Villamosenergia-előállítás bioetanol üzemben keletkező hulladékhő alapján
Napjainkban, a növekvő energiafelhasználás hatására egyre kritikusabbá válik a környezetszennyezés, az üvegházhatású gázok kibocsátásából eredő problémák nagysága és a fosszilis energiahordozók kitermelésének aránya. A negatív externáliák csökkentésének érdekében egyre fontosabb szemponttá válik az energiahatékonyságra való törekvés. Így napról napra fokozottabb figyelem fordul az újrahasznosítható forrásokból származó, alternatív – karbonsemleges – energiahordozók előállítására és alkalmazására is. Ennek egy már megvalósított példája a bioetanol üzemanyagként való felhasználása.
A bioetanol szeparációs folyamatai során jelentős energiaigények lépnek fel, illetve nagy mennyiségű hulladékhő keletkezik, melyek következtében az így előállított bioüzemanyag nem versenyképes a többi piacon lévő fosszilis forrásokból származó üzemanyaggal szemben. A versenyképesség növelésére ad lehetőséget az egyre nagyobb mértékben elterjedő organikus Rankine-ciklus (ORC), ami lehetővé teszi az alacsonyabb hőmérsékletű források villamosenergia-előállítás céljából való felhasználását.
A bioetanol előállításának lépései közül az azeotróp desztilláció során jelentkezik a legkiemelkedőbb energiaigény, illetve ezen a ponton keletkezik a legnagyobb mennyiségű hulladékhő is. Az itt végbemenő etanol-víz szeparáció számos műszaki kialakítás mellett elvégezhető. Ezen részfolyamat lehetséges konfigurációinak és a keletkezett termékeinek vizsgálatát követően minden egyes kapcsoláshoz hozzárendelhető az előállított bioetanol egységnyi tömegáramára jutó, hasznosítható hulladékhő mennyisége. Ezeket a fajlagosított mennyiségeket felhasználva létrehozható egy olyan általános érvényű módszer, amely segítségével meghatározható egy adott bioetanol előállítási rendszer desztillációs folyamatához illeszthető, villamosenergia-termelő ORC optimális kialakítása. Az organikus Rankine-ciklus konstrukciójának meghatározása mellett elengedhetetlen a megfelelő, hőmérsékleti viszonyok szempontjából optimális munkaközeg kiválasztása. Az így kialakított egység nagy hozzáadott értékű villamos energiát bocsát rendelkezésünkre, biztosítva ezzel a végtermékek értékesítéséből származó bevételek növekedését.
Irodalom:
1. Brígido Jesús Hipolitó-Valencia, María Vázquez-Ojeda, Juan Gabriel Segovia-Hernández, José María Ponce-Ortega: Waste Heat Recovery trough Organic Rankine Cycles int he Bioethanol Separation Process. I & EC research. (2013)
2. Huijuan Chen, D. Yogi Goswami, Elias K. Stefanakos: A rewiew of thermodynamic cycles and working fluids for the conversion of low-grade heat. Renewable and Sustainable Energy Reviews, pp. 14. and 3059-3067 (2010)
szerző
-
Kustán Réka
Energetikai mérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Groniewsky Axel
egyetemi docens, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék