Projekti / Programi
Zgorevanje brez okoljskega odtisa za proizvodnjo zelene energije
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.03.02 |
Tehnika |
Energetika |
Goriva in tehnologija za konverzijo energije |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T140 |
Tehnološke vede |
Energijske raziskave |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
zgorevanje brez okoljskega odtisa, brezplamensko zgorevanje, oksigenirana goriva, proizvodnja zelene energije
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
33516 |
dr. Tine Seljak |
Energetika |
Vodja |
2019 - 2021 |
194 |
Organizacije (1)
Povzetek
Vsebina projekta naslavlja enega ključnih izzivom moderne družbe – proizvodnjo energije z najmanjšim možnim okoljskim odtisom. Kljub temu, da so na voljo številne obetavne obnovljive tehnologije, ki omogočajo reševanje tega izziva, večina relevantnih analiz primarne rabe energije predvideva, da bo zgorevanje srednjeročno še vedno igralo pomembno vlogo pri proizvodnji toplotne energije, v proizvodnji električne energije pa bo tranzicija še počasnejša.
Najnovejša dognanja na področju znanosti o zgorevanju so skoraj docela izkoristila možnosti optimizacije obstoječih konceptov zgorevanja, zato so na tem področju potrebni izraziti napori za doseganje že najmanjših izboljšav glede na obstoječe stanje tehnike. Obsežni napredki so tako možni le v primeru razvoja popolnoma novih pristopov, ki bi drastično znižali potencial globalnega segrevanja zgorevalnih procesov z zmanjšanjem izpustov škodljivih snovi, višjimi izkoristki in celovito CO2 nevtralnostjo, ki bi idealno bila v skladu s smernicami krožnega gospodarstva.
Za reševanje tega izziva vsebina projekta predlaga uvedbo popolnoma novega, inovativnega in izvedljivega koncepta zgorevanja za proizvodnjo zelene energije - »zgorevanje brez okoljskega odtisa«. Predlagan koncept združuje idejo brezplamenskega zgorevanja z uporabo CO2 nevtralnih goriv in je sposoben spremeniti paradigmo na področju trajnostne proizvodnje energije.
Z združevanjem edinstvenih sposobnosti brezplamenskega zgorevanja za zagotavljanje izrazito nizkih izpustov NOx in uporabe visoko oksigeniranih goriv, ki izhajajo iz kaskadne rabe obnovljivih materialov ter izkazujejo izrazit potencial za zmanjševanje izpustov trdnih delcev je mogoče doseči čisto zgorevanje. V kolikor lahko te sinergije obogatimo z uporabo visoko učinkovitega kontinuiranega notranjega zgorevanja (npr. v turbinskih motorjih) je možno razviti pristop, ki presega vse trenutno razpoložljive tehnologije. Ta nov pristop ponuja možnost minimiranja vseh negativnih aspektov klasičnega zgorevanja, hkrati pa ohranja in celo presega vse prednosti kot so visok izkoristek, skalabilnost, zanesljivost in fleksibilnost v smislu delovne sposobnosti.
Obenem ta koncept predstavlja visoko relevanten in privlačen znanstveni izziv z veliko možnostjo uspeha. Za vzpostavitev delovanja prvega prototipa zgorevanja brez okoljskega odtisa, je potrebno premakniti meje bazične znanosti o zgorevanju. To odpira možnost za znatno število inovativnih doprinosov na področju brezplamenskega zgorevanja, zgorevanja v turbinskih motorjih in zgorevanja inovativnih goriv, kar tvori bazo za odpiranje novega raziskovalnega področja z visoko relevantnostjo, saj niti zgorevanje tekočih goriv v brezplamenskem načinu niti implementacija brezplamenskega zgorevanja v turbinskih motorjih do sedaj še nista bila preizkušena.
S prvim, v predlaganem projektu razvitim, prototipom zgorevanja brez okoljskega odtisa bo možno identificirati, karakterizirati in opisati temeljne pojave atomizacije, formiranja gorljive zmesi, tokovne dinamike, kinetike oksigeniranih komponent in stabilnosti delovanja, ki se pojavljajo med brezplamenskim zgorevanjem visoko oksigeniranih goriv. Poleg tega bo mogoče analizirati obnašanje številnih konvencionalnih goriv, ki bodo prvič preučevana v brezplamenskem načinu, kar tvori bazo za široko paleto novih aplikacij in s tem velik družbeni vpliv.
Z vzpostavitvijo znanstvenih temeljev za razumevanje brezplamenskega zgorevanja in z razvojem popolnoma novega koncepta zgorevanja brez okoljskega odtisa, bodo rezultati projekta znatno pripomogli k razvoju znanosti o zgorevanju, hkrati pa bodo izkazovali izrazit potencial za razvoj novih raziskovalnih idej na področju trajnostne energije.
