Prąd i ciepło z odpadów bez szkody dla środowiska. Hydrotermalna karbonizacja technologią jutra?

Zajmujemy się wdrażaniem technologii HTC, czyli hydrotermalnej karbonizacji i zgazowania powstałego biowęgla. Stanowi ona odwzorowanie procesów, które zachodzą w naturze, ale bardzo powoli. Liść spada z drzewa, zostaje przysypany wierzchnią warstwą ziemi, przechodzi przemiany węglowe od torfu poprzez węgiel brunatny do węgla kamiennego. Zajmuje to tysiące lat. W Innotec Energy jesteśmy w stanie zrobić to samo, ale znacznie szybciej, więc można powiedzieć, że w pewnym aspekcie rzeczywiście przyspieszamy czas. Dzięki zastosowaniu wysokiej temperatury i ciśnienia, te tysiące lat skróciliśmy do trzech godzin. Produktem jest uwodniona forma biowęgla, który po odpowiednim odwodnieniu staje się pełnowartościowym paliwem energetycznym w formie sypkiej, brykietu, pelletu lub przy dłuższym okresie przetrzymania w reaktorze HTC – pełnowartościowym węglem aktywnym. Uzyskany w procesie biowęgiel może zostać wykorzystany rolniczo bądź w drodze sekwestracji CO2 przyczynić się do redukcji emisji dwutlenek węgla do atmosfery. Umieszczony w wyrobiskach kopalnianych czy żwirowniach biowęgiel może stać się dla przyszłych pokoleń swoistym magazynem energii, gdy opracowane zostaną czyste, bez emisyjne technologie węglowe.

Obejrzyj podcast o energii z odpadów - kliknij poniżej!

Jesteśmy w stanie w tym procesie przetworzyć i wykorzystać każdy rodzaj odpadu organicznego. Bez względu na to, jakiego on jest pochodzenia: czy to są odpady z przetwórstwa mięsnego, czy warzywno-owocowego, osad ściekowy, wszelkiego rodzaju pozostałości po mokrej fermentacji, po tak zwanych instalacjach biogazowych, odpady kuchenne czy restauracyjne. W ten sposób każdy odpad organiczny może stać się źródłem energii.

Obrazowo sam reaktor HTC można opisać jako rurę w rurze. Jest on swoistym wymiennikiem ciepła. Pomiędzy płaszczami tych rur znajduje się olej grzewczy, który utrzymuje odpowiednią temperaturę. Na każdym etapie procesu to ciepło odzyskujemy tak, aby nie było konieczności wprowadzać jego dużych ilości do procesu. Obieg jest zamknięty. W skład systemu wchodzi też zbiornik uśredniający, do którego dowożone są odpady, takie jak przeterminowana żywność, odpady marketowe, kuchenne, z selektywnej zbiórki, osady ściekowe itp. Powstający węgiel ma najpierw formę uwodnioną, w drugiej fazie procesu następuje jego odwodnienie. Odciek zostaje ponownie częściowo wykorzystany do procesu, a nadwyżki są kierowane albo do zbiorników fermentacyjnych, albo do oczyszczania ścieków, albo też są wykorzystywane jako nawóz mineralny, głównie jako substytut nawozów azotowych i fosforowych. Prawie każdy ściek organiczny jesteśmy w stanie doczyścić do tego stopnia, że ta oczyszczona frakcja ciekła nadaje się do ponownego wykorzystania jako woda szara technologiczna. Gwarantujemy absolutną destrukcję hormonów, patogenów, farmaceutyków i coraz bardziej kontrowersyjnego mikroplastiku. Cały proces zachodzi bez żadnych dodatków chemicznych czy flokulantów, nie obciąża tym samym dodatkowo środowiska. Produkt końcowy ma odpowiednią zawartość resztkową wody, aby zapewnić kaloryczność wymaganą przy energetycznym jego wykorzystaniu.

Wspomniałem już o sekwestracji, ale to raczej kierunek przyszłościowy. Obecnie wiodący kierunek to wykorzystanie energetyczne biowęgla. Może on mianowicie stanowić substytut węgla kamiennego, ale ciekawszym rozwiązaniem jest skierowanie tego węgla do procesu zgazowania. Ten kierunek bardzo mocno promujemy, bo wychodzimy z założenia, że spalać potrafi każdy, a chodzi o to, żeby nie ograniczać się tylko do odzysku energetycznego, ale również mieć możliwość odzysku produktowego. W procesie zgazowania uzyskujemy gaz syntezowy, czyli chemiczną mieszaninę tlenku węgla i wodoru z niewielką ilością różnych domieszek: metan, tlenek azotu, śladowe ilości siarki. Uzyskany gaz syntezowy podlega oczyszczaniu. Głównie chodzi o usunięcie resztek związków smolistych i zapylenia. Następnie może być kierowany do dalszego zastosowania.

Gaz syntezowy możemy wykorzystać konwencjonalnie jako substytut gazu ziemnego: czyli w kotłach gazowych. W ten sposób zastępujemy gaz ziemny, czyli paliwo kopalne, surowcem odnawialnym. Jest on jest tańszy – bo powstał z odpadów. Jest ekologiczny, bo nie jest paliwem kopalnym, więc jego wydobycie nie powoduje degradacji środowiska. Jest czysty, bo gdybyśmy go porównali z biogazem, to zawiera o wiele mniejszą ilość siarki, co jest dosyć istotne.

