Využití plazmových technologií v odpadovém hospodářství - systém SPVG

Solena Group je americká společnost se sídlem ve Washingtonu DC a satelitními kancelářemi po celém světě. Spolu s firmou Acciona S.A., jednou z největších společností v Evropě v oblasti obnovitelné energie, jako se svým klíčovým strategickým partnerem a akcionářem Solena Group vyvíjí, buduje, vlastní a provozuje zařízení na výrobu bio-energie po celém světě za použití své patentované "SPGV" technologie a procesu Integrovaného plazmového zplyňování a kombinovaného cyklu výroby energie(IPGCCTM). Solena Group je vůdčí mezinárodní firma v oblasti velkovýroby bio-energie z biomasy, odpadů a jiných uhlovodíkových organických materiálů.

Systém SPGV přeměňuje všechny organické materiály, včetně biomasy a odpadních produktů, na čistou energii, s čistou nulovou bilancí emisí CO₂ a žádnými emisemi škodlivin použitím svého unikátního a patentovaného procesu Integrovaného plazmového zplyňování a kombinovaného cyklu (IPGCC). Technologie SPGV firmy Solena je založena na použití extrémně vysokých teplot horké plazmy k molekulární disociaci a zplynění organických nebo uhlovodíkových surovin na syntézní plynné palivo ("SynGas") a zeskelnění anorganických materiálů na inertní nevylouhovatelnou strusku. Syntézní plyn bohatý na vodík může být přímo použit v plynových turbínách pro výrobu elektrické energie z obnovitelných zdrojů (obnovitelná energie) namísto nedostatkového a drahého zemního plynu. Alternativně by syntézní plyn mohl být použit jako surovina pro komerční objemy výroby vysoce kvalitního vodíku pro použití v palivových článcích nebo pro výrobu kapalných paliv, jako jsou metanol nebo motorová nafta, získané Fischer-Tropschovou syntézou.

Plasmový proces IPGCC je vedlejší technologie vesmírného programu NASA - testovací simulace návratu raketoplánu do atmosféry v 60. letech minulého století. Solena obdržela schválení svého třetího patentu s názvem "Plazmové pyrolýzní zplyňování a zeskelnění organického materiálu Patentovou kooperativní smlouvou (PCT)" pro více než 197 států s U.S. Patentem (č. 6987792) a EU Patentem (č. EP 1 419 220 B1), zahrnující patenty ve Francii, Španělsku, Německu, Itálii, Dánsku, Švédsku, Nizozemsku, Irsku, Anglii, Polsku, České Republice, Malajsii a Maďarsku.

Systém plazmového zplyňování a zeskelnění ("SPGV") firmy Solena je nejefektivnější způsob kompletního rozkladu veškerých uhlovodíkových látek (organických) na jejich elementární sloučeniny pro opětovné využití a recyklaci. Hlavní součástí zařízení v SPGV modulu je PLAZMový ZPLYŇOVacÍ REAKTOR. V tomto reaktoru je instalován jeden nebo několik PLAZMových OBLOUKových HOŘÁKů, které vytvářejí prostředí o extrémně vysoké teplotě. Extrémní teplotou dojde ke kompletní disociaci vazeb v jakémkoli organickém materiálu na jednoduché plynné molekuly, zatímco veškeré anorganické materiály jsou souběžně roztaveny na tavenou lávu a pak ochlazeny do inertní "strusky. Tento proces tepelné depolymerizace s částečnou oxidací/zplyňováním se nazývá Plazmové zplyňování a zeskelnění (SPGV).

Plazmový reaktor pracuje s částečně oxidačním prostředím při atmosférickém tlaku, což podle definice znamená, že v něm je minimální přípustné stechiometrické množství kyslíku a proto zde Nedochází k HOŘENÍ nebo kompletní oxidaci. SPGV reaktor tedy není spalovna nebo spalovací systém. Jedná se o protiproudý systém atmosférického zplyňování/zeskelnění s pevným ložem za extrémní teploty.

Důsledky a problémy představované závislostí na fosilních palivech a jejich dopad na globální oteplování a klimatické změny nutí lidstvo hledat udržitelnější energetický model. Na cestě k tomuto novému, udržitelnému energetickému modelu bude biomasa - ať primární, sekundární nebo zbytkový lignocelulózový materiál - jedním z hlavních obnovitelných zdrojů energie spolu se solární a větrnou energií.

