• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Przekształcanie bioodpadów w wodór

    28.07.2014. 16:58
    opublikowane przez: Redakcja

    Podczas gdy samochody na wodór staną się najpewniej kolejnym przebojem w społeczeństwie coraz bardziej świadomym śladu węglowego, zrównoważone metody produkcji wodoru nadal znajdują się na początkowych etapach. Projekt HYTIME poświęcony jest pracom nad nowatorskim procesem produkcji, w ramach którego ekologiczny wodór będzie pozyskiwany z trawy, słomy i odpadów przemysłu spożywczego.

    Kiedy przedmiotem dyskusji jest zrównoważenie i biogospodarka, prędzej czy później pojawiają się wyrazy „wodór” i „biomasa”, aczkolwiek rzadko w tym samym zdaniu. A gdyby wodór można było produkować bezpośrednio z biomasy drugiej generacji?

    Podjęte przez Pieternel Claassen w 2000 r. w ramach holenderskiego projektu „Wodór z biomasy” i kontynuowane dzięki dofinansowaniu z 5PR i 6PR dążenia do opracowania wydajnego i rynkowego procesu produkcji wodoru z bioodpadów osiągnęły ostatnio nowy punkt kulminacyjny. HYTIME (Low temperature hydrogen production from second generation biomass), dofinansowany ze środków unijnych projekt, którego zakończenie zaplanowano na grudzień, ma podnieść wydajność produkcji wodoru metodą fermentacyjną, przyspieszając w ten sposób jej włączenie do procesów przemysłowych.

    Stawka jest wysoka: obecnie produkcja bioodpadów w UE sięga od 118 do 138 mln ton rocznie. Dzięki technologii HYTIME można byłoby je przetwarzać na 0,34 mln ton wodoru i wnieść istotny wkład w unijne cele w zakresie zrównoważenia.

    W wyłącznym wywiadzie dla magazynu research*eu, dr Claassen - badaczka z Wageningen UR Food & Biobased Research - wyjaśnia, w jaki sposób połączenie wiedzy fachowej dziewięciu uczestników, w zakresie logistyki i obróbki wstępnej biomasy, produkcji wodoru metodą termofilną i technologii uszlachetniania gazu, umożliwi HYTIME wyjście poza aktualny stan wiedzy o produkcji wodoru metodą fermentacyjną.

    Jakie są główne cele projektu?

    Na dzień dzisiejszy „ekologiczny” wodór może pochodzić wyłącznie z dwóch źródeł: biomasy i elektrolizy wykorzystującej „ekologiczny” prąd elektryczny. HYTIME koncentruje się na tej pierwszej, zwłaszcza na zasobach biomasy o wysokiej zawartości wilgoci, w przypadku których istniejące technologie, takie jak zagazowywanie, są mniej wydajne.

    Mamy dwa główne cele. Po pierwsze musimy osiągnąć wydajność produkcji od 1 do 10 kg wodoru dziennie z biomasy drugiej generacji. To dosyć symboliczna ilość, która wystarczy na pokrycie zapotrzebowania czterech gospodarstw domowych na elektryczność, ale mamy nadzieję, że zdoła przekonać interesariuszy, że produkcja wodoru na większą skalę przez bakterie jest osiągalna.

    Następnie dążymy do skrócenia czasu wprowadzania na rynek biowodoru poprzez połączenie procesu produkcji z fermentacją anaerobową. Ta ostatnia umożliwia przekształcenie produktów ubocznych - głównie kwasów organicznych - na CH4 (i CO2), co ma z kolei pokryć (część) zapotrzebowania na energię w procesie produkcji wodoru.

    Na czym polega nowość lub innowacyjność tego podejścia do produkcji wodoru?

    W naturalnych systemach fermentacji anaerobowej, biomasa jest przekształcana na biogaz (CH4 i CO2) przez kolektyw współpracujących mikroorganizmów. Niektóre z tych mikroorganizmów wytwarzają kwasy organiczne i wodór, aczkolwiek ten ostatni jest od razu zużywany przez inne, hydrogenotroficzne bakterie, które przekształcają go na metan lub kwas octowy. Te bakterie to nasi wrogowie, a innowacja HYTIME polega na tym, że wykorzystujemy ekstremotermofile - o wyższej wydajności - aby tak uprzykrzyć im życie, że nie są w stanie przetrwać i obniżyć uzysku wodoru.

    Jak przebiega proces wytwarzania wodoru?