Drugą alternatywą jest skierowanie tego gazu na jednostki kogeneracyjne w celu produkcji zielonej energii, ciepła bądź chłodu w trigeneracji. Inne możliwości to synteza ze strumienia gazu metanolu, etanolu czy amoniaku. I co najciekawsze, dysponujemy technologią, która pozwala ze strumienia gazu syntezowego odseparować odnawialny wodór – bardzo czysty, zgodny z celami współczesnego e-mobility. Ta forma wodoru może być z powodzeniem wykorzystana choćby do tankowania autobusów.

Tak – i to jest bardzo ważne, bo przepisy Unii Europejskiej usankcjonowały i wskazały kierunek postępowania z odpadami bez względu na to, o jakich odpadach mówimy. Odzysk materiałowy ma tu absolutny prym nad odzyskiem energetycznym. Tak jak mówiłem, w procesie spalania tak naprawdę uzyskujemy z kotła ciepło, które idzie na turbinę – ale tu mówimy tylko o odzysku energetycznym. Natomiast przy zgazowaniu otrzymujemy gaz syntezowy, który możemy poddać dalszym procesom i uzyskać produkt. Co ważne, technologicznie wpisujemy się absolutnie w 100% w założenia gospodarki obiegu zamkniętego, czyli odpad z jednego sektora gospodarki staje się produktem w innych sektorach. Na dodatek HTC nie obciąża środowiska – w konwencjonalnych procesach spalania mamy do czynienia z emitorem, którego u nas nie ma. Zarówno proces HTC, jak i proces zgazowania, są procesami zamkniętymi i tak naprawdę jedynym emitorem jest jednostka kogeneracyjna, która wyrzuca na zewnątrz dwutlenek węgla. Jeśli mówimy o odpadzie organicznym, to ten dwutlenek węgla jest w dużej części regeneratywny. Dodatkowo emitowana jest para wodna i śladowe ilości tlenków azotu, ale ten wyłapujemy po stronie instalacji do czyszczenia gazu syntezowego, jeszcze przed skierowaniem na silnik.

Myślę, że mógłbym śmiało powiedzieć, że prawie wszystkie. Aktualnie realizujemy etap projektowy dla klientów z branży przetwórstwa warzywno-owocowego i przetwórstwa mięsnego, spółki komunalne zajmujące się zagospodarowaniem odpadów i oczyszczaniem ścieków, firmy z obszaru przetwórstwa drzewnego. Ostatnią grupą potencjalnych klientów są różnego rodzaju fundusze inwestycyjne lub grupy kapitałowe, które zainteresowane są tym, żeby zaistnieć na polskim rynku, wykorzystując ten potencjał energetyczny – i to zarówno po stronie produkcji energii elektrycznej, ciepła czy ewentualnie separacji wodoru, jak również w kontekście zagospodarowania odpadów. Świetnym materiałem wsadowym do procesu zgazowania może być tak zwany RDF, czyli paliwo z odpadów, które obecnie poza zakładami termicznego wykorzystania, czyli spalarniami i cementowniami, stanowi dość duży problem. Jest go przynajmniej kilka milionów ton w skali roku na naszym rynku i to też jest świetny materiał do wykorzystania. W tym przypadku materiał wsadowy kierowany jest bezpośrednio do procesu zgazowania, z pominięciem pierwszego etapu HTC. Zresztą z jednym z naszych strategicznych partnerów podjęliśmy decyzję, aby pójść w tym kierunku i aktualnie projektujemy kilka lokalizacji w kraju, gdzie RDF będzie wykorzystany energetycznie. Jest to kolejny krok w kierunku osiągnięcia niezależności energetycznej naszego kraju oraz redukcji emisji gazów cieplarnianych do atmosfery i zanieczyszczenia wód gruntowych.

Jeszcze nie. Jak wspominałem jesteśmy na pierwszym etapie projektowym. W siedmiu lokalizacjach prowadzimy prace projektowe, które powinny zakończyć się prawomocnymi decyzjami budowlanymi na przełomie 2026 i 2027 r. Wtedy przejdziemy do realizacji. Dzisiaj naszym rynkiem numer jeden jest Japonia, więc największą ilość instalacji referencyjnych mamy właśnie w tym kraju. Sporo instalacji mamy również w Europie, Szwajcarii i Niemczech.

To zawsze problematyczne pytanie, bo należy uwzględnić bardzo wiele zmiennych. Ogólnie mogę powiedzieć, że cenowo nasze rozwiązanie jest nieznacznie droższe od instalacji biogazowych i znacząco tańsze niż tradycyjne spalanie. W konsekwencji ROI jest najczęściej nie większy niż 3-3,5 roku.

Od dłuższego czasu szukaliśmy kogoś albo czegoś, co pozwoli nam mierzyć i obrazować poszczególne elementy procesu – i to w czasie rzeczywistym. Tym narzędziem stał się iPLAS – platforma integrująca dane rozwijana przez firmę SPIID. System pomaga nam głównie w kluczowym aspekcie mierzenia śladu węglowego. Platforma okazała się vademecum na nasze problemy. Szczególnie korzystne jest to, że potrafi ona sczytywać dane pochodzące z maszyn i oprogramowania różnych producentów. Dzisiaj praktycznie każda instalacja, którą projektujemy i którą proponujemy naszemu klientowi, bez względu na branżę, wykorzystuje iPLAS. Platforma pozwala integrować dane, mierzyć je i analizować, dzięki czemu jesteśmy w stanie błyskawicznie wychwycić pewne anomalie czy błędy prowadzące do strat, a w efekcie mamy pełen obraz potrzebny dla optymalizacji procesów.

Dziękuję za rozmowę.

Marta Nowak – StadlerMedia.pl