PDF Basket
Jednym ze skutków procesów przemysłowych jest wytwarzanie olbrzymich ilości ciepła, które często trafia do środowiska jako odpad, na przykład w sytuacji, gdy wymagane jest chłodzenie powietrza w zakładzie, maszyn lub produktów. Nazywamy je ciepłem odpadowym.
Zakłady przemysłowe odpowiadają za zużycie blisko jednej trzeciej energii w Unii Europejskiej. Biorąc pod uwagę rosnące ceny paliw oraz uprawnień do emisji dwutlenku węgla, systemy odzyskiwania ciepła odpadowego mogą przyczynić się do osiągnięcia wydatnych korzyści finansowych i radykalnego obniżenia emisji dwutlenku węgla.
Badacze skupieni wokół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu ETEKINA skoncentrowali się na opracowywaniu innowacyjnych wymienników ciepła wykorzystujących ciepłowody – uszczelnione, wypełnione płynem rurki cieplne, które są w stanie odzyskiwać ciepło odpadowe między innymi ze strumieni gazów odlotowych.
Prace dotyczyły trzech projektów pilotażowych zaplanowanych z myślą o złożonych instalacjach przemysłowych. Pomimo tego, że realizacja projektu dobiegła końca, prototypy opracowane przez jego badaczy nadal działają i nadal znajdują się w użytku, jak informuje Hussam Jouhara, koordynator techniczny projektu ETEKINA.
Rozwój technologii ciepłowodów
Ciepłowody, nazywane także rurkami cieplnymi, pozwalają na uzyskanie wysokiej sprawności odzysku ciepła z procesów przemysłowych. Ich zasada działania przypomina lodówkę lub klimatyzator – opiera się na cyklu przemiany stanu skupienia cieczy z ciekłego na gazowy, a także na zjawisku skraplania wewnątrz hermetycznie zamkniętej metalowej rurki. W ten sposób umożliwia przenoszenia energii cieplnej pomiędzy dwoma miejscami.
Wymienniki ciepła oparte na ciepłowodach wykorzystują wiele rurek połączonych w ramach zamkniętego układu. Gdy strumienie ciepła odpadowego przechodzą przez taki wymiennik, rurki cieplne odbierają je, a następnie oddają do płynu chłodniczego. Odzyskane ciepło wraca następnie do punktu, w którym może zostać wykorzystane.
Zespół projektu ETEKINA opracował trzy systemy wymienników ciepła dla trzech firm reprezentujących różne sektory przemysłowe – zakładu produkcji aluminiowych części samochodowych w Hiszpanii, odlewni stali w Słowenii i zakładu wytwarzającego płytki ceramiczne we Włoszech.
„Realizacja projektu zakładała współpracę między naszym zespołem i partnerami biorącymi w nim udział, a sam jej przebieg został zorganizowany w sposób, który umożliwił lokalnym partnerom udzielanie bezpośredniego wsparcia użytkownikom końcowym rozwiązań”, wyjaśnia Jouhara.
Nowatorskie wymienniki ciepła zostały zaprojektowane i wyprodukowane przez kierowaną przez Jouharę grupę badawczą zajmującą się ciepłowodami i odprowadzaniem ciepła (Heat Pipe and Thermal Management) z Brunel University London, we współpracy ze spółką Econotherm, producentem wymienników ciepła. Prace odbywały się przy bezpośrednim udziale partnerów projektu ETEKINA, aby zapewnić zgodność rozwiązań z docelowymi procesami.
„Udało nam się wykorzystać technologię rurek cieplnych do rozwiązania problemu odzyskiwania ciepła odpadowego – dotychczas takie rozwiązania były uważane za niewykonalne ze względu na niestabilne przepływy, wysokie temperatury i kompatybilność sterowania z procesem”, dodaje Jouhara.
Demonstracja wykonalności
W wyniku badań i przeprowadzonych testów udało się ustalić, że technologia wymienników ciepła opartych na ciepłowodach opracowana w ramach projektu ETEKINA pozwala na zmniejszenie ilości ciepła odpadowego emitowanego przez zaangażowanych partnerów przemysłowych o co najmniej 40 %. Okres zwrotu z inwestycji w nowatorskie rozwiązanie wyniósł zaledwie dziewięć miesięcy w przypadku odlewni stali i mniej niż dwa lata w przypadku pozostałych dwóch instalacji. Co więcej, każdy z zainstalowanych prototypów nadal działa, co przekłada się na duże oszczędności dla zaangażowanych w projekt podmiotów, zwłaszcza w obliczu rosnących kosztów energii na przestrzeni ostatnich dwóch lat.
„Nasze instalacje pozwoliły na sprawne i stabilne odzyskiwanie ciepła odpadowego ze strumieni, które nastręczały dotychczas wielu trudności. Co więcej, może być wykorzystane ponownie w procesie”, zauważa Jouhara i dodaje, że dzięki zrealizowanym rozwiązaniom projekt wykazał ich wartość dla przemysłu.
Zamykanie obiegu ciepła i wody
Badacze skupieni wokół projektu ETEKINA zajmują się teraz rozwojem technologii w celu opracowania nowych systemów odzyskiwania ciepła, stawiając sobie za cel zaoferowanie nowych rozwiązań wszystkim sektorom przemysłu w Europie w niedalekiej przyszłości.
„Opracowany przez nas wymiennik ciepła został rozwinięty w ramach wspieranego przez UE projektu iWAYS”, mówi Jouhara, który pełni rolę dyrektora technicznego wspomnianego projektu i zarazem jest wynalazcą technologii kondensacyjnej, która zostanie przetestowana w ramach prac w wielu lokalizacjach w całej Europie. Ogólnym celem tych prac jest dekarbonizacja europejskich fabryk i ułatwienie odzyskiwania ciepła odpadowego ze strumieni spalin przemysłowych.
„Dzięki projektowi ETEKINA udowodniliśmy, że technologia rurek cieplnych jest realną alternatywą dla wielu sektorów, nawet jeśli nie zostały uwzględnione w projekcie”, podsumowuje Jouhara. „To zarazem doskonały przykład tego, że europejski program Horyzont 2020 bezpośrednio przyczynia się do rozwoju europejskiego przemysłu”.