Mniej marnotrawstwa, więcej korzyści. Jak ponownie zagospodarować energię cieplną z procesów przemysłowych lub sprzedawać ją z zyskiem?
Sektor przemysłowy odpowiadał w 2018 roku za 37 % całkowitego końcowego zużycia energii na świecie i 24 % globalnych emisji. Około 20–50 % energii zużywanej w procesach przemysłowych jest tracone w w postaci gorących spalin, przez przekazywanie do wody chłodzącej oraz w wyniku utraty ciepła, do której dochodzi w urządzeniach i produktach. Uczestnicy finansowanego przez UE projektu SUSPIRE wykorzystali ten ogromny potencjał, by odzyskiwać i wykorzystywać ciepło odpadowe, redukując przy tym całkowite zużycie energii i poziom emisji, a także sprzedając uzyskane tak nadwyżki energii.
Przecieranie szlaków
Płyny do wymiany ciepła i materiały zmiennofazowe (ang. phase change material, PCM) stanowią integralną część wielu systemów odprowadzania ciepła. Płyny do wymiany ciepła pozwalają na jego transfer między materiałami i procesami, do którego dochodzi za pośrednictwem wymienników ciepła. Materiały PCM działają z kolei jako odwracalne systemy magazynowania ciepła, które pochłaniają lub emitują ciepło, gdy dochodzi do zmiany fazy, na przykład podczas topnienia kostki lodu lub zamarzania wody. Jak mówi Fernando Santos z firmy Azterlan, koordynator techniczny projektu SUSPIRE: „Choć płyny do wymiany ciepła i materiały zmiennofazowe pełniły już ważną funkcję w elektrowniach słonecznych, to przed rozpoczęciem projektu SUSPIRE nie używano ich do przechwytywania, przesyłania i gromadzenia energii odpadowej w zakładach przemysłowych”.
Energooszczędna kaskada
W trakcie projektu SUSPIRE opracowano innowacyjne, wysoce wydajne wymienniki ciepła zintegrowane z nowatorskimi materiałami PCM, a następnie wbudowano je w układ umożliwiający dłuższe magazynowanie energii oraz jej ponowne wykorzystanie lub sprzedaż. Krzemowy (nieorganiczny) materiał PCM magazynuje ciepło ze spalin w temperaturze ponad 500 °C, by można je było później wykorzystać w energochłonnych procesach w tym samym zakładzie. Z kolei organiczny materiał PCM w wymienniku ciepła, przez który przechodzi para z przemysłowego autoklawu wysokotemperaturowego (Boilerclave®), pozwala na ponowne użycie ciepła w urządzeniu Boilerclave® w celu wygenerowania większej ilości pary. Uczestnicy projektu SUSPIRE wykorzystali również technologię magazynowania energii cieplnej w gruncie (BTES), dzięki czemu sam teren zakładu mógł posłużyć za magazyn. Santos deklaruje, że „w projekcie SUSPIRE wykorzystaliśmy technologię BTES do sezonowego magazynowania ciepła z systemów chłodzących wyposażenie i nadwyżek ciepła z systemów odzyskiwania energii SUSPIRE. Takie ciepło można wykorzystać zależnie od potrzeb w klimatyzacji lub do ogrzewania biur. Można je też je sprzedać podmiotom zewnętrznym na potrzeby ogrzewania”. W ramach projektu SUSPIRE opracowano ponadto specjalne oprogramowanie, które identyfikuje newralgiczne zmienne i dostosowuje parametry procesów, by redukować zużycie energii związane z produkcją złomu.
Każdy wygrywa
„Opisywane rozwiązania wdrożono pilotażowo w firmie z branży odlewnictwa precyzyjnego. Zaimplementowane etapy procesowe obejmowały wytwarzanie form woskowych, tworzenie osłony, odparafinowanie, wypalanie, topienie i wylewanie. System uwzględniał również chłodzenie i ogrzewanie powierzchni biurowych. W sumie zaoszczędzono około 16 % energii, na co składała się redukcja zużycia energii i nadwyżka energetyczna dostępna do sprzedaży podmiotom zewnętrznym. Zgodnie z przeprowadzoną oceną cyklu życia redukcja emisji CO2 miała wynieść 22 % w wypadku kaskadowej implementacji tych technologii. TELUR (partnerski zakład w Hiszpanii) prowadzi właśnie negocjacje w sprawie sprzedaży nadwyżek energii cieplnej, która miałaby zasilać lokalny ośrodek sportowy, dzięki czemu ograniczyłby on swoje zapotrzebowanie na gaz ziemny o połowę. Kilka rozwiązań osiągnęło już o wiele wyższy niż planowano poziom gotowości technologicznej, a MŚP są na różnych etapach rozmów z klientami i instalowania swoich technologii w ich zakładach. Wiele z powstałych rozwiązań działa autonomicznie i ich zastosowanie nie ogranicza się do przemysłu przetwórczego. Opracowany model biznesowy pozwala dostawcom energii na inwestowanie w technologie odzyskiwania i magazynowania energii w zakładach przemysłowych, a także na czerpanie korzyści z jej sprzedaży firmom, obiektom sportowym lub osiedlom. Motywuje to do inwestycji i ograniczenia emisji, przynosząc jednocześnie korzyści społeczne. Santos podsumowuje: „Technologia odzyskiwania energii odpadowej może przełamać opory społeczności wobec firm przemysłu przetwórczego, czyniąc z ich obecności szansę, a nie zagrożenie”.
Słowa kluczowe
SUSPIRE, energia, ciepło, emisje, przemysłowy, PCM, materiały zmiennofazowe, magazynowanie, ciepło odpadowe, spaliny, wymiennik ciepła, magazynowanie energii cieplnej w gruncie (BTES), odlewnia, efektywność energetyczna, przemysł przetwórczy
