Шанс перейти на возобновляемые источники тепла, электроэнергии и топлива, а также предоставить новые возможности для нескольких отраслей производства большого количества возобновляемых продуктов. Таков вердикт исследователей из Технологического университета Чалмерса, Швеция, которые теперь, после десяти лет энергетических исследований газификации биомассы, видят множество новых технологических достижений.
«Потенциал огромен! Используя только уже существующие шведские электростанции, мы могли бы производить возобновляемое топливо, эквивалентное 10 процентам мирового авиационного топлива, если бы такая конверсия была полностью реализована», - говорит Хенрик Тунман, профессор Энергетические технологии в Чалмерсе.
Как осуществить переход от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии, является сложной проблемой для многих отраслей. Для тяжелой промышленности, такой как нефтеперерабатывающие заводы или целлюлозно-бумажная промышленность, особенно важно начать движение, потому что инвестиционные циклы очень длинные. В то же время важно правильно оформить инвестиции, потому что вы можете быть вынуждены заранее заменить котлы или оборудование, что означает большие финансовые затраты. Благодаря долгосрочным стратегическим усилиям исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции проложили путь к радикальным изменениям, которые могут быть применены к новым установкам, а также к тысячам существующих заводов по всему миру.
Представленное решение предполагает повсеместную газификацию биомассы. Сама по себе эта технология не нова. Грубо говоря, происходит то, что при высоких температурах биомасса превращается в газ. Затем этот газ можно перерабатывать в конечные продукты, которые в настоящее время производятся из нефти и природного газа. Исследователи Чалмерса показали, что одним из возможных конечных продуктов является биогаз, который может заменить природный газ в существующих газовых сетях.
Ранее развитию технологии газификации мешали серьезные проблемы, связанные с выделением смолы из биомассы, что несколько мешало процессу. Теперь исследователи из подразделения энергетических технологий Чалмерса показали, что они могут улучшить качество биогаза с помощью химических процессов, а также совершенно новыми способами управлять дегтем. Это, в сочетании с параллельной разработкой теплообменных материалов, открывает совершенно новые возможности для преобразования котлов централизованного теплоснабжения в газификаторы, работающие на биомассе.
«Что делает эту технологию настолько привлекательной для нескольких отраслей, так это то, что можно будет модифицировать существующие котлы, которые затем могут дополнять производство тепла и электроэнергии производством топлива и химикатов, не содержащих ископаемого топлива», - говорит Мартин Зееманн., доцент кафедры энергетических технологий в Чалмерсе.
«Таким образом, мы перестроили наш собственный исследовательский котел в 2007 году, и теперь у нас есть более 200 человеко-лет исследований, чтобы поддержать нас», - говорит профессор Хенрик Тунман. «В сочетании с уроками промышленного масштаба, извлеченными из демонстрационного проекта GoBiGas (Гетеборгская газификация биомассы), запущенного в 2014 году, теперь мы можем сказать, что технология готова для всего мира».
Установки, которые могут быть переведены на газификацию, - это электростанции и центральные тепловые электростанции, целлюлозно-бумажные комбинаты, лесопильные заводы, нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы.
«Поэтому технические решения, разработанные исследователями Чалмерса, применимы в нескольких областях промышленности», - говорит Клара Хельстад, руководитель отдела устойчивой промышленности Шведского энергетического агентства. «Компетентность и исследовательская инфраструктура Чалмерса сыграли решающую роль в демонстрации передового биотоплива в рамках проекта GoBiGas».
Шведское энергетическое агентство уже много лет финансирует энергетические исследования и инфраструктуру в Чалмерсе.
Подробнее о: Потенциал использования безископаемого топлива путем газификации путем модификации существующих установок
- Установки, которые могут быть модифицированы, имеют тип котла для сжигания, называемый котлом с псевдоожиженным слоем. Это наиболее распространенная технология на шведских электростанциях и тепловых электростанциях, а также на многих целлюлозно-бумажных и лесопильных предприятиях. Всего более 100 заводов в Швеции имеют котлы с кипящим слоем.
- Если бы все эти заводы были преобразованы в газификаторы биомассы, они могли бы производить 346 ТВтч биогаза (метана) в год при достаточном наличии биомассы. Это соответствует примерно одному проценту от общего потребления природного газа в мире в 2013 году.
- В качестве альтернативы заводы могли бы производить 278 ТВт-ч авиационного топлива в год, что эквивалентно примерно 10 процентам от общего потребления авиационного топлива в мире в 2014 году.
- Потребление биомассы в приведенных выше сценариях превышает оценки производства шведской сельскохозяйственной и лесной промышленности, поэтому для крупного перехода на газификацию биомассы, вероятно, потребуется смесь отечественной и импортируемой биомассы.
- Во всем мире существуют тысячи установок, использующих сжигание в псевдоожиженном слое, и поэтому их можно модифицировать для газификации биомассы.
Подробнее о химикатах, материалах и электрическом топливе как конечных продуктах
- Технология очень гибкая, когда речь идет о конечных продуктах. При газификации биомассы образуется синтез-газ - смесь водорода, окиси углерода и двуокиси углерода, которую затем можно преобразовать в различные углеводороды. Помимо биогаза и авиатоплива можно, например, производить метанол, бензин и дизельное топливо.
- Помимо электростанций и теплоцентралей, а также бумажных, целлюлозных и лесопильных заводов, конверсия может также включать нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы. Процесс газификации может обеспечить возобновляемые углеводороды, которые могут заменить нефть при производстве топлива, химикатов и материалов. Но также это дает возможность дополнить свои операции собственным сжиганием биомассы.
- Технология также может быть использована для производства электротоплива. Это синтетическое автомобильное топливо, которое производится из двуокиси углерода, получаемой при сжигании биомассы, электричества и воды. В будущей энергетической системе с высокой долей электроэнергии от солнечных батарей и энергии ветра это может быть метод использования электроэнергии в периоды избытка. Установка может быть спроектирована так, чтобы переключаться между производством электрического топлива и другого топлива в зависимости от текущей цены на электроэнергию.
- При достаточном доступе к биомассе расширенное производство могло бы сосуществовать с существующим производством на объектах и обеспечивать повышенную степень использования современной инфраструктуры.
Подробнее о: Доступность экологически чистой биомассы
Существуют разные мнения о том, сколько биомассы можно производить устойчивым способом.
«Моя оценка такова, что биомасса может внести значительный вклад в энергоснабжение. Но этого недостаточно для обеспечения всех приложений, которые в настоящее время требуют ископаемого топлива», - говорит Йоран Берндес, профессор биомассы и землепользования в Чалмерс. «С этой точки зрения переход на газификацию очень интересен, поскольку позволяет очень эффективно использовать биомассу для удовлетворения различных потребностей общества».
Горан Берндес продолжает: «Независимо от того, как в конечном итоге используется биомасса, важно убедиться, что она получена из устойчивого лесоводства и сельского хозяйства. Законы, правила и рыночные схемы сертификации устойчивости обеспечивают лучшие условия для устойчивого производства., но страны и отдельные субъекты различаются с точки зрения приоритетов устойчивого развития, поэтому вполне вероятно, что переход к возобновляемым источникам энергии по-прежнему будет характеризоваться спорами об устойчивости различных решений."