Energetické využití obnovitelných a alternativních zdrojů z hlediska celkových emisí

Transkript

1 Energetické využití obnovitelných a alternativních zdrojů z hlediska celkových emisí Doc. Ing. Jaromír Lederer, CSc. VUANCH, a.s., Unipetrol/UniCRE

2 Obsah Co jsou obnovitelné a alternativní zdroje Principy energetického využití Typy emisí Příklady energetického využití a emise Biomasa Odpadní plasty Spalovny odpadů Cementárny Motorová biopaliva a emise Vodík Bezemisní zdroje energií

3 Co jsou obnovitelné a alternativní zdroje? BIOMASA DŘEVO,SLÁMA, ŘEPKOVÝ ŠROT VYUŽITELNÉ ODPADY KOMUNÁLNÍ ODPAD, ODPADNÍ PLASTY BIOPALIVA 1. A 2. GENERACE VODÍK SOLÁRNÍ/ VĚTRNÉ ZDROJE

4 Principy využití - Zplyňovací procesy Spalování je chemický proces, při kterém probíhá reakce s molekulárním kyslíkem a dochází při něm k produkci tepla. Parní reforming je katalytická reakce uhlovodíků s vodní parou za vzniku oxidu uhelnatého a vody. Parciální oxidace je reakce uhlovodíkové suroviny s kyslíko-parní směsí s množstvím kyslíku nedostatečným pro úplné spálení a hlavními produkty jsou oxid uhelnatý a vodík. Zplyňování je tepelný proces, při kterém se organické sloučeniny rozkládají na hořlavé plyny působením vysoké teploty (v přítomnosti vody a kyslíku). Pyrolýza je nekatalytický radikálový proces štěpení uhlovodíků na nižší olefíny probíhající při teplotách C.

5 Emise OXID UHLIČITÝ, OXIDY DUSÍKU ORGANICKÉ LÁTKY A TOXICKÉ LÁTKY (PCDD, PCDF, PAU, TOC) PEVNÉ EMISE KOVY, PRACH.ČÁSTICE

6 PCDD a PCDF O O O 5 4 3

7 ANALYTIKA PCDD/F Analýza vzorků Sorpční roztoky - přidání extrakčních standardů 13 C značených dioxinů, - extrakce toluenem (hexanem) - čištění extraktu (kolonka s aktivovan ým silikagelem, SPE patronka - zahuštění extraktu na µl I. část získaného extraktu - analýza (GC-ECD) Výsledek suma p íků eluujících v retenčním okně standard ů dioxínů Vzorky (standardy) Stanovení složek Dibenzodioxiny Chlorované bifenyly 2, 3, 7, 8 TeCDD 1.0 1, 2, 3, 7, 8 PeCDD 0.5 Nonorto subst. 1, 2, 3, 4, 7, 8 HxCDD 0.1 PCB , 2, 3, 6, 7, 8 HxCDD 0.1 PCB , 2, 3, 7, 8, 9 HxCDD 0.1 PCB , 2, 3, 4, 6, 7, 8 HpCDD 0.01 OCDD Monoorto subst. Dibenzofurany PCB , 3, 7, 8 TeCDF 0.1 PCB , 2, 3, 7, 8 PeCDF 0.05 PCB , 3, 4, 7, 8 PeCDF 0.5 PCB , 2, 3, 4, 7, 8 HxCDF 0.1 PCB , 2, 3, 6, 7, 8 HxCDF 0.1 PCB , 2, 3, 7, 8, 9 HxCDF 0.1 PCB , 3, 4, 6, 7, 8 HxCDF 0.1 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8 HpCDF 0.01 Diorto subst. 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9 HpCDF 0.01 PCB OCDF PCB

8 Biomasa DŘEVO SLÁMA ŘEPKOVÝ ŠROT ČISTÍRENSKÉ KALY

9 Složení biomasy TRIGLYCERIDY Biomass Cellulose [%] Hemicellulose [%] Lignin [%] Apricot stone Breech wood Birchwood Hazelnut shell Legume straw Spruce wood Tobacco stalk CELULOSA HEMICELULOSA LIGNIN O, OH MINIMÁLNÍ ENERGETICKÝ OBSAH PŘI SPALOVÁNÍ VZNIKÁ VODA, KTEROU JE TŘEBA VYPAŘIT

10 Příklad složení ligninu a uhlí VALIN EMISE PŘI SPALOVÁNÍ?!

11 Kdy je využití biomasy ekonomické a ekologické? 25 km REGIONÁLNÍ ZPRACOVÁNÍ regionale Pyrolyse- Anlagen Zentraler CENTRALIZOVANÁ VÝROBA SYNTÉZNÍHO PLYNU 250 km

12 Využití biomasy SPALOVÁNÍ BIOPLYN FERMENTAČNÍ PROCESY BEŽNĚ ZAVÁDĚNO NÍZKÁ PRODUKČNÍ EFEKTIVITA ZPLYŇOVÁNÍ NA SYNTÉZNÍ PLYN JEN POKUSNÉ PROVOZY PYROLÝZA A NÁSLEDNÁ PARCIÁLNÍ OXIDACE ZPLYŇOVÁNÍ NA METHAN SNG (Substitute Natural Gas)

