnojivo. Uvedené výzkumy budou zaměřeny na vývoj jednotlivých funkčních technologií tak, aby se vyrovnaly výše zmíněnému zpřísňování legislativních emisních limitů a také aby vyhověly směrnicím Evropské unie o výrobcích z odpadů. Výzkum bude též zaměřen na zvyšování kvality pyrolýzního produktu.

Mezi hlavní výhody plazmových technologií patří kvalita výsledného plynného produktu a jeho čistota, velmi snadná a rychlá kontrola složení produktů reakce, podstatně menší nároky na rozměry reaktorů, možnost rychlého startu a vypnutí procesu (v sekundách). Ve srovnání s klasickými dosud používanými procesy jsou plazmové technologie většinou energeticky náročnější. Nevýhodou je i nízká životnost zdrojů plazmatu. Činnost v této oblasti se zaměří na minimalizaci těchto nevýhod, optimalizaci procesů v reaktoru a zvýšení spolehlivosti a životnosti zdrojů plazmatu. Bude optimalizován unikátní zdroj plazmatu generující plazma vodní páry v přímém kontaktu elektrického oblouku s vodním vírem a budou studovány procesy v reaktoru pro různé typy materiálů a pro různé provozní podmínky.

Spolupráce s komerčním sektorem: BOR Biotechnology a. s; TARPO spol. s r.o.; Sweco Hydroprojekt a.s.; SMP CZ a.s.; ENERGO Zlatá Olešnice s.r.o.; BOSS montáže, s.r.o.; Projectsoft, a.s.; Millenium Technologies a.s; atd.

Aktuální aktivity: