Paliwo przyszłości. Polscy naukowcy coraz bliżej celu

Węglanowe ogniwa paliwowe – w skrócie zwane MCFC (od Molten Carbonate Fuel Cell) – od dłuższego już czasu znajdują się w centrum zainteresowań naukowców z Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej. Z biegiem lat udało się je usprawnić – zarówno w kontekście produkcji, jak i samej technologii. Teraz skupiają się na opracowaniu ko-elektrolizera do produkcji gazu syntezowego odznaczającego się wysoką jakością.

Naukowcy rozwijają koncepcje opracowane przez takie zespoły jak Ansaldo Fuel Cell czy Hanbat University, ale działają zupełnie niezależnie. Jak twierdzą, udało im się znacząco poprawić procesy produkcji ogniw i konstrukcji stosów. Z powodzeniem opracowali też metody utylizacji i przygotowania do ponownego wykorzystania.

Olbrzymi potencjał w technologii rozwijanej przez naukowców z PW dostrzegła spółka Tauron. We współpracy z nią powołany do życia został projekt TENNESSEE. Jego owocem było zaś urządzenie dla Elektrowni Łaziska – mającej przeszło stuletnią historię elektrowni w Łaziskach Górnych na Górnym Śląsku. W urządzeniu zastosowano ogniwa do wychwytywania dwutlenku węgla ze spalin, co przełożyło się na realną poprawę parametrów pracy instalacji power-to-gas.

Do tej pory naukowcy pracowali z ogniwami, których zadaniem była zamiana dostarczanego wodoru na energię elektryczną. Pomyśleli jednak, że jeszcze lepiej byłoby, gdyby takie same ogniwa były w stanie robić coś odwrotnego: parę wodną i dwutlenek węgla zamieniać na paliwo. Szybko okazało się, że jest to jak najbardziej możliwe i wymaga jedynie paru modyfikacji.

– Na podstawie wstępnych wyników badań postanowiliśmy powtórzyć rozwiązanie, ale już nie w skali pojedynczego ogniwa, ale stworzyć stos ogniw połączonych szeregowo. Tak narodził się projekt COYOTE i wniosek do programu LIDER 13 Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, z którego otrzymamy wsparcie – powiedział dr inż. Arkadiusz Szczęśniak, kierownik projektu.

W ramach tego projektu zespół naukowców postara się rozwinąć pierwsze polskie urządzenie do syntezy paliw sztucznych. Ko-elektrolizer MCE (z ang. Molten Carbonate Electrolysis) będzie zamieniał dwutlenek węgla i wodę na gaz syntezowy do dalszej przemiany na paliwa syntetyczne (bez zanieczyszczeń siarkowych czy cząstek stałych). Jedną z dodatkowych zalet tej technologii będzie redukcja emisji CO2 z sektora energetycznego.

Technologia opracowana przez zespół naukowców z PW ma bardzo duże znaczenie w kontekście produkcji paliwa – będzie to robić w sposób zeroemisyjny. Sposób działania wyjaśnił mgr inż. Aliaksandr Martsinchyk:

– Mamy zmagazynowany, odseparowany CO2 i parę wodną. Taką mieszankę wtłaczamy do ko-elektrolizera, który zasilamy prądem elektrycznym ze źródła odnawialnego (np. energii słonecznej), co powoduje konwersję wody do wodoru i CO2 do tlenku węgla, co można dalej zastosować w reakcjach syntezy paliw.

Rozkład jazdy projektu COYOTE zakłada, że do końca 2023 r. uda się opracować i zbudować stos ko-elektrolizera. W kolejnym naukowcy zajmą się badaniami eksploatacyjnymi, a w 2026 roku opracują serię ko-elektrolizerów i zakończą projekt.

Nie będzie to jednak koniec drogi. Koelektrolizowa stanowi bowiem jedynie pierwszy etap syntezy paliw. Następnie trzeba skierować wytworzony w ten sposób gaz do reaktora Fishera-Tropscha. To też naukowcy zamierzają zrealizować.

Zespół tworzą wspomniani już w tekście dr inż. Arkadiusz Szczęśniak i mgr inż. Aliaksandr Martsinchyk, a także mgr inż. Olaf Dybiński, mgr inż. Pavel Shuhayeu, prof. dr hab. inż. Jarosław Milewski, dr inż. Jakub Skibiński oraz dr inż. Kamil Futyma.