Fale uderzeniowe zamiast paliw? Powstał nowy model turboreaktora
Badacze przedstawili model turboreaktora, który może wesprzeć elektryfikację procesu krakingu. Czy jest ekologiczny? Odpowiedź nie jest jednoznaczna.
Zespół naukowców z Uniwersytetu Gandawskiego (Gandawa, Belgia) opracował demonstracyjny projekt turboreaktora, który ma ogrzewać gazy falami uderzeniowymi. Jego wpływ na klimat zależy od źródła energii.
Elektryfikacja krakingu
Projekt powstał w ramach doktoratu, a zespołowi przewodził Rejish Lal Johnson Samee Lal. W swojej pracy połączył symulację komputerową, druk 3D i doświadczenia w tunelu aerodynamicznym. Badania objęły kontrolę geometrii i powierzchni wydrukowanego modelu wirnika oraz przepływu wokół łopatek dyfuzora. Zespół nie dokonał jednak testu kompletnego, obejmującego obracające się urządzenie, które wykonuje procesy chemiczne w wysokiej temperaturze. Osiągi oraz bezpieczeństwo projektu zostały ocenione na podstawie symulacji.
Urządzenie może posłużyć m.in. do krakingu parowego. Jest to proces, w którym węglowodory ogrzewa się do około 850 st. C, aby otrzymać etylen i propylen. Obecnie ciepło do tego procesu zapewniają głównie piece opalane paliwami kopalnymi.
Etylen wykorzystywany jest do produkcji polimerów (polietylenu, politereftalanu etylenu i polistyrenu), włókien i innych chemikaliów organicznych. Propylen znajduje główne zastosowanie w wytwarzaniu polipropylenu, który służy do produkcji opakowań, zabawek, mebli czy włókien.
Turboreaktor działa dzięki silnikowi elektrycznemu napędzającemu wirnik, który rozpędza gaz do prędkości okołodźwiękowej lub naddźwiękowej. Przepływ zostaje gwałtownie wyhamowany, co sprawia, że energia kinetyczna zamienia się w ciepło. Fale uderzeniowe nie zapewniają więc energii, ale dokonują jej konwersji na ciepło.
Czy turboreaktor jest ekologiczny? To zależy…
Według wcześniejszych szacunków przywoływanych przez autorów, nawet ponad 90 proc. energii elektrycznej może zostać zamienione w ciepło procesowe (nie jest to wynik pomiaru samego demonstratora). Warto nadmienić, że jest to wynik porównywalny z nowoczesnymi piecami do krakingu wyposażonymi w odzysk ciepła. Tym samym opracowanie turboreaktora nie ma na celu zmniejszenia zużycia energii, lecz zastąpienie procesu spalania emisyjnych paliw kopalnych wykorzystaniem energii elektrycznej.
Wpływ turboreaktora na klimat zależy od wykorzystanej energii. W tym celu porównano go z pokrewnym, choć nieidentycznym reaktorem rotodynamicznym RDR. W przypadku energii pochodzącej głównie z paliw kopalnych jego wpływ na klimat był o 41 proc. większy niż instalacji konwencjonalnej. W odniesieniu do belgijskiego miksu energetycznego (dane z 2016 r.) był większy o 1,5 proc. Korzyści dla środowiska widać dopiero przy zasileniu turboreaktora energią z odnawialnych źródeł, wówczas wpływ na klimat jest mniejszy o 27 proc.
Badania na razie ograniczają się do wydrukowania modelu i przeprowadzenia symulacji – naukowcy nie zbudowali samego urządzenia.
Elektryfikacja produkcji ciepła jest już wdrażana
Elektryfikacja produkcji pary lub ciepła stale postępuje, a w Europie wdrażane są kolejne projekty. 50Hertz, niemiecki operator sieci przesyłowej, wraz ze spółką InfraLeuna uruchomił w zakładach chemicznych w Leunie kocioł elektrodowy o mocy 35 MW. W przeciwieństwie do turboreaktora mowa o działającej już instalacji. Jest to jedno z najbardziej zaawansowanych urządzeń typu power-to-heat w Europie.
Celem inwestycji w Niemczech jest odciążenie sieci przesyłowej w momentach nadwyżki energii z OZE, ma pomóc ograniczyć redukcję produkcji energii wiatrowej i słonecznej, a także zmniejszyć zużycie gazu ziemnego na terenie instalacji. Więcej na ten temat można przeczytać w artykule: Nowa broń przeciw marnowaniu energii z OZE. Niemcy stawiają na power-to-heat.
To, że technologia może zastąpić gaz ziemny, to nie tylko troska o środowisko, ale również o bezpieczeństwo energetyczne i gospodarcze. Konflikt między Stanami Zjednoczonymi i Izraelem a Iranem wpłynął na dostawy skroplonego gazu ziemnego (LNG). Przed blokadą Cieśniny Ormuz tamtędy transportowano około jedną piątą światowego handlu LNG. Dodatkowo w marcu tego roku Teheran przeprowadził atak na kompleks przemysłowy Ras Laffan w Katarze, największy na świecie ośrodek eksportu LNG, niszcząc 17 proc. potencjału eksportowego.
Na skutek ataku QatarEnergy, do którego należał kompleks, ogłosił stan siły wyższej i wstrzymał realizację części umów eksportowych. Naprawa dwóch z 14 linii produkcyjnych ma potrwać od 3 do 5 lat. Pod koniec sierpnia bieżącego roku QatarEnergy przedłużył okres wstrzymania części dostaw. Jak podał koncern, uszkodzenia dotkną Chiny, Koreę Południową, Włochy i Belgię.
Więcej o wpływie konfliktu na ceny gazu redakcja Gramwzielone.pl pisała w tekście: Gaz drożeje. Konflikt na Bliskim Wschodzie podbija ceny.
Źródło: naukawpolsce.pl
Marcin Karwowski
marcin.karwowski@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy E-Magazyny Sp. z o.o.
