https://frosthead.com

Pretvaranje energetskog otpada u električnu energiju i toplinu

Kogeneracija, koja se ponekad naziva i kombinirana toplina i snaga (CHP), način je da se hvataju intenzivne topline koje izlaze iz dimnih dimnjaka i pretvaraju ih u električnu energiju ili stavljaju na druge dobre namjene, poput grijanja domova. Gotovo 70 posto američkih emisija stakleničkih plinova dolazi iz proizvodnje električne energije i topline (dodatnih 20 posto dolazi iz automobila), a procjene potencijala CHP su dramatične. Hvatanje potrošene energije dima u Sjedinjenim Državama moglo bi zamijeniti gotovo 30 posto energije koja se trenutno stvara izgaranjem fosilnih goriva, smanjiti emisiju ugljičnog dioksida za 20 posto i godišnje uštedjeti od 150 do 250 milijardi dolara, pokazuju brojna istraživanja. U prosincu, Nacionalni laboratorij Oak Ridge procijenio je da će, ako CHP generira 20 posto snage napajanja naše zemlje do 2030. - Njemačka, Japan i Kina već postigli ili premašili taj cilj, a Danska proizvodi CHP 50 posto svoje snage, tehnologija bi eliminirala 848 milijuna tona emisija ugljičnog dioksida. To je poput uklanjanja 154 milijuna automobila s ceste. Postizanje te razine CHP u Sjedinjenim Državama, prema izvješću Oak Ridge, uključivalo bi 234 milijarde dolara u nova ulaganja i stvorilo bi milijun novih, visoko kvalificiranih, tehničkih poslova. CHP je sada dostupan i u manjem opsegu za grijanje, hlađenje i proizvodnju električne energije; zove se mikroCHP.

Smithsonian-ov Bruce Hathaway nedavno je razgovarao sa stručnjakom za proizvodnju CHP Tomom Castenom, predsjednikom čikaške tvrtke koja se zove Reciklirani energetski razvoj (RED). Casten je proveo tri desetljeća promičući recikliranje inače izgubljene industrijske energije. Pred Kongresom je svjedočio više puta i autor je emisije Isključivanje vrućine: Zašto Amerika mora dvostruko iskoristiti energiju kako bi uštedjela novac i smanjila globalno zagrijavanje. Voditi profitabilnu CHP kompaniju važno je za Casten, koji ima MBA studij iz Columbia. Ali njegova pozadina izviđača orao također objašnjava njegovu strast prema smanjenju globalnog zagrijavanja: pridržavao se slogana, "ostavi kamp puno čistijim nego što smo ga pronašli".

Napisali ste da neke tvornice "plamte od vrućine poput burne vatre" i da kad vidite da para izlazi iz dimnjaka i odlazi u otpad, to vas izluđuje. Zašto vas taj vid toliko uznemiruje?
Uvjerio sam se oko 1974. ili 1975. da će globalno zagrijavanje uzrokovano emisijama ugljičnog dioksida biti najveći problem s kojim smo se ikada suočavali kao ljudi i da moramo sagorjeti manje fosilnih goriva i naučiti smanjiti emisiju C02. Pitanje je kako uskladiti našu ogromnu potrebu za energijom s potrebom za zdravim planetom i zdravom ekonomijom. Proveo sam većinu svoje karijere profitabilno hvatajući i koristeći industrijsku energiju koju trošimo.

Topionice zapadne Virginia Alloys proizvode više silikona nego bilo koje postrojenje u Sjedinjenim Državama. (© Laura Antrim Caskey 2008) Tom Casten (desno) je predsjednik, a njegov sin Sean predsjednik i izvršni direktor tvrtke koja se zove Reciklirani energetski razvoj (RED) koja instalira sustav obnove topline u West Virginia Alloys. (© Laura Antrim Caskey 2008) Na 3.000 stupnjeva Farenhita, talište otapa kvarcnu stijenu kako bi se izvukao silicij. Do sada se ispušni sustav peći odvodio u atmosferu. RED-ov sustav će koristiti tu toplinu za stvaranje pare, uključivanje turbina i proizvodnju električne energije. (© Laura Antrim Caskey 2008) Sustav povrata topline, koji bi u potpunosti trebao biti instaliran 2010. godine, proizvodit će gotovo 357 milijuna kilovat sati električne energije godišnje, dovoljno za napajanje 20.000 domova. (© Laura Antrim Caskey 2008) Nakon instaliranja opreme, West Virginia Alloys trebala bi uštedjeti na svojim računima za energiju i smanjiti emisiju ugljičnog dioksida za 290 000 tona godišnje. (© Laura Antrim Caskey 2008)

Napisali ste da CHP nije novo, da je Thomas Edison to učinio s prvom svjetskom elektranom 1882. godine. Izgradio je postrojenje u središtu Manhattana i poslao preostali dio energije iz proizvodnje električne energije kako bi grijao zgrade u susjedstvu. Zašto se CHP ne koristi široko u našem trenutnom sustavu za proizvodnju električne energije?
Prvo što treba shvatiti je da je naš energetski sustav vrlo neučinkovit. Ne radimo najbolje što možemo s dostupnom tehnologijom. Zašto? Pa, za početak, našu električnu mrežu uglavnom upravljaju zaštićeni monopoli, a oni nisu nagrađeni za učinkovitost. Neučinkovita središnja proizvodnja energije zaštićena je ledenjakom umjetnih barijera. Taj se regulatorni ledenjak polako topi, ali ne tako brzo kao pravi ledenjaci.

Prosječna elektrana danas je učinkovita samo 33 posto, tako da u biti uzimate tri jedinice energije i dobijate jednu jedinicu električne energije. I to je bilo otkako je Eisenhower bio predsjednik. Ostatak energije uglavnom je višak topline, a mi to jednostavno bacamo. Jednostavno ne možemo suzbiti globalno zagrijavanje bez udvostručenja učinkovitosti proizvodnje električne energije. U toj učinkovitosti je slon u sobi.

Kako vaša tvrtka uzima toplinu koju obično troše elektrane?
Na licu mjesta gradimo elektrane za proizvođače, za sveučilišta, za sve institucije koje koriste puno energije. Mi proizvodimo električnu energiju, a umjesto da bacimo toplinsku energiju nusproizvoda, koristimo je za grijanje obližnjih zgrada - zamjenu kotlova na fosilna goriva - ili za industrijske procese ili za stvaranje više električne energije. Taj se pristup naziva kogeneracija, jer to je to: radi dva posla jednim vatrom. Proizvodnja energije na taj način udvostručuje učinkovitost i prepolovljuje C02 u usporedbi s onim što danas rade. Najmanje učinkovit projekt koji smo ikada napravili je oko 70 posto efikasnosti, što je dvostruko više od učinkovitosti električne mreže. Najbolji naši projekti premašuju 90 posto učinkovitosti. Ali projekti moraju biti lokalni kako bi se reciklirala otpadna energija; toplina ne putuje baš dobro.

Možete li objasniti kako CHP snima i koristi toplinu iz industrijskih dimnjaka?
Mi to nazivamo obnavljanjem otpadne topline. Koristimo vrući ispuh koji bi se odzračio na dimima. Mi koristimo tu toplinu za prokuhavanje vode i proizvodnju pare, što pretvara dinamo u proizvodnju električne energije. Jedno mjesto gdje je radila jedna od mojih prethodnih tvrtki je tvornica čelika na obali jezera Michigan. Uzeli smo njihovu otpadnu toplinu i pretvorili je u 220 megavata apsolutno čiste snage. To je ogromno; to je količina solarne energije koja se napaja u električne mreže u cijelom svijetu. Ta tvornica čelika sada štedi oko 100 milijuna dolara godišnje, što je veliki čimbenik u održavanju konkurentnosti na svjetskom tržištu čelika. EPA je prepoznala postrojenje za smanjenje svojih stakleničkih plinova za 1, 1 milijun tona godišnje. To čini CHP tako uzbudljivim - to je prilika za sve nagrade. To je pro-ekonomija i pro-okruženje, a okreće staru lažnu dihotomiju između jeftine snage i čiste energije na glavi.

Kako ste se uopće snašli u uštedi energije?
Odrastao sam u Coloradu u vrlo orijentiranoj prirodi. Imali smo malu rutinu gdje smo prešli most da bismo pecali i hodili bismo tri, četiri milje niz rijeku. Otac nam ne bi dopustio da se vratimo ako nismo nosili smeće koje je netko drugi ostavio. Morao bi se zaključiti kakvi će idioti donijeti pop-boce dolje i ostaviti ih na tako lijepom mjestu. Moja je majka također naglasila službu - kome je mnogo dano, mnogo je i potrebno. Osnovna poruka oba roditelja bila je da bismo trebali napustiti čista mjesta kampa nego što smo ga pronašli. A u svijetu koji se smanjuje, naš kamp je sada planet i globalno zagrijavanje prijeti.

Pretvaranje energetskog otpada u električnu energiju i toplinu