Perpetuum mobile w energetyce? (ROZMOWA)
Instalacja C-GEN elastycznie dostosowuje się do sytuacji i na żądanie operatora dostarczy do systemu tyle energii elektrycznej, ile w danej chwili jest niezbędne, zapewniając bezpieczeństwo energetyczne. Korzystając z miksu energetycznego, w którym znajduje się zarówno OZE jak i najtańsze węglowodory czy biomasa – o instalacjach C-GEN mówi prezes firmy CWES, Tadeusz Bąk.
BiznesAlert.pl: Jest Pan twórcą projektu technologii C-GEN, która m.in. będzie wykorzystywać węgiel, najtańszy nośnik energii. Jak zrozumiałam, ta technologia stanowi nowatorskie zintegrowanie w wysokosprawny proces produkcyjny kilku już stosowanych technologii, dobrze sprawdzonych w energetyce oraz petrochemii i przemyśle chemicznym. Czy może Pan krótko przedstawić ten proces?
Tadeusz Bąk: Technologia C-GEN integruje kilka znanych, dojrzałych i szeroko stosowanych w przemyśle technologii cząstkowych. Jej sekretem jest ich twórcze połączenie w jednym procesie, przez co możliwe do osiągnięcia są niezwykłe efekty synergii. Zdatna jest ona do multisektorowego zastosowania – w energetyce, chemii przemysłowej, rolnictwie, czy ochronie środowiska. C-GEN bazuje na znanym i również stosowanym do niedawna w Polsce procesie zgazowania (mineralizacji) paliw o charakterze węglowym – węgla kamiennego, brunatnego, biomasy czy odpadów komunalnych. Jak pamiętamy w wielu miastach Polski funkcjonowały gazownie, z których gaz dostarczany był mieszkańcom, ale również służył do oświetlenia miast. Dokładnie ten typ niskotemperaturowego zgazowania stanowi podstawę technologii C-GEN.
Nadmiarowa i tania energia elektryczna w okresach np. nocnych, kierowana jest do procesu elektrolizy-rozkładu wody na wodór i tlen. Wodór kierowany jest do dobrze znanego procesu metanizacji z wykorzystaniem gazów z procesu zgazowania w wyniku którego otrzymujemy metanol albo metan – nie różniący się niczym od czystego metanu, który może być skroplony do magazynowalnej postaci LNG. Warto zwrócić uwagę, że magazynowanie nadmiarowej energii elektrycznej w syntetycznym LNG może odbywać się w dowolnej skali przemysłowej i stosunkowo tanim kosztem w przeciwieństwie do niezwykle drogich i zaśmiecających środowisko akumulatorów LI-ion. Tlen z procesu elektrolizy wody oraz para wodna z procesu metanizacji kierowane są do procesu mineralizacji. W tej części procesu, zagospodarowujemy wszystkie produkty odpadowe z elektrolizy i metanizacji. Jest to najbardziej efektywny sposób prowadzenia zgazowania znany nauce.
Z kolei w okresach zapotrzebowania na energię elektryczną, gazy z procesu zgazowania kierowane są do katalitycznego utlenienia z użyciem powietrza atmosferycznego w wyniku czego otrzymujemy CO2, H2O i N2. Co niezwykle istotne, niskotemperaturowy proces mineralizacji wyklucza powstawanie tlenków azotu, dioksyn czy furanów. Mamy przyrost temperatury gazów, analogicznie jak w kotle odzyskowym elektrowni. Wytworzona para zamieniona jest na prąd i ciepło w klasycznym turbozespole. W technologii C-GEN wykorzystujemy dwutlenek węgla i czysty azot wytworzone w godzinach dziennych oraz wodór wytworzony w godzinach nocnych, jako produkty uboczne, do produkcji amoniaku i mocznika w dobrze opanowanych procesach syntezy. Przy czym produkcja mocznika nie wymaga użycia importowanego gazu ziemnego. Jest to wyjątkowo korzystna sytuacja dla Polski, ponieważ pozwala na uniezależnienie się od drogiego, importowanego gazu ze wschodu. Ta sytuacja sprawia, że koszt produkcji mocznika może być co najmniej dwa razy niższy niż na importowanym gazie ziemnym dzięki czemu Polska może zdobyć konkurencyjną pozycję i miejsce lidera w dostawach nawozów na świat.
Połączenie kilku znanych technologii pozwala więc na produkcję energii elektrycznej i ciepła w sposób praktycznie prawie bezemisyjny, również wykluczając produkcję pyłów i smogu. Odpadami są gaz ziemny, mocznik, amoniak czy metanol. Jeszcze jedna ciekawostka, w klasycznym procesie produkcji amoniaku w zakładach chemicznych, na jedną tonę amoniaku emituje się ok 1,2 tony CO2 do atmosfery. W naszym przypadku amoniak produkowany jest całkowicie bezemisyjnie.
Czy można więc powiedzieć, że jest to proces, w którym możemy generować energię elektryczną, ale możemy ją też konsumować kiedy występuje w nadmiarze? – np. produkować syntetyczny gaz ziemny, bez dużych strat, jak przy magazynach baterii i akumulatorów?
C-GEN to coś więcej, niż tylko magazynowanie energii. C-GEN pozwala zarządzać energią – unikając jej nieekonomicznego magazynowania, jak to się dzieje w przypadku absurdalnie drogich ogniw Li-Ion – wytwarzając i zużywając ją w zależności od bieżącego zapotrzebowania. Specyfika tej technologii pozwala na realizację funkcji stabilizacyjno-regulacyjnej dla systemu elektroenergetycznego. Biorąc zaś pod uwagę jej skalowalność, może wypełnić oczekiwania stawiane dla źródeł prosumenckich w dowolnej skali, wpisując się również w oczekiwania stawiane klastrom energii. Koncepcja zarządzania, zamiast magazynowania to sedno finansowe C-GEN. Tak zwane magazynowanie energii jest błędną narracją w którą dają się wciągnąć niektórzy uczestnicy rynku energii. Zamiast ponosić gigantyczne koszty budowy akumulatorów energii i ich późniejszej utylizacji, można przecież inteligentnie sterować wytwarzaniem i zużyciem energii. Z punktu widzenia nabywcy gazu albo mocznika jest przecież dokładnie obojętne, czy produkty powstały nocą, czy w dzień. Wraz z lawinowym przyrostem źródeł OZE i rezygnacją na zachodzie z energetyki opartej na węglu, nietrudno przewidzieć, że będzie dochodzić do niekontrolowanego przyrostu energii nadmiarowej, którą zagospodarować pozwala C-GEN, jedyna tego typu technologia na świecie. Co więcej, obserwujemy na świecie globalną transformację energetyki (całej, obejmującej: elektroenergetykę z górnictwem węgla kamiennego i brunatnego, gazownictwo, sektor paliw płynnych, ciepłownictwo) – zachodząca w nowych środowiskach (technologicznym, ekonomicznym, biznesowym i społecznym), ogarniającą „wszystko”. Sytuacja ta wymusza nieuchronną (nieodwołalną) potrzebę przeorganizowania całej gospodarki, procesu najrozleglejszego, najgłębszego i najdynamiczniejszego w historii. C-GEN wychodzi naprzeciwko tym zmianom i oczekiwaniom rynku. Jest tylko pytanie czy potrafimy wykorzystać daną nam szansę.
Jak rozumieć określenie, że C-GEN będzie należeć do nowego modelu gospodarki, tzw. „circular economy”?
Technologia C-GEN to koncepcja budowania łańcucha wartości w procesie obiegu zamkniętego tzw. „circular economy”, gdzie odpad z jednego procesu staje się surowcem dla kolejnego, a symbioza przemysłowa sprawia, że odpady lub produkty uboczne z jednego sektora – na przykład rolnictwa czy przemysłu – stają się surowcem dla innego. Dzięki takiemu podejściu, stajemy się konkurencyjni w stosunku do przedsiębiorców z innych części świata. W naszym przypadku eliminujemy straty w całym łańcuchu procesów produkcyjnych energii elektrycznej i jej magazynowania w czynniku jakim jest gaz ziemny, czy to w produkcji wodoru, tlenu i nawozów.
Warto to ukazać na przykładzie terminala LNG w Świnoujściu i Zakładów Azotowych w Puławach. Zamiast obecnego modelu w którym funkcjonują w odległości kilkuset kilometrów terminal LNG Świnoujście i Zakłady Azotowe w Puławach będziemy mieć instalacje C-GEN. Nie będziemy spalać ok 2 proc. gazu i emitować CO2, aby zregazyfikować LNG, a kilkaset kilometrów dalej także spalać gaz aby znowu wytworzyć CO2 (i wodór) w celu wyprodukowania amoniaku i mocznika.
