Grupa krakowskich inżynierów opracowała unikalny projekt gazyfikatora do utylizacji odpadów komunalnych, organicznych, pościekowych czy biomasy pochodzącej z ich segregacji, ale też toksycznych. Po ich zgazowaniu może powstać czysty gaz syntetyczny, który może służyć do produkcji energii i ciepła. Inwestycją w rozwój technologii, i jej zastosowaniem na szeroką skalę zainteresowany jest wstępnie multienergetyczny PKN Orlen.

Opracowana przez grupę inżynierów technologia pełnej przemiany energii chemicznej różnych rodzajów paliw stałych w energię chemiczną gazu, opiera się na unikalnych rozwiązaniach, które pozwoliły zaprojektować bardzo wydajny kompleks energetyczny, jednocześnie przetwarzający odpady, nawet te uciążliwe, i trudne do powtórnego zagospodarowania, jak np. farmaceutyczne i poszpitalne.

– „Pracowaliśmy nad tą technologią od kilkunastu lat. Przez ten czas dopracowaliśmy wszystkie szczegóły, i nasza instalacja, dająca możliwość zagospodarowania szerokiego spectrum odpadów komunalnych do produkcji syntetycznego gazu generatorowego, który w ramach tego samego kompleksu może być wykorzystany do produkcji energii i ciepła, jest gotowa do komercjalizacji. Jeśli pozyskamy partnera, a rozmowy się już toczą, to w krótkim czasie możliwe będzie zbudowanie instalacji o odpowiedniej mocy, i następnie jej zastosowanie na szeroką skalę w Polsce, z korzyścią dla środowiska naturalnego, zgodnie z gospodarką obiegu zamkniętego i co ważniejsze także dla bilansu energetycznego Polski” – mówi dr inż. Antoni Łopata, kierownik grupy naukowo badawczej prezes i główny udziałowiec EC Energia 1 Sp. z o.o., właściciela projektu instalacji.

Opracowana technologia znalazła uznanie władz Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie oraz firmy IP International Consulting Group, której eksperci z USA i Wielkiej Brytanii potwierdzili założenia metody produkcji gazu, przyznając, że jest efektywniejsza niż konkurencyjne, opracowane do tej pory na innych rynkach, i unikatowa w skali światowej.

Główną częścią kompleksu – w projekcie A – jest gazyfikator, w którym dzięki zastosowaniu nowatorskiej technologii możliwe jest zgazowywanie paliw stałych, o różnych właściwościach, o wilgotności nawet do 60% i zawartości części niepalnych do 40%. Umożliwia ona wykorzystanie, jako paliwa podstawowego szerokiego spektrum wsadów: osadów ściekowych, wyselekcjonowanych palnych odpadów komunalnych, odchodów ptasich z ferm, odpowiednio przygotowanych odpadów z ubojni zwierząt, odpadów drzewnych (zrębki, wióry, trociny) a nawet węgla brunatnego i mułów węglowych czy torfu.

Urządzenie zaprojektowane, i wdrożone przez uznanych polskich inżynierów, automatycznie zapewnia ilościowe i jakościowe parametry produkowanego gazu w każdym ze zdefiniowanych trybów, zgodnie z programem, który został opracowany przez nich indywidualnie dla każdego rodzaju paliwa. Dzięki temu gazyfikator dostosowuje się do surowców zadanych przez klienta, którym może być np. segregatornia odpadów.

Co więcej do gazyfikowanego w urządzeniu paliwa podstawowego możliwe jest dodanie i następnie utylizacja substancji toksycznych, np. środków chemicznych, niektórych produktów farmaceutycznych, pestycydów, odpadów poszpitalnych itp., które ulegają rozkładowi w temperaturze do 1200 ºС, czyli w sposób przyjazny dla środowiska. Ich ilość zależy od ich cech jakościowych i od właściwości paliwa podstawowego, a udział takich odpadów może wynosi 5-20% masy wsadu.