    W środowiskach anaerobowych, tj. beztlenowych, bakterie przetwarzają cukry w procesie fermentacji na CO2 i zredukowane związki, takie jak wodór, lub na zredukowane metabolity organiczne, takie jak etanol czy butanol. Jednak w przyrodzie wodór jest natychmiast zużywany przez organizmy metanogenne lub hyrogenotroficzne, które pozostawiają wyłącznie metan. Naszym celem jest odłączenie produkcji wodoru od jego zużycia poprzez stworzenie środowiska, w którym organizmy zużywające wodór nie są w stanie przetrwać.

    Jakiego typu przedsiębiorstwa będą korzystać z tej technologii w przyszłości?

    Potencjalne zainteresowanie mogą wyrazić interesariusze trudniący się produkcją energii elektrycznej, chemią oraz właściciele biomasy. Chodzi o to, że los wodoru w sektorze energii jest nierozerwalnie związany z ogniwami paliwowymi. Jak tylko osiągniemy przełom w ogniwach paliwowych, wzrośnie zainteresowanie wodorem z zasobów odnawialnych.

    Prace badawczo-rozwojowe w toku HYTIME zaowocują także technologiami typu spin-off, które potencjalnie mogą trafić na rynek szybciej niż cały proces. Mowa tutaj o czujnikach komponentów gazowych (H2, H2S itp.) - często obserwowanych w produkcji biogazu - oraz automatyce sterowania kadziami fermentacyjnymi, dzięki naszym systemom monitorowania i kontroli online.

    Przewidujemy także, że właściciele biomasy będą zainteresowani nowymi zastosowaniami dla swoich odpadów organicznych. Nasza technologia może okazać się użyteczna dla przedsiębiorstw rolno-przemysłowych, takich jak zakłady przetwórstwa ziemniaków, cukrownie i browary, do produkcji i sprzedaży wodoru lub zaspokojenia własnego zapotrzebowania na energię elektryczną.

    Jakie są kolejne etapy projektu i plany po jego zakończeniu?

    Kolejnym krokiem będzie demonstracja procesu produkcji po fizycznym połączeniu wszystkich jednostek operacyjnych. To oznacza wstępną obróbkę i hydrolizę biomasy, aby dostarczyć cukry do fermentacji wodorowej na miejscu. Na ostatnim etapie gaz będzie pozyskiwany równolegle z jego produkcją, a płynne ścieki będą pompowane do anaerobowej komory fermentacyjnej. Wielkość kadzi fermentacji wodorowej i anaerobowej komory fermentacyjnej wymaga dostosowania, aby umożliwić ciągły przepływ cieczy.

    Czego spodziewacie się po projekcie pod względem oddziaływania na rynek?

    Oddziaływanie na rynek jest postrzegane jako istotne. Jak już wspomniałam, wodór jest szeroko wykorzystywaną substancją chemiczną. Wedle obecnych prognoz społeczeństwo będzie kierować się w stronę gospodarki opartej na biomasie, a wodór może być wykorzystywany przez wiele przedsiębiorstw dążących do przejścia na technologie ekologiczne. Co więcej, opracowane w toku projektu nowe urządzenia do monitorowania i kontroli nadają się do zastosowania w obecnych instalacjach do fermentacji anaerobowej i systemach oczyszczania ścieków, mogąc zwiększyć ich wydajność.

    Koncepcja uszlachetniania gazu, oparta na niskim zapotrzebowaniu na energię, jest innowacyjna i przyczyni się do rozwoju bardziej zrównoważonych procesów separacji gazu.
    Za: CORDIS


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Uprawy energetyczne to uprawy roślin w celu pozyskania biomasy z przeznaczeniem na cele energetyczne czyli do produkcji energii cieplnej, energii elektrycznej oraz paliwa gazowego (biogazu) lub ciekłego. Biomasa jest zaliczana do odnawialnych zasobów energii. Za uprawy energetyczne uznaje się te uprawy, które nie wytwarzają żywności. Odpady z upraw roślin przemysłowych i żywnościowych też mogą być używane w celu produkcji energii, ale takie uprawy nie są uznawane za uprawy energetyczne. Next Generation Nuclear Plant, NGNP – projektowany reaktor jądrowy IV generacji bazujący na metodzie reaktora bardzo wysokotemperaturowego (ang. Very High Temperature Reactor, VHTR). Oprócz tradycyjnej produkcji energii przez reaktor, dzięki wysokiej temperaturze wyjściowej sięgającej nawet do 1000 °C, możliwe będzie użycie reaktora także do wytwarzania ciepła dla konsumentów oraz do produkcji wodoru w termochemicznym cyklu jodowo-siarkowym. Biowodór - rodzaj biopaliwa. Od zwykłego wodoru odróżnia go sposób produkcji w procesie biologicznym lub biologiczno-chemicznym z biomasy lub bezpośrednio z fotosyntetycznego rozkładu wody.

