Amikor az energia ára emelkedik, az emberek és a vállalatok alternatív megoldásokat keresnek a fosszilis tüzelőanyagok helyett. Ezenkívül geopolitikai és éghajlati okokból is égető szükség van a fosszilis tüzelőanyagoktól való függés csökkentésére. A fosszilis tüzelőanyagokat azonban nem lehet kizárólag a nap- és szélenergiából származó megújuló villamos energiával helyettesíteni - de amíg élet van, addig biomassza is lesz, véli Enrico Bocci, a Guglielmo Marconi Egyetem professzora.
Lehet, hogy meglepő, de a fosszilis tüzelőanyagokból hagyományos módon történő hő- és villamosenergia-termelés során a teljes energia nagyjából felét elpazaroljuk. De a termelésnek van egy másik módja is: a kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés (CHP), más néven kogeneráció. A fosszilis tüzelőanyagoktól elszakadva lehetővé teszi, hogy a hulladékból több bioenergia kerüljön az energiamixbe. Ezt az anyagot gyakran nem veszik figyelembe erőforrásként, de jelentős potenciállal rendelkezik.
„Ezen a módon egyszerre termelhetünk hőt és energiát” – mondja Martin Stroleny, a fenntartható technológiákat és a zöld innovációt támogató brüsszeli székhelyű Greenovate Europe hálózat projektmenedzsere. „A használatával akár 40 százalék energia takarítható meg a hagyományos, csak energiát termelő rendszerekhez képest.” Stroleny egy uniós finanszírozású projektben, a SmartCHP programban vesz részt, amelynek keretében olyan motort terveznek, amely a biomasszát hővé és villamos energiává tudja alakítani. A munka során egy dízelmotort úgy alakítanak át, hogy képes legyen bioolajat feldolgozni a dízel helyett. Az elképzelés az, hogy először egy olyan gépet használnak, amely a szerves hulladékot, mint például az olajbogyómagokat vagy erdészeti és mezőgazdasági maradékokat is bioolajjá tudja alakítani. A létrejövő zöldes színű bioolaj ezután kétféle utat járhat be. Az olaj beadagolható egy módosított dízelmotorba, hogy villamos energiát termeljen, vagy ha hőre van szükség, akkor egy füstgázkazánba.
„Egyszerre tudunk hőt és áramot termelni, ami azt jelenti, hogy a hőtermelést a hideg téli napokon meg lehet növelni, a melegebb nyári napokon pedig vissza lehet fogni. Emellett kiváló megoldás az energiahálózat kiegyensúlyozására és az ingadozóbb teljesítményű megújuló energiaforrások, például a nap- és a szélenergia kiegészítésére – mondja Stroleny. A projekt során tervezett motor alkalmas lesz arra, hogy hőt és áramot biztosítson szállodáknak, kórházaknak, iskoláknak, sőt néhány ipari épületnek is. Segíthet nekik az energia- és fűtési költségeik csökkentésében, valamint az általános energiahatékonyság javításában és az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásának csökkentésében.
Az elmúlt hónapokban a csapat jelentős sikert ért el, amikor összeállította a CHP-egységet egy laborban, és 500 órán át működtette bioolajjal. „Ez az egész világon az első alkalom, hogy valakinek sikerült ilyen hosszú ideig bioüzemanyaggal üzemeltetnie egy CHP-egységet” ” – mondta Stroleny. Jelenleg a gép különböző részei, például a dízelmotor, a füstgázkazán és az intelligens szabályozóegység laboratóriumi fejlesztése és tesztelése zajlik. Ennek keretében értékelik a gépbe bekerülő különböző biológiai nyersanyagokat, például a Görögországból származó olajbogyó-magvakat, a Horvátországban termesztett energiafüvet vagy svédországi erdészeti hulladékokat. A teljes körű tesztelésre várhatóan 2023-ban kerül sor.
A CHP közvetlenül az iskola vagy a kórház területén termel áramot és hőt. Ez különösen alkalmassá teszi távoli helyeken levő épületek fűtésére és áramellátására vagy akár olyan helyeken is, amelyek nem csatlakoznak az elektromos hálózathoz, például szigeteken.
Lángoló tekintettel előre
A BLAZE („LÁNG”) egy másik olyan európai projekt, amely arra törekszik, hogy hatékonyabb és rugalmasabb technológiákat fejlesszen ki a maradék biomassza kapcsolt hő- és villamosenergia-szolgáltatásként történő visszaadására. A mérnökök olyan CHP-rendszerek kifejlesztésén dolgoznak, amelyek képesek az ipari, az élelmiszer- vagy fahulladékot és más biomasszát energiává alakítani. Ez a folyamat üzemanyagként gázt termel, de nem égetik el motorban vagy gázturbinában. Ehelyett a gázt betáplálják egy üzemanyagcellába, amely egy akkumulátorhoz hasonló eszköz, ez pedig a gázban lévő vegyi anyagokat villamos energiává és hővé alakítja. Ezután a rendszer a villamos energiát betáplálja a villamosenergia-hálózatba, segítve a terhelések kiegyensúlyozásában, és adott esetben pótolva a hiányzó energiát, ha a szél- vagy napenergiából származó termelés csökken.
„A kihívás abban rejlik, hogyan lehet a biomassza-hulladékot hatékonyan, kibocsátás nélkül és alacsony költséggel átalakítani” – mondja Enrico Bocci, a BLAZE projekt vezetője. A kutatók abban reménykednek, hogy a villamos energia esetében a hatékonyság csaknem 50 százalék lesz, és a CHP-rendszer teljes hatékonysága 90 százalék – ami azt jelenti, hogy az üzemanyagban rendelkezésre álló energia 50 százalékát alakítják át hasznosítható villamos energiává, 40 százalékát pedig fűtéssé.
A rendszer mindenféle hulladékot befogad, és a folyamat során kátrány, részecskék, kén- és klórvegyületek jöhetnek létre, ezek pedig zavarhatják az egység működését. Az ilyen problémák elkerülése érdekében a hulladékot körülbelül 800 °C-on alakítják gázzá és kezelik, mielőtt betáplálnák a gázt az üzemanyagcellába; az üzemanyagot és az oxigént körülbelül 700 °C-os hőmérsékleten alakítva villamos energiává és hővé, nagyon alacsony kibocsátással. A gáz egy kazánba is bevezethető, így több hőt lehet termelni.
Az ide év vége felé Olaszországban összeszerelnek egy kísérleti erőművet, amelyet 2023 májusáig tesztelnek majd. „A kísérleti programunkból nulla kibocsátással elérjük a biomasszából energiát és hőt termelő létesítmények elektromos hatékonyságának kétszeresét” – mondta Bocci. A BLAZE az első olyan konkrét példa egy olyan technológiára, amely rendkívül hatékonyan, alacsony kibocsátással és költségekkel képes átalakítani a maradék biomasszát. „Eljön majd az idő, amikor a biomassza-hulladékot egy kicsi, olcsó reaktorba rakhatjuk, és kibocsátások nélkül termelhetünk villamos energiát, hőt és vegyi anyagokat” – mondja Bocci.
A cikk eredetileg a Horizon magazinban, az Európai Unió kutatási és innovációs magazinjában jelent meg.
