Niezależność energetyczna w Twoim domu? Naukowcy z PW pracują nad rozwiązaniem

Wyobraź sobie, że możesz wytwarzać energię elektryczną i ciepło na własne potrzeby i nie musisz już polegać na sieci elektroenergetycznej. Taki system chce opracować i zbudować dr inż. Olaf Dybiński z Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej. 

Ma to być prototyp jednostki kogeneracyjnej (tzn. wytwarzającej równocześnie lub w ramach jednego procesu technologicznego energię elektryczną i ciepło) i to zupełnie nowego typu (zarówno w kwestii rozwiązania technicznego, jak i samej nazwy) – MCeFC, czyli Molten Carbonate e-Fuel Cell. 

– Jest to wysokotemperaturowy stos ogniw paliwowych bazujący na technologii ogniw węglanowych, jednak zasilany płynnymi biopaliwami i e-paliwami zamiast wodorem – wyjaśnia dr inż. Olaf Dybiński. – Ogniwa te w procesie elektrochemicznym, w ramach którego następuje transport jonów węglanowych, pozwalają na wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła. Cały proces zachodzi przy temperaturze 600-700°C. 

To pozwala na wykorzystanie endotermicznej reakcji reformingu parowego paliw płynnych – to znaczy, że paliwa płynne (takie jak nafta, olej napędowy czy różne alkohole) są przekształcane w gaz syntezowy (mieszankę wodoru i tlenku węgla) przy użyciu pary wodnej i ciepła. Bilans cieplny wciąż pozostaje pozytywny. 

– Dzięki odpowiedniej konstrukcji możliwe będzie bezpośrednie zastosowanie różnych, w tym syntetycznych, paliw płynnych i biopaliw, co jest innowacją na rynku ogniw paliwowych i w gałęzi urządzeń kogeneracyjnych małej skali – dodaje dr Dybiński. 

Samodzielnie, bezpiecznie i ekologicznie

Główną zaletą MCeFC będzie energetyczna niezależność odbiorców końcowych (w skali domów jednorodzinnych) od sieci elektroenergetycznej. 

– Do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła na własne potrzeby będą używane paliwa, które wkrótce będą dostępne na każdej stacji benzynowej lub będą mogły być wytworzone z wykorzystaniem tradycyjnej fermentacji alkoholowej – opowiada dr Dybiński. – Mamy tu na myśli alkohole – z naciskiem na te wytwarzane syntetycznie, aby zachować zamknięty obieg dwutlenku węgla – takie jak metanol, etanol, propanol czy też gliceryna, jak również biopaliwa, produkowane głównie w oparciu o naturalne procesy fermentacji alkoholowej, na przykład po prostu bimber. W praktyce wykorzystanie opracowywanego kogeneratora będzie ograniczało się do uzupełniania zbiornika paliwa mieszaniną wody i wybranego alkoholu, gdyż wodór biorący udział w procesie wytwarzania energii uwalniany będzie bezpośrednio w urządzeniu zarówno z paliwa, jak i z wody. Urządzenie MCeFC powinno pracować bez obsługi serwisowej przez kilkadziesiąt tysięcy godzin.

W projekcie zrezygnowano z paliwa w postaci czystego wodoru, co pozwala uniknąć problemów z jego transportem i magazynowaniem. Te procesy zawsze generują straty, a także wymagają użycia dodatkowej energii elektrycznej, np. do sprężania czy skraplania. To generuje oczywiście kolejne koszty. Wodór jest także łatwopalny i wybuchowy, co również utrudnia transport i magazynowanie oraz byłoby niebezpieczne w przypadku przechowywania paliwa w domu. 

Zastąpienie wodoru paliwami, które mogą być transportowane i przechowywane z wykorzystaniem dostępnej infrastruktury, rurociągów, zbiorników i kanistrów, pozwala nie tylko na uniknięcie problemów związanych z wodorem jako paliwem, ale zarazem umożliwia wykorzystanie wszystkich zalet, jakie niesie za sobą rozwój odnawialnych źródeł energii, technologii wychwytu CO2 i magazynowania energii w postaci energii chemicznej paliwa. 

– Dzięki wykorzystaniu paliw syntetycznych produkowanych z wychwyconego CO2 (e-paliw) zapewniamy zamknięty obieg dwutlenku węgla, a więc nie generujemy nowych zanieczyszczeń do atmosfery – dopowiada dr Dybiński. – Jeśli natomiast wykorzystamy biopaliwo, tak naprawdę MCeFC będzie odnawialnym źródłem energii, które może być traktowane na równi z fotowoltaiką czy wiatrakami.

Zmiana wymaga zmiany… przepisów

Wykorzystanie biopaliw do zasilania MCeFC w przyszłości powinno umożliwić traktowanie urządzenia jako generator OZE pracujący w systemie prosumenckim – do tego jednak potrzeba jeszcze dostosowania przepisów. 

– W ramach projektu planujemy także opracować strategię zmiany przepisów i lobbować za rozszerzeniem definicji instalacji kwalifikujących się do udziału w rynku energii w roli prosumenta właśnie w celu uwzględnienia generatorów elektrochemicznych takich jak MCeFC – podkreśla dr Dybiński. 

Takie rozwiązanie przyniosłoby dodatkowe zyski dla użytkowników i stabilizację pracy sieci elektroenergetycznej w dowolnej skali, gdyż MCeFC generuje stabilną moc elektryczną i jest urządzeniem sterowalnym w odróżnieniu od fotowoltaiki i wiatraków, które w pełni uzależnione są od warunków atmosferycznych. 

Obecnie zespół jest na etapie opracowywania projektu technicznego elementów konstrukcyjnych jednostki MCeFC. W skład zespołu wchodzą dr inż. Olaf Dybiński jako kierownik projektu oraz prof. dr hab. inż. Jarosław Milewski, dr inż. Arkadiusz Szczęśniak, dr hab. inż. Łukasz Szabłowski, dr inż. Andrzej Grzebielec, mgr inż. Aliaxandr Martsinchyk oraz mgr inż. Pavel Shuhayeu.

Projekt „Opracowanie mikro-kogeneracyjnej jednostki MCeFC opartej o ogniwa paliwowe MCFC zasilanej E-Paliwami, Biopaliwami i CO₂-neutralnymi paliwami płynnymi” (REGENERATION) jest realizowany w ramach grantu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju LIDER XIV.