    Reforming parowy – proces produkcji wodoru z metanu i pary wodnej. W temperaturze 700–1100 °C, w obecności katalizatora metalicznego, para wodna reaguje z metanem tworząc gaz syntezowy złożony z tlenku węgla i wodoru: Przechowywanie wodoru – dział techniki poświęcony metodom przechowywania wodoru, głównie jako paliwa o bardzo wysokiej wartości energetycznej. Przechowywanie wodoru jest przedmiotem badań licznych, zarówno cywilnych jak i wojskowych, ośrodków naukowych, szczególnie w kontekście zwiększonego zainteresowania bezpieczeństwem energetycznym i polityką ochrony środowiska naturalnego przed szkodliwymi skutkami użytkowania paliw kopalnych. Atrakcyjność wodoru jako źródła energii wynika z tego, że można go stosunkowo łatwo pozyskiwać z gazu ziemnego oraz wody, która jest też jedynym produktem jego spalania lub utleniania tlenem.

    Grupa metylenowa (metanodiyl, metylen), -CH2- – najprostsza grupa alkenylowa zbudowana z jednego atomu węgla i dwóch atomów wodoru, mająca dwa wiązania chemiczne. Występuje w wielu związkach organicznych. Jej nazwa wynika z faktu, że można ją utworzyć myślowo z metanu poprzez oderwanie od niego dwóch atomów wodoru. Myślowe oderwanie jednego atomu wodoru od metanu definiuje grupę metylową (-CH3), której nie należy mylić z grupą metylenową. Parytet sieci (ang. grid parity) to określenie sytuacji, w której nowe źródło energii może dostarczać energii elektrycznej po koszcie uśrednionym mniejszym albo równym kosztowi nabycia energii w sieci energetycznej. Termin ten jest najczęściej używany w dyskusjach na temat nowych instalacji odnawialnych źródeł energii, w szczególności nowych technologii produkcji energii z biomasy, wiatrowej i słonecznej, które obecnie wchodzą na rynek.

    Mionium (symbol Mu) – nazwa egzotycznego atomu zbudowanego z antymionu i elektronu (μ i e). Mionium strukturą przypomina atom wodoru; antymion, którego masa jest 207 razy większa od elektronu, zajmuje w nim miejsce protonu. Ze względu na dużą różnicę mas cząstek mionium przypomina atom wodoru także pod względem energii jonizacji i promienia atomu w modelu Bohra. Stan podstawowy mionium ma energię -13,54 eV, bardzo bliską wartości -13,64 eV dla wodoru. Produkcja w toku – termin używany w rachunkowości finansowej na określenie części produkcji przedsiębiorstwa, która nie została ukończona na koniec okresu rozliczeniowego (miesiąca), obejmuje produkty lub usługi w fazie tworzenia, na które poniesiono nakłady finansowe (zakupione materiały lub usługi obce, zapłacone lub należne wynagrodzenia pracowników itp.), lecz które nie osiągnęły jeszcze statusu wyrobów gotowych. Produkcję w toku wraz z półfabrykatami zalicza się do produkcji niezakończonej przedsiębiorstwa. Praktyczne rozróżnienie pomiędzy półfabrykatami i produkcją w toku bywa często trudne. Przyjmuje się, że półfabrykatem można określić produkt nieukończony, który przeszedł określone fazy procesu technologicznego i nadaje się do zmagazynowania, czyli można go zewidencjonować ilościowo i wartościowo, natomiast produkt niespełniający tych warunków zaliczany jest do produkcji w toku. Przykładem półfabrykatu może być gotowy podzespół (np. podwozie lub rama) pojazdu w produkcji, a przykładem produkcji w toku – przechodzący naprawę pojazd szynowy, w którym np. dokonano wymiany poszycia pudła i rewizji wózków, a nie ukończono regeneracji zderzaków lub wymiany sprzęgów.

    Uszkodzenia wodorowe- obejmuje wszystkie procesy w metalach spowodowane obecnością wodoru. Często w połączeniu z rozciągającymi naprężeniami własnymi lub od obciążeń zewnętrznych powodują zmniejszenie zdolności do przenoszenia obciążeń. Wodór wywiera szkodliwy wpływ na wszystkie metale i stopy metali. Zwiększenie ich kruchości może już wystąpić przy bardzo małej zawartości wodoru, często kilku części na milion. Intensywność wpływu wodoru na jest różna dla różnych materiałów. W poszczególnych grupach jest zależna od składu chemicznego materiału, zawartości zanieczyszczeń w materiale, mikrostruktury materiału oraz wytrzymałości materiału. Zależy również od czynników zewnętrznych:

    Węglowodory – organiczne związki chemiczne zawierające w swojej strukturze wyłącznie atomy węgla i wodoru. Wszystkie one składają się z podstawowego szkieletu węglowego (powiązanych z sobą atomów węgla) i przyłączonych do tego szkieletu atomów wodoru.