Jakie korzyści dla gospodarki? Aktualny roczny koszt regazyfikacji LNG, przy potencjale przetwórczym 5,5 mld Nm3 gazu, to ok. 3 miliardów złotych. Tyle bezpowrotnie tracimy – każdy proporcjonalnie do zużycia płaci w rachunkach za gaz. Przy podwojeniu przepustowości terminala, zgodnie z bieżącymi planami rządu, potencjalne straty w okresie dziesięciu lat mogą sięgnąć 60 miliardów złotych, a potencjał strat w układzie całej gospodarki przekroczy 90 miliardów złotych. A wystarczy przecież nie spalać gazu, tracąc w ten sposób najczystszą formy energii, jaką jest chłód – a zaprząc ją do pracy na rzecz gospodarki. Tą energię z powodzeniem możemy wykorzystać w obiegach zamkniętych. Jednak to wymaga śmiałych decyzji. Obecnemu rządowi Premiera Morawieckiego, zależy na uszczelnianiu gospodarki i zwiększaniu efektywności. Nasza technologia pozwala na usprawnienie procesów produkcyjnych jak również zarządczych z jednoczesną minimalizacją strat.
Jednym zdaniem, C-GEN jest przykładem synergicznej multitechnologii przełamującej narastający deficyt łańcuchów wartości w podstawowych produkcyjnych procesach technologicznych, obejmujących pięć strukturalnie nieefektywnych sektorów gospodarki, cechujących się na razie strukturalną trwałą nieefektywnością spowodowaną ich odrębnym funkcjonowaniem, którymi są: (cała) energetyka, budownictwo (zapotrzebowanie na ciepło), transport (zapotrzebowanie na paliwa), rolnictwo (budowa drugiej nogi, mianowicie rolnictwa energetycznego), gospodarka odpadami (gospodarka w obiegu zamkniętym, energetyczna utylizacja odpadów). Skonsolidowane na w/w sektorach synergiczne łańcuchy wartości (energetyczne) nazywamy synergetyką.
Na czym polega wspomniana przez Pana symbioza technologii C-GEN z innymi sektorami np. rolnym?
– W klasycznych elektrowniach węgiel ulega spaleniu, a wytworzony dwutlenek węgla w całości jest emitowany do środowiska. Z 1 tony węgla uzyskuje się ok. 3 MWh energii elektrycznej, ale z jednoczesną emisją ok. 2,4 tony CO2 przyczyniając się w ten sposób do powstawania efektu cieplarnianego. W przeciwieństwie do powyższego, w technologii C-GEN dwutlenek węgla konwertowany jest do postaci nawozu, gdzie z 1 tony węgla, oprócz ok 3 MWh energii elektrycznej, otrzymujemy ok. 3 ton mocznika. Zespół naukowców ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie przeprowadził analizę efektywności tej technologii w aspekcie środowiskowym w powiązaniu z sektorem rolnym. Wyniki okazały się zdumiewające i utwierdziły nas w przekonaniu, że C-GEN może stać się liderem na polskim rynku technologicznym. Otóż jeżeli wytworzony mocznik (z jednej tony węgla) użyjemy do upraw rolnych np. na pola kukurydzy (jako dodatkowe nawożenie), wówczas rośliny w okresie wegetacji pochłoną ok. 160 ton CO2 z atmosfery, z jednoczesną emisją ok. 120 ton czystego tlenu i wytworzą ok. 44 tony czystego węgla „C” w biomasie. W tym łańcuchu „circular economy” włączone są słońce, woda i proces fotosyntezy. Bardziej spektakularne wyniki można osiągnąć w uprawie wierzby energetycznej, gdzie rośliny pochłoną w okresie wegetacji ok. 500 ton CO2, emitując ok. 380 ton O2, a uzysk czystego „C” w biomasie osiągnie ok. 150 ton. Technologia C-GEN może stanowić kluczowy element wzrostu konkurencyjności polskiej gospodarki w dążeniu do zrównania się z gospodarkami państw zachodnich.
Inną zaletą technologii C-GEN jest możliwość produkcji taniego wodoru do zasilania samochodowych ogniw wodorowych, co może doskonale wpisać się w program elektromobilności realizowany przez Premiera Morawieckiego.
Jeśli technologia C–GEN jest technologią bezemisyjną, to jakie rozwiązanie w systemie tej technologii zapewnia wychwyt dwutlenku węgla i co się potem dzieje z wyeliminowanym CO2?
