O projektu
Realizace výzkumu v oblasti záchytu CO2 ze spalovacích procesů (CCS-carbon capture and storage) s využitím biomasy (Bio-CCS), resp. využití zachyceného CO2 z tohoto procesu (Bio-CCU).
Výzkum je specificky zaměřen na oxy-fuel spalování různých druhů biopaliv ve fluidní vrstvě, které se z pohledu nových zařízení jeví jako nejperspektivnější, a na celý technologický řetězec s ním spojený, včetně výroby kyslíku. Dalším klíčovým výzkumným směrem je oxy-zplyňování biomasy s minimalizací produkce CO2 a třetím klíčovým směrem jsou technologie využití zachyceného CO2 z oxy-fuel spalování pro výrobu kapalných biopaliv.
Projekt je rozdělen do následujících pracovních balíčků:
WP1: Oxy-fuel spalování biomasy ve fluidní vrstvě
Koordinuje ČVUT FS
Výzkumný program je komplexně zaměřen na technologii oxy-fuel spalování biomasy ve fluidní vrstvě. Jedná se o systém, kdy je biomasa spalována namísto se vzduchem s čistým kyslíkem s recirkulací spalin pro udržení množství teplonosiče ve fluidní vrstvě. Výstupem jsou spaliny, které mají vysokou koncentraci CO2 (okolo 90 % v suchých spalinách), který však obsahuje řadu dalších složek, které musí být separovány předtím, než je tento CO2 použitelný k navazujícímu transportu a uložení, případně využití. Jedná se zejména o oxidy dusíku a síry, vodní páru a tuhé znečišťující látky. K tomu se přidružuje nutnost zvládnutí samotného procesu spalování biomasy ve fluidní vrstvě v oxy-fuel režimu, kde vyvstávají problémy způsobené specifickými vlastnostmi biopaliv, ať už se jedná o vysoký obsah palivového dusíku, nebo o malé množství popelovin, vyvolávající nutnost použití externích inertních materiálů pro fluidní vrstvu, které ale zároveň mají nízké charakteristické teploty měknutí, tání a tečení. V tomto výzkumném programu je řešena řada dílčích výzkumných problémů, které již byly zkoumány v případě fosilních paliv a spalování ve vzduchovém režimu, ale nikoliv pro biomasu v oxy-fuel režimu spalování. Jednotlivé dílčí kroky jsou řešeny tak, aby ve výsledku výzkumný program pokryl celý technologický řetězec od vstupu biopaliva do systému oxy-fuel spalování po výstup čistého CO2 bez nežádoucích složek.
WP2: Progresivní metody zplyňování a pyrolýzy biomasy s potlačenou tvorbou CO2
Koordinuje VUT FSI
Tento WP je zaměřen na progresivní a moderní metody zplyňování či kombinovaného zplyňování a pyrolýzy s cílem vyrobit syntézní plyn pro výrobu kapalných paliv a zároveň minimalizovat tvorbu nežádoucích látek, včetně CO2. Budou využívána různá zplyňovací media, včetně recirkulovaných spalin ke snížení výsledné produkce CO2. V rámci testování bude probíhat úzká spolupráce s partnery na přípravě a modifikaci paliv.
WP3: Využití CO2 a syntézních plynů k produkci cenných chemických látek a biopaliv 3. a 4. generace
Koordinuje ČVUT FS
WP je zaměřen na možnosti využití CO2 a syntézních plynů k výrobě cenných chemických látek a biopaliv. Cílem WP3 je navrhnout a v laboratorním měřítku odzkoušet takové technologie, stroje a zařízení, které umožní vyčištění a zušlechtění CO2 a syntézních plynů na kvalitu potřebnou pro jejich další zpracování, zajistí účinnou, energeticky efektivní a ekonomicky rentabilní biochemickou, nebo termochemickou transformaci zušlechtěných syntézních plynů na požadované bioprodukty, a zaručí minimální tvorbu odpadů v tuhé, kapalné a zejména v plynné formě, tj. v konceptu bezemisní technologie.
WP4: Příprava biomasy pro technologie oxy-fuel spalování a zplyňování
Koordinuje VŠB-TUO ENET
Výzkumný program zaměřen na problematiku přípravy biomasy pro další energetické využití. Cílem výzkumu je příprava torrefikované biomasy, která bude splňovat kvalitativní požadavky na palivo a bude následně využívána pro energetické účely, hlavně pro technologii oxy-fuel. Součástí technologie přípravy paliva pro oxy-fuel spalování a zplyňování je sušení biomasy a granulometrická úprava.
WP5: Efektivní čištění CO2 kondenzačními procesy
Koordinuje ÚT AVČR
Vodní páru z CO2 vystupujícího z oxy-fuel spalování lze odstranit „tradičním“ způsobem pomocí kondenzačních výměníků, což bude řešeno v rámci první části tohoto WP. Zároveň je však nezbytné zvážit (zkoumat) alternativní nové postupy, které jsou založeny na principu adiabatické expanze, přičemž mechanická práce, získaná při expanzi, může být částečně využita pro zpětnou kompresi vyčištěného CO2. Toto bude druhá dílčí část v tomto WP. Třetí částí bude také otázka integrace kondenzačních zařízení do CCS/U technologií a technicko-ekonomické vyhodnocení.
WP6: Matematické modelování a numerická simulace procesů oxy-fuel spalování biomasy ve fluidní vrstvě
Koordinuje ČVUT FJFI
Tento WP doplňuje experimentální aktivity v rámci projektu o vývoji matematického modelu spalování biomasy ve fluidní vrstvě, jeho numerickou implementaci a následnou validaci v koordinaci s experimenty. Cílem v tomto WP je vyvinout simulační software, jenž oproti experimentu umožní rychleji a snadněji získat informace o chování zkoumaných procesů při spalování (a případně i zplyňování) ve fluidní vrstvě a efektivněji tak využít prostředky určené na experimentální výzkum. Software či jeho výsledky dále mohou přispět k návrhu či optimalizaci řízení těchto procesů.