    Kompetencje organizacji (kompetencje przedsiębiorstwa) - posiadanie przez organizację (przedsiębiorstwo) możliwości takiego łączenia wiedzy eksperckiej, aby było możliwe zrealizowanie zamierzeń strategicznych. Kompetencje organizacji definiowane są również w ramach tzw. szkoły zasobowej. Wtedy kompetencje organizacji mogą zostać określone jako posiadanie przez przedsiębiorstwo umiejętności łączenia wiedzy i zasobów w celu realizacji zamierzeń strategicznych. Przykładem kompetencji posiadanych przez organizację może być model zarządzania, system kontroli, a przez przedsiębiorstwo system nadzoru produkcji.
    Dla przedsiębiorstw największe znaczenie ma posiadanie kluczowych kompetencji, czyli takich, które pozwalają realizować zamierzenia strategiczne przy zbudowaniu przewagi konkurencyjnej. Przykładem może tutaj być kompetencja Zeissa w zakresie produkcji szkieł optycznych. Kluczowa kompetencja jest tym cenniejsza dla organizacji, im bardziej organizacja jest w stanie ją obronić przed substytucją lub imitowaniem przez konkurencję. Peroksyredoksyny (Peroxiredoxin, Prx, EC 1.11.1.15) należą do rodziny peroksydaz, mają masę cząsteczkową 20-30kDa i występują powszechnie u wszystkich żyjących organizmów. Enzymy te zdolne są do redukowania nadtlenku wodoru H2O2. Peroksyredoksyny u eukariontów posiadają wiele izoform, u człowieka scharakteryzowano ich jak dotąd 6. Każda z izoform posiada własny schemat ekspresji w różnych tkankach i organellach komórkowych. Niektóre z tych izoform peroksyredoksyn zapewniają obronę przeciwko uszkodzeniom w wyniku utleniania, inne natomiast biorą udział w przekazywaniu sygnału przez kontrolowanie stężenia nadtlenku wodoru.

    Obszary H I – obłoki międzygwiazdowe utworzone z neutralnego wodoru atomowego (H1). Obszary te nie emitują światła, ale można je wykryć na podstawie słabej emisji promieniowania o długości 21 cm (1420 MHz), tzw. linii widmowej wodoru. Stopień jonizacji w obszarach H I jest bardzo niski i wynosi około 10 (jedna cząstka na 10 000). Obok obszarów H I identyfikuje się także obszary H II, zawierające zjonizowany wodór cząsteczkowy. Produkcja masowa - jeden z typów produkcji. Polega na produkowaniu stale tych samych produktów np. produkcja cukru, cementu. Charakteryzuje się bardzo małym asortymentem, ale znaczną ilością produkowanych wyrobów. Wykonywana jest przez duże przedsiębiorstwa przemysłowe. Wymaga usystematyzowanie przebiegu produkcji. Pracownicy specjalizują się w wykonywaniu określonych i na ogół prostych czynności. Charakteryzuje się niskimi kosztami.

    Produkcja masowa – jeden z typów produkcji. Polega na produkowaniu stale tych samych produktów np. produkcja cukru, cementu. Charakteryzuje się bardzo małym asortymentem, ale znaczną ilością produkowanych wyrobów. Wykonywana jest przez duże przedsiębiorstwa przemysłowe. Wymaga usystematyzowanie przebiegu produkcji. Pracownicy specjalizują się w wykonywaniu określonych i na ogół prostych czynności. Charakteryzuje się niskimi kosztami. Energia wiatru – energia kinetyczna przemieszczających się mas powietrza, zaliczana do odnawialnych źródeł energii. Jest przekształcana w energię elektryczną za pomocą turbin wiatrowych, jak również wykorzystywana jako energia mechaniczna w wiatrakach i pompach wiatrowych, oraz jako źródło napędu w jachtach żaglowych. W 2013 roku energia wiatru dostarczyła ludzkości 628 TWh, czyli 2,7% światowego zapotrzebowania na energię elektryczną. Największy udział w krajowej produkcji energii elektrycznej miała w Danii (32,5%), Portugalii (22,3%), Hiszpanii (19,5%) i Irlandii (18,0%). W Polsce w 2013 roku energia wiatru dostarczyła 6 TWh, czyli 3,6% zapotrzebowania na energię elektryczną.

    Dodano: 28.07.2014. 16:58  


    Najnowsze