C-GEN jest technologią niskoemisyjną, przyjazną środowisku. Zamiast energochłonnego wychwytu CO2, C-GEN zawiera cykl utleniania/spalania w czystym tlenie – w ten sposób CO2 jest użytecznym surowcem bez obciążenia balastem azotowym. Uzupełnieniem jest wymrażanie CO2 (kriotechnologia) ze spalin dzięki wyprodukowanemu LNG. Podczas skraplania metanu następuje przemiana fazowa w wyniku której uzyskujemy LNG o temperaturze ok -163 st. C. Produkowane spaliny, czyli CO2, po przejściu przez wymiennik ciepła ulegają zestaleniu do postaci tzw. suchego lodu, bądź – w zależności od ciśnienia – do postaci ciekłej.
C-GEN będzie dostarczać cenne półprodukty dla wielu branż przemysłu chemicznego, co zapewni wysoką opłacalność tej technologii. BiznesAlert.pl jest jednak zainteresowany przede wszystkim energetyką. Jak zrozumiałam, gdy elektrownia czy elektrownie OZE będą dostarczać na rynek zbyt mało mocy, albo wcale, rusza produkcja energii elektrycznej z metanu w rezerwowej elektrowni w ramach systemu stosowania C-GEN?
W powyższej sytuacji, gdy brakuje w systemie energii elektrycznej, bądź gdy cena energii jest atrakcyjna, wówczas C-GEN może w trybie ciągłym produkować energię elektryczną z surowca tańszego niż gaz – w oparciu o odpady, czy biomasę, ale także węgiel. W tym samym czasie, instalacja C-GEN może dodatkowo produkować energię elektryczną w oparciu o wyprodukowany LNG.
Jednak na energetykę musimy patrzeć przez pryzmat budowania efektywności łańcuchów wartości (energetycznych) jaką niesie technologia C-GEN dla pięciu obecnie nieefektywnych sektorów gospodarki.
To znaczyłoby, że technologia C-GEN zakłada miks energetyczny zamiast monoenergetyki odnawialnej na rynku energetycznym jako docelowego rozwiązania polityki klimatyczno-energetycznej?
Monoenergetyka OZE jest niemożliwa. Nasłonecznienie i wiatr są nieprzewidywalne, nie mogą stanowić wyłącznego źródła energii dla państwa. C-GEN to zakład o możliwościach stabilizacyjno-regulacyjnych systemu elektroenergetycznego, a w połączeniu ze smart grid zapewnia automatyczną sterowalność i reakcję na zapotrzebowanie na energię elektryczną ze strony operatora systemu dystrybucyjnego. Bez znaczenia jest to czy wieje, czy nie, a także intensywność nasłonecznienia. Instalacja C-GEN elastycznie dostosowuje się do sytuacji i na żądanie operatora dostarczy do systemu tyle energii elektrycznej, ile w danej chwili jest niezbędne, zapewniając bezpieczeństwo energetyczne.
Od prawie dwóch tygodni w stanach wschodniej części USA produkcja energii z OZE ustała z powodu bardzo niskich temperatur i obfitych opadów śniegu. Czy w podobnej sytuacji, gdy głównym producentem będą elektrownie OZE, wystarczyłoby magazynowanie metanu i generowanie energii elektrycznej w technologii C-GEN, aby uniknąć załamania systemu dostaw energii na ogromnym obszarze?
Jak wspomniałem, C-GEN jest technologią pozwalającą wytwarzać energię elektryczną i cieplną niezależnie od warunków pogodowych, nasłonecznienia czy siły wiatru i dodatkowo w dowolnie długich okresach. Sprawa magazynowania zapasów gazu należy do strategii spółek gazowych. Z drugiej strony, jeżeli z jakichś skrajnych przyczyn nastąpi zakręcenie zaworu na rurociągu importowym gazu, C-GEN może uzupełniać-zasilać system gazowy gazem syntetycznym. Użyje do tego celu energii elektrycznej z istniejących elektrowni węglowych. To jest cenna zaleta C-GEN: zasilanie kryzysowe w gaz i tanią energię elektryczną. Z uwagi, że technologia jest skalowalna, widzimy potrzebę, ale również konieczność budowy sieci zakładów w układzie rozproszonym na wzór farm wiatrowych, co zwiększa bezpieczeństwo energetyczne i pozytywnie wpływa na sieci elektroenergetyczne.
Rozmawiała Teresa Wójcik