– „Nasza technologia jest nowatorską, nie znaną na świecie i w takiej wersji jest praktycznie bezodpadowa. Dzięki współpracy z gliwicką firmą MARBETWIL, która dysponuje technologią utylizacji odpadów z procesów termicznych za pomocą produktu SULSTAR do finalnych produktów użytkowych spełniających wymogi gospodarki obiegu zamkniętego lub w szczególnych przypadkach dużych wymywalnych ilości metali ciężkich, stabilizuje je przekształcając w odpad bezpieczny. Nasza innowacyjna instalacja umożliwia w ten sposób rozwój energooszczędnych systemów wykorzystujących odnawialne źródła energii, jakim są urządzenia do przetwarzania odpadów, także tych toksycznych” – mówi dr inż. Antoni Łopata, współautor projektu.

Unikalną cechą wytwórni jest brak konieczności chemicznego oczyszczania tego gazu – typowe zanieczyszczenia jak np. NO^X ulegają degradacji wewnątrz gazyfikatora, spalane w temperaturze 1100 ÷ 1200 ºС. Urządzenie produkuje gaz pozbawiony żywic i innych związków oraz szkodliwych zanieczyszczeń gaz syntezowy nadający się m.in. do wytwarzania energii elektrycznej. Gaz syntezowy, po wcześniejszym schłodzeniu i myciu, odpylaniu przesyłany jest stację wentylatorów ssących, i jest kierowany do gazometru, działającego jako bufor, a nie zbiornik magazynowy. Dzięki temu, że gazyfikatory są sterowane automatycznie – jeżeli zużycie gazu wzrasta, to generator przepływu gazu, w trybie automatycznym proporcjonalnie zwiększa wydajność. Podobnie, jeśli następuje ograniczenie zużycia, automatycznie zmniejsza się generacja.

Gazyfikatory – w wersji A – w zależności od rodzaju źródła paliwa, mogą dostarczać od 600,0 nm³/h do 3000,0 nm³/h oczyszczonego gazu o 1500 kcal/nm³ wartości opałowej. Powstały oczyszczony gaz syntezowy może być potem wykorzystany, jako paliwo gazowe do produkcji ciepła, energii elektrycznej, w kolejnych węzłach kompleksu energetycznego. Można by go też wykorzystać do syntezy chemicznej amoniaku lub metanolu, jednak skala/moc instalacji produkcji gazu syntezowego musiałaby być znacznie większa. Autorzy rozwiązania wdrożyli projekt budując instalację na skalę półprzemysłową, na której przeprowadzili badania i potwierdzili zalety nowej technologii.

Trudności w pozyskaniu partnera inwestycyjnego do projektu A doprowadziły do współpracy z grupą projektowo badawczą inż. Zbigniewa Tokarza i firmą Tozbik, zajmującą się przetwarzaniem odpadów. Dzięki współpracy powstał projekt oraz zbudowano prototyp urządzenia na skalę przemysłową. Technologia zastosowana w projekcie B jest również nowatorska i bazuje na zastosowaniu unikalnego urządzenia reakcyjnego do dekompozycji odpadów polimerów wysokocząsteczkowych (plastików) w kierunku produktów użytecznych, będących polimerami o krótszych łańcuchach niż zawarte we wsadzie wejściowym.

Instalacja demonstracyjna, wybudowana kosztem ok. 20 mln zł działa od blisko roku w okolicach Bełchatowa. Przeznaczona jest do przetwarzania odpadów z tworzyw sztucznych, pochodzących z sortowni komunalnych i poprodukcyjnych z województwa łódzkiego, ale też z aglomeracji warszawskiej, i z importu. Tozbik współpracuje firmą Byś, zajmującą się odbiorem śmieci m.in. w Warszawie (300 ton masy odpadowej miesięcznie), a wkrótce dostawy plastikowych odpadów z sortowni rozpocznie warszawskie PU Hetman (500 ton).

W bogumiłowskim zakładzie Tozbiku plastikowe odpady posegracyjne (np. worki) są przetwarzane na wosk polimerowy (Depol 40). Ten wysoko ekologiczny produkt może być wykorzystany, jako dodatek do stałych paliw kopalnych, mieszanek biomasowych, zwiększając ich kaloryczność i zmniejszając współczynnik emisji CO2.