Díky své robustní technologii vysokoteplotního plazmového zplyňování je systém Solena jedinečně flexibilní pokud jde o palivo a umožňuje čisté a efektivní zplyňování jakéhokoli druhu organické biomasy. Produkovaný Syntézní plyn (SynGas) může být přeměněn buď na obnovitelnou energii nebo použit v procesech chemické syntézy k výrobě kapalných paliv pro dopravní prostředky, jako je metanol, bio-nafta a vylepšený letecký benzín, Fischer-Tropschovou syntézou. Technologie SPGV má tak šanci stát se hlavním článkem široké a diverzifikované koncepce přeměny biomasy na energii neboli bio-energii.

Kromě toho, provozní charakteristiky technologie SPGV nabízejí významné výhody pokud jde o další obnovitelné zdroje, jako jsou solární a větrné: její vysoký koeficient využití (přes 90% oproti větrné/solární s méně než 30%). Technologie SPGV tak nejen umožňuje efektivní konverzi biomasy na obnovitelnou energii, ale rovněž zvyšuje spolehlivost a přispívá k zájmu o základní a distribuovanou energii z obnovitelných zdrojů ze strany elektráren a elektrické sítě po celém světě.

Technologie SPGV umožňuje, aby byly realizovány přijaté programy nakládání s odpady (Recyklace/Využitím/Opětovným použitím) přeměnou veškerých organických látek na obnovitelnou energii a tak eliminovat potřebu skládkování. Jelikož systém Solena je flexibilní, pokud jde o palivo, a robustní, může zpracovávat a upravovat různé druhy odpadů od směsného komunálního odpadu po nebezpečný průmyslový odpad způsobem šetrným k životnímu prostředí bez produkce toxických emisí a popele. Odpady mohou zahrnovat nemocniční odpad, farmaceutická rozpouštědla, pneumatiky a další toxické materiály, jako je azbest. Závod IPGCC na zpracování odpadu umožní obcím efektivně řešit své problémy s odpady, splňuje všechny normy a požadavky EU a USA v oblasti životního prostředí a současně produkuje stále žádanější zelenou obnovitelnou energii.

Mezi mnoha výhodami spojenými s využitím technologie SPGV a procesu IPGCC jsou následující nejdůležitější:

1)Bylo prokázáno, že proces IPGCC je vysoce efektivní a ekonomicky životaschopný, a rovněž levnější než jakýkoli jiný termický proces, zejména spalování;

2)proces IPGCC je šetrný k životnímu prostředí, protože nemá negativní dopad na životní prostředí ani nevytváří žádné problémy pokud jde o zdraví a bezpečnost obyvatel. Eliminací potřeby skládkování je příznivý pokud jde o skleníkové plyny, protože eliminuje emise metanu spojené se skládkováním; a

3)technologie SPGV je velmi robustní a palivově flexibilní, což umožňuje, aby přijímala jakýkoli druh odpadu a učinila ho neškodným pro lidi a životní prostředí. Kromě toho, technologie SPGV zaručuje celkové využití / recyklaci veškeré organické hmoty. Anorganické látky jsou přetaveny na inertní zeskelněnou strusku, která je třikrát méně vylouhovatelná než žula.

Proto Solena nabízí konečné a globální řešení problémů způsobených odpady produkovanými obcemi a průmyslem v každém státě a současně produkuje čistou a zelenou obnovitelnou bio-energii v boji proti klimatickým změnám.

Během uplynulých dvaceti let bylo lidstvo a životní prostředí zatíženo důsledky škodlivých a v zásadě nepřijatelných metod nakládání s odpady, jako je skládkování a spalování. Oba procesy produkují nežádoucí škodliviny do atmosféry (dioxiny během hoření odpadů) a do podzemních vod (výluh skládky a popel). Přesto se stále po celém světě používají v důsledku chybějící čisté a jasné strategie založené na pokrokových technologiích a vědeckých poznatcích. Na základě negativních zdravotních zkušeností a krize vyvolané znečištěním životního prostředí v důsledku špatného nakládání s odpady státy EU a státy, které přijaly Kjótský protokol, učinily kroky ve směru k definování čistšího a zdravějšího životního prostředí, což vyžaduje, aby signatářské státy přijaly přísná regulační opatření pokud jde o odpady, znečištění životního prostředí a výrobu energie z obnovitelných zdrojů. To je důvodem, proč jsou technologie a řešení bio-energie firmy Solena vyžadovány městy a obcemi po celém světě. Řešení zplyňováním odpadu firmy Solena představuje významný krok vpřed od chyb minulosti, které stále ještě znamenají globální hrozbu pro zdraví lidí a společenství. Technologie SPGV je jednoznačně ohleduplná k životnímu prostředí a představuje metodu dosažení maximální efektivity v řešení problémů nakládání s odpady a výroby obnovitelné energie bezpečným a čistým způsobem.

