Projekt
Flowchar

Ideą projektu FlowChar jest zintegrowanie dwóch procesów:

Wytwarzania ciepła i energii
elektrycznej z gazu syntezowego
powstałego na drodze
zgazowania biomasy

Produkcji czystej wody za pomocą
przepływowej dejonizacji
pojemnościowej (FCDI)
wody słonawej lub morskiej

FLOWCHAR
– dowiedz się więcej o projekcie

Inspiracja

Rozwój systemu równoczesnego wytwarzania energii elektrycznej, ciepła i czystej wody wykorzystującego zasoby odnawialne i opartego na zasadach gospodarki o obiegu zamkniętym.

Co nas motywuje?

Dążąc do zerowej emisji CO₂ i złagodzenia zmian klimatycznych, musimy bazować na zrównoważonej produkcji energii. Jednocześnie, wyczerpywanie się zasobów czystej wody wymaga opracowania wydajnych i ekonomicznych technologii oczyszczania wody i ścieków.

Potencjalne zastosowanie systemu równoczesnego wytwarzania

Połączenie produkcji energii elektrycznej, ciepła oraz uzdatnionej wody w jedną, kompleksową technologię sprawdziłoby się w miejscach, w których podłączenie mediów jest utrudnione. Rozwiązanie to byłoby szczególnie pożądane dla sektora rolniczego, który generuje znaczne ilości biomasy odpadowej, zużywa sporo energii elektrycznej i ciepła procesowego, a jednocześnie ma duże zapotrzebowanie na wodę.

Zastosowanie takiego systemu w gospodarstwach rolnych zlokalizowanych w pobliżu źródła wody słonawej lub morskiej pozwoliłoby na uniezależnienie ich od sieci energetycznej, wodociągowej oraz regularnych dostaw paliwa, eliminując tym samym wpływ transportu na środowisko. Rozwiązanie to jest również zgodnie z polityką energetyki rozproszonej, przy jednoczesnym poszanowaniu zasad gospodarki o obiegu zamkniętym poprzez wdrożenie zamkniętego cyklu produkcji energii i wody.

Pierwszy proces
Zgazowanie biomasy

Jest to proces termochemicznego przekształcenia biomasy (np. odpadów leśnych lub rolniczych) w gaz syntezowy, który może być wykorzystany do produkcji ciepła i energii elektrycznej lub dalej przetwarzany w przemyśle chemicznym.

Proces rozpoczyna się od odgazowania z materiału wsadowego części lotnych, które tworzą mieszaninę gazów i produktów łatwo ulegających kondensacji. Równocześnie, pozostała materia węglowa reaguje z dostarczonym czynnikiem zgazowującym, takim jak tlen, dwutlenek węgla lub para wodna. W efekcie, część węgla przekształcana jest z fazy stałej w gazową, powodując wytworzenie wysoce porowatej struktury w pozostałej materii stałej, zwanej karbonizatem.

Drugi proces
Przepływowa dejonizacja pojemnościowa

Dejonizację pojemnościową można stosować do odsalania, w wyniku którego zanieczyszczenia jonowe są usuwane z wody zasilającej dzięki wytworzonej różnicy potencjałów elektrycznych dwóch elektrod.

Przyłożone napięcie ładuje elektrody, powodując przyciąganie do nich kationów i anionów z wody zasilającej. Na skutek powstającej podwójnej warstwy elektrycznej jony zatrzymywane są na powierzchni elektrod, a na wylocie modułu odbierana jest oczyszczona woda. Po zakończeniu sorpcji następuje etap desorpcji, realizowany poprzez odwrócenie potencjałów elektrod. Regeneracja elektrod skutkuje uwolnieniem jonów w postaci odpadowego strumienia stężonej solanki.

Przepływowa dejonizacja pojemnościowa jest nowym podejściem do klasycznego CDI. W rozwiązaniu tym, zamiast elektrody stałej, przez dedykowane kanały przepływa przewodząca zawiesina cząsteczek węgla, dzięki czemu jony adsorbujące się na ich powierzchni są w sposób ciągły usuwane z modułu do dejonizacji, pozwalając na pracę urządzenia w trybie ciągłym.

Po co integrować zgazowanie z FCDI?

Wierzymy, że nadmiarowe lub uboczne produkty każdego z tych procesów mogą poprawić efektywność drugiego z nich.

Produkty:

Karbonizat

Podczas zgazowania biomasy produkowany jest gaz syntezowy wykorzystywany do wytwarzania ciepła i energii elektrycznej. Reakcja zgazowania prowadzi do powstawania stałej pozostałości, zwanej karbonizatem. Jest to materiał nadmiarowy i wysoce niejednorodny, ma on jednak potencjał jako zamiennik komercyjnych węgli aktywowanych ze względu na mocno rozwiniętą powierzchnię właściwą oraz dobrą pojemność elektryczną.

Sód

Dejonizacja pojemnościowa wody słonawej lub morskiej polega między innymi na usuwaniu jonów sodu na skutek ich adsorpcji na powierzchni naładowanych elektrod, których regeneracja generuje odpad w postaci solanki. Sód może być też jednak produktem użyteczny, ma m.in. silne właściwości katalityczne w procesach termochemicznej konwersji węgla, takich jak zgazowanie biomasy.

Pakiety robocze

Pytania i wyzwania

A gdyby tak…?

A gdyby tak użyć karbonizatu jako elektrody przepływowej podczas procesu odsalania, tak, aby zaadsorbowały się na nim jony Na⁺?
A gdyby tak nasycony jonami Na⁺ karbonizat zawrócić do procesu zgazowania, poprawiając w ten sposób efektywność konwersji biomasy?

Ocena wykonalności tej koncepcji wymaga odpowiedzi na trzy podstawowe pytania:

Czy w procesie zgazowania biomasy można otrzymać karbonizat, który spełnia wymagania stawiane materiałom wykorzystywanym jako elektrody przepływowe?
Czy przygotowany karbonizat sprawdzi się podczas odsalania wody?
Czy karbonizat nasycony jonami sodu poprawi efektywność zgazowania biomasy?