13 Spalování a emise Zdroj Palivo (původ) CO Měrné emise (kg/mwh) SO 2 NO 2 TOC CH 4 TZL Násypná šachtová kamna (Výkon 6,3 kw) Dřevěné brikety Černé uhlí 40,9 16,4 < 0,1 2,2 0,9 0,7 23,1 7,8 8,2 2,7 1,0 2,2 Ručně ovládaný teplovodní DAKON (Výkon 24 kw) Dřevěné brikety Hnědouhelné brikety 10,7 26,5 0,1 0,8 0,4 1,0 0,8 8,7 0,6 5,6 0,2 1,4 Elektrárenský parní kotel s fluidním ohništěm a suchým odsířením (Výkon bloku 135 MW) Hnědé uhlí 0,49 1,32 0,89 0,004 0,004 0,072

14 Zplyňování uhlí + BIOMASY ve fluidním loži BIOMASA

15 Zplyňování biomasy - pyrolýza PYROLÝZA NA OLEJ A KOKS SYNPLYN

16 Zplyňování biomasy - výtěžnost

17 ODPADNÍ PLASTY

18 Co s odpadními plasty? Nechť nevzniknou Opětovné použití (na méně náročné výrobky) Surovinová recyklace (Ozmotech: Waste to Diesel, PET) Energetické využití Skládkování WASTE TO ENERGY

19 Odpadní plasty energetické využití V ČR výroba 1 mil. tun plastů/rok Palivo Spalné teplo (kj/kg) PE PP PS PET PVC Hnědé uhlí Dřevo Těžký topný olej 40200

20 Pilotní spalovací pec 3T Temperature Time Turbulence

21 Vliv složení substrátu na koncentraci PCDD/F ve spalinách; teplota 1100 C 100% PET PS 90% PVC PE 80% PCDD/F 70% Složení paliva 60% 50% 40% 30% 20% Koncentracfe PCDD/F ve spalinách, ng/m3 10% 0%

22 Efekt vysokoteplotního adsorbéru - CaO Složení paliva C 100% 25 PET PS 90% PVC PE 80% 20 PCDD/F 70% 60% 15 50% 40% 10 30% 20% 5 10% Koncentracfe PCDD/F ve spalinách, ng/m3 Složení paliva C 100% 250 PET PS 90% PVC PE 80% 200 PCDD/F 70% 60% % 40% % 20% 50 10% Koncentracfe PCDD/F ve spalinách, ng/m3 0% % S adsorbérem Bez adsorbéru

23 SPALOVNY KOMUNÁLN LNÍHO ODPADU MW mg/m3 Instalovaný tepelný výkon tuhé látky SO2 NOx CO org. uhlík Fluidní kotel spalující tuhá paliva nestan oveno Spalovna komunální ho odpadu nestanoven max. 20 Celkové množství KO v ČR (2009) Celkové množství SKO v ČR (2009) Kapacita spaloven KO Kapacita připravovaných zařízení na en.využívání KO Kapacita plánovaných zažízení MBÚ Odstranit SKO v roce 2020 jinak než skládkováním 4795 kt 3236 kt 620 kt 300 kt 300 kt 2148 kt

24 Podíl dioxinů v emisích za ČR ze sledovaných zdrojů Celková produkce dioxinů v emisích v ČR dle údajů ČHMÚ za rok ,779 g 1,82% 0,05% Produkce dioxinů ze spaloven SKO ve vztahu k produkci dioxinů z domácích topenišť v roce % 47,24% 42,21% 0,28% Elektrárny, teplárny a jiné zdroje energie Výroba železa a oceli Spalovny SKO Další technologie 8,31% 0,09% Doprava Domácí topeniště Spalovny průmyslové a nebezpečné 99% Domácí topeniště Spalovny SKO

25 Cementárny ČR ,7 mil. t TEPLOTA C DOBA ZDRŽENÍ. DESÍTKY SEKUND REAKTIVNÍ PROSTŘEDÍ

26 Cementárny

27 Motorová biopaliva BIOPALIVA 1. GENERACE (FAME, BIOETHANOL) BIOPALIVA 2. GENERACE (FTS)

28 Čtyřdobý motor termodynamika EMISE VS. KOMPRESNÍ POMĚR

29 Biopaliva ochrana před CO 2? PLÁN: ROK BIOPALIVA ZEMNÍ PLYN VODÍK CELKEM (7) (8) 10 5 (23) SKUTEČNOST: rychlost (km/h) spotřeba paliva (lt/100km) produkce CO 2 (g/km) 60 3, , , ,1 205

30 Vodík VÝROBA SPALOVÁNÍ PŘÍMÉ PALIVOVÉ ČLÁNKY

31 Parní reforming Katalytický rozklad uhlovodíků vodní parou Při této výrobě probíhají reakce: CH 4 + H 2 O(g) = CO + 3H 2 CH 4 + 2H 2 O(g) = CO 2 + 4H 2 CO + H 2 O(g) = CO 2 + H 2 CO 2 + H 2 = CO + H 2 O Celkově endotermní Teplo dodáváme spalováním methanu mimo reaktor H 2 : CO 2 = 1 : 1 ZNAMENÁ..1g H g CO 2

32 POX - princip Parciální oxidace uhlovodíků (1400 C) CH 4 + O 2 = CO + 2H 2 [EXO] CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O [EXO] CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 [ENDO] CH 4 + CO 2 = 2CO + 2H 2 [ENDO]

33 Guvernér Arnold Schwarzenneger tankuje vodík do nádrže Hummeru

34 Palivový článek vs. přímé spalování - účinnost?

35 Fotovoltaické panely KŘEMÍK, HLINÍK, OCEL SiO 2 + C Si + CO 2 2 Al 2 O C 4 Al + 3 CO 2

36 EMISE CO 2

37 ZÁVĚR FESTINA LENTE QUIDQUID AGIS, PRUDENTER AGAS ET RESPICE FINEM