Odpad může být přeměněn na energii celou řadou procesů. Procesy tepelné konverze nabízejí nejlepší způsob výroby energie z pevných odpadních paliv a poskytují atraktivní metodu likvidace.

Konvenční spalovací procesy se používají pro likvidaci pevných odpadů již téměř sto let. V posledních letech je kladen důraz na využití energetického obsahu odpadu jako obnovitelného zdroje.

Pyrolýza a zplyňování se používají jako základní procesy již mnoho let. Hlavní aktivity spojené s rozvojem procesů zplyňování se objevily v 70. a 80. letech minulého století s cílem produkce strategických palivových a energetických alternativ k surové ropě. Impuls pro aplikaci technologie Plazmového zplyňování Solena Group na odpad a biomasu vyvstal v souvislosti se vzrůstající poptávkou po obnovitelné energii a s globálním problémem s odpady.

Konvenční spalování používá vzduch pro spalovací a oxidační reakce. Pyrolýza a zplyňování pracují buď za nepřítomnosti vzduchu (pyrolýza) nebo v režimu částečné oxidace (zplyňování). Důsledkem toho je, že proudy spalin ze spaloven představují velké objemy, které vyžadují značné investice do zařízení na čištění plynů. Pyrolýza a zplyňování produkují koncentrovanější proudy syntézního plynu, který může být vyčištěn v zařízení o významně menším objemu. Toto se spolu s dalšími klíčovými technickými rozdíly obráží ve významném snížení investičních nákladů na Solena Group SPGV závod ve srovnání se spalovnou srovnatelné kapacity. Přímé srovnání technologie SPGV se standardním spalovacím procesem je ukázáno na Obrázku II. 2:

Na technologii SPGV je možné nahlížet jako na politickou příležitost protože představuje:

-Permanentní a bezpečné nakládání s odpady: Nejlepší dostupná technologie řešení problémů nakládání s odpady po celém světě. Výroba energie z obnovitelných je prospěšná pro obce pozitivním a užitečným způsobem tím, že poskytuje způsob pro přijatelné nakládání s odpady(Recyklace/Využití/Opětovné použití) a současně eliminuje potřebu skládkování .

-Výroba "zelené"energie z obnovitelných zdrojů: Výroba bio-energie z vlastní biomasy a odpadních surovin poskytuje obci volbu alternativního zdroje levné a nízkouhlíkaté energie namísto fosilních paliv a pomáhá snížit emise CO₂ a skleníkových plynů, které způsobují globální oteplování a klimatické změny.

-Energetická nezávislost a zabezpečení: Distribuovaná síť výroby energie v menším závodě na obnovitelnou bio-energii z odpadu poskytuje obci spolehlivý základní zdroj energie, který není závislý na rozsáhlé síti anebo dovozu fosilních paliv, a tím předchází výpadkům a kolísavým cenám energie.

Firma Solena ve své strategii zavádění koncepce "Energie z biomasy" nebo bio-energie rozšířila tvorbu svého hodnotového řetězce výroby energie zajištěním nových zdrojů biomasy kromě "konvenční" biomasy, jak ji známe dnes (energetické plodiny, pšenice a kukuřice, zemědělské vedlejší produkty - výpalky, šrot) a další sekundární biomasa). Solena ve spolupráci se svým partnerem Biofuel Systems a Universitou v Alicante, Španělsko, vyvinula a patentovala výrobu mikro-řas/fytoplanktonu jako suroviny pro proces zplyňování s komerčními aplikacemi ve své specializované dceřiné firmě - společnosti Solena Biofuel.