Działająca w Bogumiłowie instalacja przetwarza w ciągu godziny 5–6 ton uciążliwych odpadów, na 2,5-3 tony wosku w procesie krakingu w dwóch reaktorach cieczowo-gazowych. Użyty wsad – stopiony do wosku, następnie schłodzony w wentylatorowej chłodni kominowej – jest granulowany. Reaktory zasilane są w ciepło wytwarzane przez trzy palniki o mocy ok. 80 kW, z czego dwa z nich wykorzystują oczyszczony gaz generatorowy pochodzący z procesu krakingu (wcześniej przepuszczony przez pakiet chłodnic i moduł osuszania oraz czyszczenia), a trzeci zasilany LPG (może to też być sieciowy gaz ziemny), ale tylko w 5%. Gdyby zastosować biogaz wytworzony w biogazowni lub biometan w biometanowni, a są takie plany, taki kompleks byłby zeroemisyjny, a do tego można by zutylizować jeszcze odpady komunalne.

Instalacja demonstracyjna, dedykowana produkcji wosku, o mocy 2 MW uzyskuje przychody z opłat za przyjęcie odpadów do recyklingu i ze sprzedaży wosku polimerowego. Dochód do opodatkowania z tej instalacji, przy obecnych cenach za odbiór odpadów, można szacować na ok. 20 mln zł rocznie.

Oddział produkcyjny Tozbik w Bogumiłowie, co warto dodać zlokalizowany na terenach pogórniczych w Bełchatowie, gdzie znajduje się największa kopalnia węgla brunatnego, i największa konwencjonalna elektrownia cieplna w Polsce, atakowana przez ekologów, przygotowuje się do rozbudowy instalacji, ze względu na duże, potwierdzone zainteresowanie ze strony elektrociepłowni, i elektrowni, dla których wosk zwiększa energetyczność wsadu, zmniejszając emisyjność szkodliwych gazów cieplarnianych.

Dlatego przetestowane, i wdrożone z sukcesem rozwiązanie cieszy się coraz większym zainteresowaniem podmiotów stawiających na skuteczną bezemisyjną utylizację odpadów, zwłaszcza samorządów, które chcą ograniczyć koszty finansowe recyklingu i zmniejszyć obawy społeczne przed rozbudową wysypisk śmieci. Budowa instalacji, o mniejszej mocy kończy się właśnie w Rutce Tartak, miejscowości niedaleko Suwałk, a budową unikatowej licencjonowanej instalacji zainteresowane jest Jasło. Wykorzystaniem technologii analizują inwestorzy prywatni, ale też PKN Orlen, polski koncern multienergetyczny, który chce zbudować w Polsce sieć biometanowni, przetwarzających odpady na biometan, żeby zasilać ekogazem odbiorców końcowych, ale też utylizować odpady.

Według informacji Clenerenergy.pl, nakłady na budowę gazyfikatora (projekt A), o mocy 5 MW pozwalającej na produkcję energetycznego gazu palnego można szacować na ok. 60 mln zł. Jednak prototyp kompleksu sprawdzony w skali przemysłowej, dzięki współpracy PKN Orlen i EC Energia 1 mógłby w krótkim czasie być powszechnie stosowanym urządzeniem, nie tylko na potrzeby narodowego championa, ale przez jednostki samorządu terytorialnego, będąc źródłem energii i ciepła dla mieszkańców.

Realizując taką strategię można by uwolnić samorządy od odpadów, w tym szkodliwych, z korzyścią dla środowiska. Jako że w gazyfikatorach, opracowanych przez zespół dr inż. Antoniego Łopatę mogą być wykorzystywane, na paliwo podstawowe węgiel brunatny i muły węglowe, więc dzięki ich przeprowadzeniu w palny gaz w wyniku gazyfikacji też mogłyby być tanim nośnikiem energii, i do tego akceptowanym przez brukselskich urzędników i ekologów.

t.brzezinski@cleanerenergy.pl