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati projekta so torej relevantni za praktično vse pore človeškega delovanja. Visoka znanstvena relevantnost temelji na dejstvu, da cilji projekta omogočajo doseganje izjemnih znanstvenih dosežkov. Dodatno projekt odpira novo znanstveno področje, ki ponuja odlično začetno točko za raziskave vpliva različnih goriv in zgorevalnih sistemov v prihodnosti, kar eksponentno povečuje vpliv rezultatov in s tem bistveno povečuje število možnih aplikacij predstavljenega koncepta. Nekoliko bolj direktna relevanca za prve industrijske implementacije je podprta z doprinosi na področju modeliranja in kinetike, ki omogočajo prenosljivost pristopa v drastično drugačna okolja. Z zapolnitvijo manjkajočega znanja med različnimi raziskovalnimi področji (brezplamensko zgorevanje, inovativna goriva in notranje zgorevanje) se lahko pojavijo pomembni sinergijski vplivi, ki kot rezultat ponujajo inovativne rešitve na področju tokovne dinamike, atomizacije in transportnih pojavov. Ti dosežki bi lahko bili uporabni tudi na industrijskih področjih, ki niso neposredno povezana z pridobivanjem energije (transport, upravljanje z odpadki, energetsko zahtevna industrija). Z vzpostavitvijo prvega prototipa za zgorevanje brez okoljskega odtisa bi bil dosežen tudi pomemben mednarodni vpliv, ki bi pripomogel k prepoznavnosti raziskovalne skupine in tudi države ter ju osvetlil kot pionirje v inovativnih konceptih za pridobivanje zelene energije.
V smislu socialno-ekonomske relevantnosti ima predstavljen koncept zgorevanja izjemen vpliv. Z vpeljavo zgorevanja brez okoljskega odtisa se lahko bistveno spremeni javno mnenje in s tem dosedanji pogledi na zgorevanje. Povrnjeno zaupanje lahko pripomore k hitremu trženju sistemov, ki se poslužujejo predstavljene inovativne tehnologije, kar vodi tudi v visoko dodano vrednost takih produktov. Ker je predlagan koncept mogoče implementirati v obstoječe SPTE enote, lahko njihova visoka dobavljivost, nizka cena, zaupanje kupcev in možnost širše uporabe vodijo v zelo donosne poslovne modele, ki še dodatno povečujejo ugoden socialno-ekonomski vpliv. Prav široka potrošnja lahko dodatno pripomore k varnosti in kvaliteti bivanja s tem ko omogoči zagotavljanje stabilnosti dobave električne energije, decentralizacijo in uporabo lokalnih surovin za proizvodnjo CO2 nevtralnih goriv ob hkratnem ugodnem okoljskem vplivu. V kolikor se v verigo vključi še smernice krožnega gospodarstva, je predstavljen koncept za pridobivanje zelene energije lahko ključna prebojna rešitev, ki bo omogočila tranzicijo v trajnostno naravnano družbo. Rezultati projekta bi tako praviloma morali kotirati zelo visoko na prioritetnih listah vseh okoljsko zavednih držav.
Pomen za razvoj Slovenije
The results of the project are highly relevant for nearly all human related activities. High scientific relevance is based on a fact that there is a high probability to deliver several exceptional scientific achievements in line with objectives of the project. Additionally, newly set up scientific field provides an excellent starting point for future research in direction of various fuels and combustion systems, thus exponentially expanding the benefits of the project results, leading to numerous possible applications. More direct relevance for first industrial implementations is supported by contributions in modelling and chemical kinetics as they allow transferability of the approach to drastically different environments. By bridging the gap between different areas of science (flameless combustion, innovative fuels and internal combustion engines), important synergistic effects might emerge and spawn the ideas in the area of flow dynamics, atomization principles and transport phenomena where the project will provide break-through achievements. These ideas will have a wider applicability also to other industrial fields that are not directly related to energy generation (transport, waste management, energy intensive industries). By setting up a first prototype for zero-footprint combustion, also notable international impact would be achieved by putting the research group as well as country on the map of pioneers in innovative concepts for green energy generation.
In terms of socio-economic relevance, presented concept has a potential for a major social impact since it can drastically alter the views and public opinion related to combustion technology in a positive manner. This regained trust can be an important driver for a fast market uptake of this innovative technology, resulting in high added value of products which implement it. Since zero-footprint combustion can be implemented in existent internal combustion engines and CHP units, high availability, affordability and possibility of wide-scale use supported by low CO2 penalties and high efficiency can lead to highly profitable business cases leading to even better socio-economic acceptance. High volume use can only improve the environmental benefits and at the same time positively affect safety and quality of living through increased grid stability, stability of supply and decentralization of power generation while relying on local CO2 neutral sources. Furthermore, with implementation of waste derived fuels within this concept, the principles of circular economy can be pursued, making the proposed approach to power generation a game-changer and a major enabler of transition to sustainable communities. Project results should therefore rank high on the priority list of all environmentally-conscious communities.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
