PDF Basket
Jeśli Europa chce osiągnąć swój ambitny cel i do 2050 roku stać się kontynentem neutralnym dla klimatu, przemysł ciężki, do którego należy między innymi produkcja stali, musi być poddany gruntownej przemianie. „Zważywszy na to, że w sektorze produkcji stali wykorzystywane są pochłaniające ogromne ilości energii, ciężkie maszyny przemysłowe, nikogo nie zaskoczy fakt, że stanowi on jedno z największych źródeł emisji gazów cieplarnianych na świecie”, mówi Robert Paulnsteiner, kierownik projektów w ośrodku zajmującym się technologią wodorową – Hydrogen Centre należącym do spółki VERBUND Energy4Business.
Według Paulnsteinera jednym z istotniejszych wyzwań jest znalezienie praktycznych metod umożliwiających redukcję emisji CO2, co dodatkowo wymaga opracowania całkowicie nowych technologii. Jak wyjaśnia: „Z racji tego, że sektor przemysłowy dąży do zmian polegających na odejściu od paliw kopalnych na rzecz energii ze źródeł odnawialnych, do zapewnienia wydajności na porównywalnym do obecnego poziomie potrzebne są nowe rozwiązania”.
Tu zaczyna się rola finansowanego z unijnych środków projektu H2Future. Projekt stworzył dostawcom energii, producentom stali, dostawcom technologii i naukowcom możliwość wspólnej pracy nad ułatwieniem i przyspieszeniem procesu dekarbonizacji przemysłu stalowego. Ich celem jest wykazanie skuteczności strategii wykorzystania zielonego wodoru wytwarzanego przy użyciu energii odnawialnej w produkcji stali.
Elektrolizer z membraną do wymiany protonów
Trzonem koncepcji realizowanej w ramach projektu jest elektrolizer z membraną do wymiany protonów (ang. proton exchange membrane, PEM). „Jest to obiecujący proces, który obecnie znajduje się w fazie badań i testów w wielu gałęziach przemysłu”, tłumaczy Paulnsteiner. „Zamiast ciekłego elektrolitu stosowana jest stała membrana polimerowa, co oznacza, że w elektrolizie PEM można wykorzystywać czystą wodę”.
Paulnsteiner ponadto podkreśla, że membrana służy jako fizyczna bariera między anodą i katodą, dzięki czemu zapobiega mieszaniu się O2 i H2. „Pozwala to na uzyskanie bardzo wysokiej jakości wodoru z ogólną wydajnością sięgającą, przynajmniej teoretycznie, nawet 80 %”.
Uczestnicy projektu H2Future wdrożyli tę koncepcję, dostosowując ją do warunków pracy huty stali. Zadanie to polegało na opracowaniu i zainstalowaniu wielkoskalowego systemu do elektrolizy PEM o mocy 6 megawatów w stalowni w Linzu, należącej do austriackiej spółki voestalpine. Wykorzystywany w badaniach elektrolizer PEM został zbudowany przez firmę Siemens, jednego z partnerów projektu. Jest to wysoce zaawansowana instalacja, która umożliwia wydajną i zrównoważoną produkcję wodoru.
„Aktualnie jest to największy elektrolizer PEM działający w stalowni, a jednocześnie jeden z największych, jakie powstały na świecie”, zaznacza Paulnsteiner.
Skuteczny sposób na zmniejszenie śladu węglowego stali
W ramach projektu wspomniany elektrolizer PEM został poddany wielu różnych testom i sprawdzony w działaniach pilotażowych. „Naszym celem była walidacja procesu elektrolizy jako skutecznej metody na zmniejszenie śladu węglowego przemysłu stalowego”, dodaje Paulnsteiner.
Dysponując możliwością wytwarzania nawet 1 200 metrów sześciennych wodoru na godzinę, co znacząco przewyższa wydajność porównywalnych systemów dostępnych na rynku, zespół projektu jest o krok od osiągnięcia swojego celu.
Uczeni zajmują się również badaniem możliwości nowego systemu w zakresie obniżenia kosztów operacyjnych i zidentyfikowania nowych źródeł przychodów. „Elektroliza PEM posiada dobre właściwości dynamiczne, dzięki czemu może na przykład dorównywać profilowi mocy turbiny wiatrowej bez generowania znaczących opóźnień”, zauważa Paulnsteiner. „Szacuje się, że wydajność tej technologii jeszcze bardziej wzrośnie, oferując zwiększenie zainstalowanej mocy o co najmniej jeden rząd wielkości”.
Jak dodaje Paulnsteiner, charakteryzująca ten elektrolizer elastyczność, która pozwala użytkownikowi w prosty sposób modyfikować pobór mocy w zależności od aktualnych potrzeb, umożliwia też dostarczanie usług pomocniczych dla sieci elektroenergetycznej.
Prace w ramach projektu są nadal w toku – obecnie elektrolizer działa jako instalacja quasi-komercyjna.
Rewolucyjna technologia
Mimo że prace nad technologią nie zostały jeszcze ukończone, wspomniane działania pilotażowe wykazały, że badany proces wytwarzania wysokiej jakości zielonego wodoru do zasilania ekologicznej produkcji stali spełnia swoje zadanie. Ponadto wyniki testów pokazują, że dzięki tej metodzie wydajność systemu opartego na elektrolizie znacząco się poprawiła, osiągając najlepszą w swojej klasie sprawność stosu wynoszącą nawet 83 %.
„Mamy pewność, że nasza wysoce zaawansowana technologia okaże się przełomowa, nie tylko dla przemysłu stalowego, ale także dla innych energochłonnych gałęzi gospodarki”, podsumowuje Paulnsteiner. „Z tego względu obecnie przygotowujemy projekt będący kontynuacją dotychczasowego z myślą o dostosowaniu naszej metody wytwarzania zielonego wodoru do innych zastosowań przemysłowych”.
Projekt H2Future został dofinansowany przez UE oraz Wspólne Przedsiębiorstwo na rzecz Technologii Ogniw Paliwowych i Technologii Wodorowych.