Hidrológiai Közlöny, 2021 (101. évfolyam)
2021 / 3. szám
68 Hidrológiai Közlöny 2021. 101. évf. 3. szám jó a hatékonysága, hiszen 1 kg hidrogénből háromszor annyi energia nyerhető, mint 1 kg benzinből. A hidrogén előállítás másik módja a magas szervesanyag tartalmú anyagok (pl. szennyvíziszap) szuperkritikus vizes elgázosítása (SCWG), amely összekapcsolható biogáz-, és P2G technológiákkal, így nyújtva megoldást a szennyvíziszapok teljeskörű energetikai hasznosítására. Mivel a rothasztott iszap SCWG feldolgozása során annak szervesanyag tartalma hasznosított gázokká alakul, jelentősen lecsökken az SCWG technológiából kikerülő zagy mennyisége. Ebből a zagyból könnyen kivonhatok a foszfor vegyületek, amelyek talajjavító termékké dolgozhatók fel. így a rothasztott iszap eredendően magas szállítási igénye a töredékére csökken, ezzel is csökkentve a szállítással kapcsolatos költségeket és a szén-dioxid kibocsátást. A technológia végterméke kondenzvíz tisztaságú víz, melynek széleskörű felhasználhatósága tovább emeli az SCWG technológia értékét. A SZUPERKRITIKUS VIZES ELGÁZOSÍTÁS (SCWG) TECHNOUÓGIÁJA A szennyvíziszapok, beleértve a rothasztott iszapokat is, nagy nedvességtartalmú biomasszák, melyek energetikai hasznosítása a hagyományos égetéses eljárással nem célszerű. Mivel ezen iszapok nedvességtartalma 80% körül van, az égetés hatásfoka nagyon alacsony, az égetéshez szükséges szárítás által igényelt hőenergia és/vagy a támasztótüzelés energiaszükséglete miatt, az égetés energiabalansza alig pozitív. Az égetéssel történő energetikai hasznosítás egyéb, környezetvédelmi szempontból sem kívánatos, elsősorban a füstgázban található káros anyagok emissziója miatt. A nagy nedvességtartalmú biomasszák energetikai feldolgozása szuperkritikus vizes elgázosítással (SCWG) célszerű a magas energetikai hatásfok-, és a keletkezett hidrogén miatt, amely akár a szennyvíztelepen is felhasználható a biometanizációban, gazdaságossági és környezetvédelmi előnnyel is jár! Mi az a szuperkritikus víz? Az anyagok kritikus pontját 1822-ben fedezte fel Charles Cogniard de la Tour francia fizikus. A víz kritikus paraméterei: T=374°C, p=221 bar. Amint az 1. ábra mutatja, hogy a víz 221 bar nyomás felett már nem megy keresztül fázisváltáson, vagyis bármennyire is emeljük a hőmérsékletét, nem válik gőzzé. A víz sűrűsége viszont, átlépve a kritikus pontot, egyre csökken és a víz viselkedése gőzszerűvé válik, annak minden jellemző tulajdonságával (Pioro és Mokry 2011). Átlépve a kritikus pontot, a víz kiváló oldószerré válik a szerves anyagok számára és már nem oldja a szervetlen anyagokat. A kritikus paramétereken túli tulajdonságai a vizet kiválóan alkalmassá teszik „zöld” vegyipari technológiák megvalósítására. A szuperkritikus víz környezetipari és egyéb technológiai alkalmazását, nagy teljesítményű, folyamatos üzemű csőreaktorok megvalósítását, sokáig gátolta a magas hőmérsékletet és nagy nyomást egyidejűleg jól viselő szerkezeti anyagok hiánya (Pinkard és társai 2016). A szuperkritikus víz (SCW) tulajdonságai szerint gőzszerű víz vagy vízszerű gőz. A víz fizikai és kémiai tulajdonságai a kritikus pontot átlépve gyors változáson mennek keresztül. Többek között jelentősen megváltozik a víz sűrűsége, viszkozitása, dielektromos állandója, entalpiája és hőátadási tényezője is (2. ábra). 35.0 32.5 összenyomott Szuperkritikus folyadék folyadék | / i 30.0 . / 27.5 Nagy sűrűség / J? Alacsonyon sűrűség (folyadékszerű) / é 25.0 j 22.5 P =22.064 MPn J| 20.0 t Kritikus pont 17.5 /\ 15.0 Folyadék Túlhevitett gőz 12.5 / 10.0 7.5 / os' | $ 5.0 ________. / __________i V-' 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 . Hőmérséklet 1. ábra. A víz fázisdiagramja (Forrás: Pioro és Mokry 2011) Figure 1. Pressure-Temperature diagram for water (Source: Pioro and Mokry 2011) Hőmérséklet "C 4000 3500 tc 3000 ■“ 2500 f 5 3 2000 « 1500 1000 2. ábra. A víz fizikai tulajdonságai 25 MPa nyomáson (Megjegyzés: A víz termofizikai tulajdonságainak változása pszeudokritikus pont közelében: A pszeudokritikus régió 25 MPa -on, mintegy 50°C-os sáv) (Forrás: Pioro és Mokry 2011) Figure 2. Variations of selected thermophysical properties of water near pseudocritical point (Note: Pseudocritical region at 25 MPa is about ~50°C) (Source: Pioro and Mokry 2011) A létező szuperkritikus vizes technológiák és hasznosítási területük Alapvetően kétfajta SCW technológiát különböztetünk meg: Szuperkritikus vizes oxidáció (SCWO) Ez egy exoterm folyamat, melynek során hőenergia keletkezik (hiszen ez gyakorlatilag égés). Az ilyen technológiák csőreaktora általában cső a csőben reaktor, ahol a belső csőben folyik az oxidáció és a keletkező hőenergiát a külső csőben lévő tápvíz vízgőzzé alakulásával vezeti el, amit pl. gőzturbina hasznosíthat. Ez a technológia is alkalmas lehet a szennyvíziszapok energiahatékony feldolgozására olyan helyen, ahol még nem működik biogáz üzem és nem kell hidrogént előállítani a biogáz mintegy 40%-át kitevő széndioxid biometánná való alakításához. A SCWO technológiával feldolgozhatok a friss és a vegyes iszapok is.