Třídy použitých mikro-řas jsou bohaté na uhlovodíky a lipidy s dlouhým řetězcem, což má za následek daleko vyšší energetický obsah než konvenční druhy biomasy. Technologie SPGV efektivně štěpí uhlovodíky s dlouhými řetězci obsažené v mikro-řasách a produkuje bohatý syntézní plyn v procesu, který opět zajišťuje mezistupně pro další konverzi, buď na obnovitelnou energii nebo na jiná paliva použitím vybraných procesů chemické syntézy.

Použité mikro-řasy jsou produkovány ve velkém měřítku v bio-reaktorech za použití umělého světla při fotosyntéze oxidu uhličitého (CO₂) pro růst řas, které se pak vyjmou a usuší pro výrobu energie; proces není nepodobný normálním rostlinám pěstovaným na půdě. Nejsnadněji dostupným zdrojem tohoto CO₂ v závodu IPGCC je z výfuku plynové turbíny; tím se vytvoří proces s uzavřenou smyčkou v termínech CO₂ emisí.

Další CO₂ izolovaný z jiných energetických závodů nebo cementáren může být rovněž dávkován do bio-reaktorů, což představuje efekt "Zmizení uhlíku" ne nepodobný lesu. Jelikož mikro-řasy budou pěstovány na místě vedle IPGCC závodu, nejsou zde žádné další "emise životního cyklu" neboť není třeba žádná doprava nebo energeticky intenzívní pěstování a zařízení bude jedinečně "uhlíkově neutrální.

Kvůli vysokým koncentracím produkce řas v kolonových bio-reaktorech a efektivnímu využití umělé fotosyntézy může být biomasa na bázi řas podle Solena Biofuel produkována ve velmi velkém měřítku bez požadavků na velké plochy půdy, jak je tomu u normálních energetických plodin. Pro srovnání, jeden hektar půdy může být použit na umístění tisíců bio-reaktorů produkujících až 40.000 tun mikro-řas za rok oproti 4.000 hektarů půdy potřebných pro produkci 400 tun energetických plodin za rok (400-krát více); tak se ušetří cenná půda pro pěstování kukuřice a pšenice pro potravinářskou výrobu.

Existují dva standardní moduly závodů IPGCC. Naše velká 40 MW jednotka (založená na energetických systémech kombinovaného cyklu GE MS5001) typicky zplyňuje 15 až 20 tun biomasy za hodinu a menší jednotka 15 MW (založená na energetickém systému Kombinovaného cyklu GE GT10) zplyňuje 5 až 10 tun biomasy za hodinu v závislosti na složení surovin. V závislosti na surovinách a místních požadavcích většina bio-energetických IPGCC zařízení firmy Solena má malou zastavěnou plochu v průměru 4,8 až 6,0 ha.

Koncepční návrh jednotky IPGCC má následující stupně zpracování (viz diagram 1):

.Stupeň přípravy surovin: suroviny se připravují, třídí anebo suší v závislosti na jejich složení (chemických a fyzikálních charakteristikách); pak jsou buď dávkovány do zplyňovacího reaktoru nebo skladovány pro pozdější použití. V případě odpadu jsou recyklovatelné materiály, jako jsou kovy a sklo, vytříděny pro recyklaci a veškerý zbývající materiál se rozdrtí, usuší a slisuje do balíků pro použití jako Palivo vyrobené z odpadu (RDF).

.Volitelně může být určitá plnící linka použita pro příjem toxického nebo nebezpečného odpadu, který je možné plnit do reaktoru takovým způsobem, který chrání dělníky před jakýmkoli druhem kontaminace nebo difuse/ výbuchu, a současně maximalizuje expozici odpadu vysokým teplotám plasmy.

.Jeden (nebo více) zplyňovací reaktor(y), každý s 3 x 2 MW plazmovými hořáky,a pomocné systémy.

.Systém chlazení a úpravy syntézního plynu pro odstranění jakýchkoli nežádoucích materiálů, které by mohly být škodlivé pro provoz plynové turbíny.

.Turbína vyrábějící obnovitelnou elektrickou energii v kombinovaném cyklu (plynová turbína + parní turbína), jejímž výsledkem je rentabilní a vysoce efektivní výkonnost závodu, daleko lepší než u spaloven nebo jiných procesů termického zpracování.

Alternativně může být produkovaný syntézní plyn upraven a připraven pro katalytickou konverzi využitím Fischer-Tropschovy syntézy pro výrobu motorové nafty nebo leteckého benzínu.