Ciepło odpadowe zyska drugie życie? Naukowcy pracują nad nową technologią

Naukowcy z Politechniki Gdańskiej, Akademii Górniczo-Hutniczej oraz Instytutu Maszyn Przepływowych PAN pracują nad ultrawysokotemperaturową pompą ciepła. Ma ona pozwolić odzyskiwać ciepło odpadowe z procesów przemysłowych i podnosić jego temperaturę nawet o 100°C. Urządzenie ma generować nośnik ciepła o temperaturze do 200°C, co otwiera możliwości jego wykorzystania w produkcji żywności czy przemyśle chemicznym.

Projekt DUOHEAT otrzymał blisko 11 mln zł dofinansowania od Fundacji na rzecz Nauki Polskiej z Funduszy Europejskich dla Nowoczesnej Gospodarki. Jeśli zakończy się sukcesem, technologia może znacząco zwiększyć efektywność energetyczną zakładów przemysłowych i ograniczyć straty energii.

Technologia, której jeszcze nie ma na rynku

Stworzenie ultrawysokotemperaturowej pompy ciepła, zdolnej wytwarzać ciepło o temperaturze nawet do 200°C, wiąże się z dużym ryzykiem naukowym i technologicznym. Uzyskanie tak znacznego wzrostu temperatury pozostaje dziś poza zasięgiem rozwiązań dostępnych komercyjnie.

Kluczową cechą projektowanego urządzenia będzie tzw. spiętrzenie temperatury, czyli różnica między temperaturą źródła a temperaturą odbiornika ciepła. W przypadku pompy DUOHEAT ma ono wynosić co najmniej 100 K.

– W wielu procesach przemysłowych znaczne ilości ciepła odpadowego są bezpowrotnie „zrzucane” do środowiska, m.in. w postaci gorącego powietrza o temperaturze ok. 100°C czy pary. W ramach naszego projektu, dzięki zastosowaniu pompy ciepła, planujemy odzyskać tę niewykorzystaną energię. Podniesienie temperatury ciepła odpadowego o co najmniej 100°C pozwoli na jego ponowne wykorzystanie w przemyśle – mówi prof. Dariusz Mikielewicz, prorektor ds. nauki Politechniki Gdańskiej, dyrektor Instytutu Energii, kierownik projektu.

Rozwiązanie może znaleźć zastosowanie m.in. w przemyśle spożywczym, np. podczas suszenia i pasteryzacji, w przemyśle drzewnym przy suszeniu drewna, a także w przemyśle chemicznym, w procesach wymagających ogrzewania.

Od badań do prototypu

Prace nad urządzeniem obejmą kompleksowe badania eksperymentalne, analityczne i numeryczne. Naukowcy skoncentrują się na najważniejszych elementach przyszłego systemu, w tym na sprężarce, wymiennikach ciepła i doborze odpowiedniego czynnika roboczego. Analizowane będą także przemiany fazowe oraz przepływy dwufazowe zachodzące podczas pracy urządzenia.

Sprężarka sercem systemu

Jednym z najważniejszych elementów projektowanej pompy będzie wysokoobrotowa, bezolejowa sprężarka odśrodkowa o wysokiej sprawności. Zastosowanie łożysk i uszczelnień niewymagających oleju ma pozwolić na ograniczenie strat energii, uproszczenie obsługi urządzenia oraz wyeliminowanie ryzyka wycieku substancji szkodliwych dla środowiska.

Konstrukcja sprężarki będzie miała bezpośredni wpływ na sprawność całego systemu i możliwość osiągnięcia zakładanych parametrów temperaturowych.

W trosce o środowisko

Istotnym elementem badań będzie również dobór czynnika roboczego, czyli substancji krążącej w obiegu pompy i odpowiadającej za transport energii cieplnej. Wybór musi uwzględniać m.in. właściwości termodynamiczne czy bezpieczeństwo użytkowania czynnika.

– Moją intencją, jako kierownika projektu, jest to, aby czynnik był naturalny, organiczny. Aby nie wpływał na środowisko negatywnie – podkreśla prof. Mikielewicz.

Drugie życie ciepła odpadowego

DUOHEAT ma przyczynić się do rozwoju gospodarki opartej na bardziej zrównoważonej produkcji ciepła. Odzyskiwanie energii, która obecnie jest tracona, może ograniczyć zużycie paliw, zmniejszyć emisje i poprawić efektywność energetyczną procesów przemysłowych.

Technologia może również wspierać elektryfikację przemysłu, czyli zastępowanie procesów opartych na spalaniu paliw rozwiązaniami wykorzystującymi energię elektryczną. Powiązanie produkcji ciepła z systemem elektroenergetycznym może sprzyjać lepszemu wykorzystaniu energii pochodzącej z odnawialnych źródeł, a w przyszłości również z planowanych w Polsce jednostek energetyki jądrowej.

Prace nad projektem potrwają do 29 marca 2029 r.

Źródło: Politechnika Gdańska

Czytaj także: 1,4 mln zł na opracowanie nowych sposobów recyklingu plastiku i biomasy