Zrównoważony i oszczędny system ogrzewania budynków mieszkalnych olejem z biomasy
Systemy grzewcze w budynkach mieszkalnych mogą odegrać ważną rolę w przechodzeniu Europy na ekologiczne, bezpieczne i wydajne systemy energetyczne. Jednak większość odnawialnych zasobów biomasy to materiały stałe o niskiej gęstości energetycznej, co sprawia, że nawet najbardziej zaawansowane systemy grzewcze w budynkach mieszkalnych nie radzą sobie z niestałością parametrów biomasy pozyskiwanej z odpadów rolnych i leśnych. Rozwiązaniem tego problemu zajęli się twórcy projektu Residue2Heat. Wykorzystali oni bogate w popiół pozostałości i odpady oraz biomasę, wykorzystywane w domowych instalacjach grzewczych (od 20 kWh do 200 kWh), aby stworzyć zrównoważony system ogrzewania w konkurencyjnej cenie. „Naszym celem było zastąpienie stosowanych w dużych ilościach paliw kopalnych i biopaliw pierwszej generacji, które są obecnie wykorzystywane wraz z biomasą pochodzącą ze strumieni odpadów nienadających się do produkcji żywności lub pasz, wywierając tym samym niewielki wpływ na pośrednią zmianę struktury użytkowania ziemi”, mówi koordynator projektu Herbert Pfeifer. Członkowie konsorcjum przekształcili strumienie odpadów biomasy w toku procesu szybkiej pirolizy, który polega na beztlenowym ogrzaniu materiału organicznego do uzyskania jednorodnego płynnego biopaliwa drugiej generacji, zwanego olejem pirolitycznym. Badacze zaadaptowali ponadto istniejące systemy grzewcze w budynkach mieszkalnych na potrzeby oleju pirolitycznego.
Innowacyjna technologia
Olej pirolityczny posiada około 70 % zawartości energii biomasy i około 50 % wartości grzewczej konwencjonalnego oleju opałowego. „Pierwszym wyzwaniem było wyprodukowanie oleju pirolitycznego – pomimo całego szeregu możliwych biogenicznych surowców – charakteryzującego się stałą wysoką jakością i znormalizowanymi właściwościami fizyko-chemicznymi. Drugie największe wyzwanie polegało na przystosowaniu wysoce wydajnych kondensacyjnych systemów grzewczych na potrzeby oleju pirolitycznego, a to z uwagi na fakt, że właściwości oleju pirolitycznego i paliw konwencjonalnych różnią się od siebie”, wyjaśnia Pfeifer. Partnerzy projektu wykorzystali innowacyjną technologię szybkiej pirolizy celem przekształcenia odpadów biomasy o wysokiej zawartości popiołu, takich jak słoma pszenna, odpady leśne, kora drzewna, miskant oraz czyste drewno, w paliwo ciekłe do ogrzania budynków mieszkalnych. Zastosowali oni również podstawowe zasady modelowania i badania doświadczalne do zaadaptowania do oleju pirolitycznego istniejących systemów grzewczych w budynkach mieszkalnych, takich jak elementy palników. Palnik ze skali laboratoryjnej został przekształcony w kocioł odpowiedni do systemów grzewczych w budynkach mieszkalnych. „W stworzonej przez nas na potrzeby demonstracyjne instalacji na paliwo pirolityczne uzyskaliśmy stabilne spalanie paliwa pirolitycznego, dłuższy czas działania palnika (ponad 100 godzin) oraz tryb pracy typu start–stop. Ponadto instalacja pracowała i była monitorowana w warunkach rzeczywistych przewidzianych dla piątego poziomu gotowości technologicznej”, zauważa Pfeifer.
Niższe emisje
W toku prowadzonych badań parametry paliwa również zostały przystosowane do potrzeb ogrzewania budynków mieszkalnych, dzięki czemu otrzymano wystandaryzowane paliwo pirolityczne o wysokiej jakości. Badacze przetestowali typowe komponenty wykorzystywane w systemach grzewczych, takie jak pompy i dysze paliwa, pod kątem ich kompatybilności z paliwem pirolitycznym. Jak zauważa Pfeifer: „Jako że informacje na temat aerozolu i spalania oleju pirolitycznego w literaturze naukowej są ograniczone, nasze badania prowadziliśmy na poziomie podstawowym, niezbędnym do opracowania palnika w skali laboratoryjnej”. Najważniejszym rezultatem projektu Residue2Heat było opracowanie niezależnych małych kotłów do budynków mieszkalnych (od 20 kWh do 60 kWh) opalanych olejem pirolitycznym. Dodatkowym osiągnięciem jest wyprodukowanie oleju pirolitycznego o wysokiej jakości z odpadów biomasy o wysokiej zawartości popiołu, atomizacja i spalanie oleju pirolitycznego, zaprojektowanie i produkcja zmodyfikowanych komponentów palnika oraz stworzenie planu logistycznego magazynowania i transportu. Ocena całego łańcucha pod kątem zrównoważonej produkcji różnych rodzajów oleju pirolitycznego (oparta na materiałach wsadowych) wykazała redukcję emisji o 80–94 %, spełnienie wymogów dotyczących ograniczania emisji gazów cieplarnianych na poziomie 60 % i 70 % względem poziomów wyznaczonych w dyrektywie w sprawie energii ze źródeł odnawialnych, odpowiednio, (RED) i RED2. „Ponadto popiół pozyskiwany z produkcji oleju pirolitycznego jest potencjalnym źródłem składników odżywczych cennych dla ekosystemów gleby i z tego względu może być wykorzystany w rolnictwie”, podsumowuje Pfeifer.
Słowa kluczowe
Residue2Heat, olej pirolityczny, ogrzewanie budynków mieszkalnych, biomasa, rolne, odpady leśne, kocioł, dyrektywa w sprawie odnawialnych źródeł energii
