Tani, prosty w montażu, a do tego pochłaniający nie tylko pyły, ale i zanieczyszczenia gazowe – taki jest filtr kominowy opracowywany wspólnie przez naukowca z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego i specjalistów ze spółki KGHM Cuprum Centrum Badawczo-Rozwojowe. Ma to być urządzenie, które pomoże ograniczyć emisję spalin ze starych kotłów i domowych kominków.

Współpraca przy tym projekcie była możliwa dzięki programowi „Mozart” Wrocławskiego Centrum Akademickiego. Inicjatywa ta łączy wrocławskich naukowców z tutejszymi firmami, finansując ich wspólne przedsięwzięcia. Założenie jest takie, że przedsiębiorstwo zyskuje możliwość skorzystania z potencjału intelektualnego naukowca, a badacz może pracować w środowisku biznesowym i wykorzystać swoją wiedzę w praktyce.

Sposób na „kopciuchy”

W ramach „Mozarta” dr hab. inż. Krzysztof Czajka, prof. uczelni z Katedry Mechaniki, Maszyn, Urządzeń i Procesów Energetycznych podjął współpracę z Centrum Badawczo-Rozwojowym KGHM Cuprum. Razem z pracownikami tamtejszego Zakładu Technologii Energetycznych pracował nad antysmogowym filtrem kominowym.

- Według różnych szacunków we Wrocławiu mamy około 25 tys. kotłów grzewczych starej generacji, które popularnie nazywa się „kopciuchami”, bo emitują bardzo dużo zanieczyszczeń. Nasze miasto postawiło sobie za cel, że do 2024 r. zostaną one wymienione na rozwiązania bardziej korzystne dla środowiska. Tempo ich wymiany to jednak na razie około 2 tys. rocznie. Minie zatem co najmniej kilka lat, zanim uda nam się wyeliminować ten problem we Wrocławiu. Nasze rozwiązanie może być sposobem na tymczasowe ograniczenie emisji zanieczyszczeń z tych kotłów – opowiada prof. Czajka.

Naukowiec i specjaliści z KGHM Cuprum opracowali i zbudowali prototyp filtra, którego sercem jest złoże węglowe. To ono – według pierwszych pomiarów – ogranicza emisję pyłów o ok. 70 proc. oraz wychwytuje ze spalin około 60 proc. tlenków siarki i 15 proc. tlenków azotu. Od kilku lat pracuje nad nim dr inż. Anna Kisiela-Czajka (także z W9), modyfikując jego właściwości, tak by poprawiać jego skuteczność.

Prof. Czajka skupił się więc na samej budowie filtra. Urządzenie będzie montowane na szczycie komina. – Ze względów prawnych i bezpieczeństwa nie moglibyśmy umieścić go w jego wnętrzu, bo groziłoby to jego niedrożnością. Dlatego zaproponowaliśmy „bypass”, czyli rodzaj obejścia umieszczany na szczycie komina, na którym montowany będzie filtr – tłumaczy prof. Czajka. – Wewnątrz instalacji powstają duże opory przepływu, gdyby więc doszło do zablokowania porów złoża i nie byłoby ciągu kominowego, odpowiednia klapka w filtrze wypuści gromadzące się spaliny na zewnątrz. Dzięki temu nasz filtr jest bezpieczny.

By do takich sytuacji nie dochodziło, częścią filtra jest także wentylator (podobnie jak w takich instalacjach o większej skali montowanych w elektrociepłowniach). Naukowcy wykorzystali urządzenia dostępne na rynku, ale nad wentylatorem idealnie dostosowanym do wymagań tego filtra pracuje też w ramach swojej pracy inżynierskiej dyplomant prof. Czajki – Bartosz Krasek.

Testy w laboratorium

Badacz z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego przekonuje, że filtr mógłby być dobrym rozwiązaniem dla budynków komunalnych, w których mieszkania ogrzewane są jeszcze kotłami starej generacji, m.in. ze względu na stosunkowo niewysoki koszt takiego urządzenia. Konstruktorzy szacują bowiem, że będzie kosztował około tysiąca złotych. Dlatego może opłacać się jako sposób zmniejszenia emisji zanieczyszczeń przez kilka lat, zanim kocioł -„kopciuch” zostanie zastąpiony inną instalacją grzewczą.

- Podobne filtry są stosowane m.in. w Niemczech, Austrii czy Szwajcarii, ale są to rozwiązania bardzo drogie. Ich cena oscyluje w okolicach 1-2 tys. euro – dodaje prof. Czajka. – Alternatywą mogą być filtry elektrostatyczne, czyli takie, w których odpylanie zachodzi dzięki zastosowaniu elektrod zasilanych prądem o wysokim napięciu. Choć są bezpieczne, budzą one jednak często obawy mieszkańców, których niepokoi to, że wykorzystywane w takiej instalacji prądu może doprowadzić do pożaru. Poza tym filtry elektrostatyczne umożliwiają jedynie usuwanie pyłów, nie ograniczając emisji szkodliwych gazów. Dlatego myślimy, że nasze urządzenie może spotkać się z zainteresowaniem. Mogliby z niego korzystać także właściciele domów jednorodzinnych z kominkami.

Do końca tego roku prof. Czajka zamierza prowadzić pomiary wydajności filtra w Laboratorium Spalania i Wybuchowości na Politechnice Wrocławskiej korzystając z pomocy dr. hab. inż. Tomasza Hardego, prof. uczelni oraz dr. inż. Krzysztofa Mościckiego. Później instalacja trafi do budynku z kotłem centralnego ogrzewania i będzie tam testowana. – Chcemy wykonać te badania jeszcze w tym sezonie grzewczym, żeby dysponując ich wynikami, móc z całą pewnością powiedzieć, że nasze rozwiązanie jest skuteczne i warte wdrożenia – podkreśla naukowiec.

Kolejne projekty?

Dr inż. Magdalena Król, kierownik Zakładu Technologii Energetycznych w Centrum Badawczo-Rozwojowym KGHM Cuprum, podkreśla, że w planach są także dodatkowe badania, które pokażą, jak często konieczna będzie wymiana złoża w filtrze. – Na razie szacujemy, że co około miesiąc złoże, na którym osadzą się pyły i cząsteczki gazów, będzie trzeba zastąpić nowym, by instalacja była efektywna.

Wymiana złoża ma być łatwa jak wymiana worka w odkurzaczu i nie będzie wymagała specjalnego sprzętu. Prof. Czajka zaznacza, że filtr mógłby działać efektywnie w dłuższym okresie, ale wówczas konieczna byłaby zmiana jego konstrukcji i większy pobór energii elektrycznej –  a pracującemu nad nim zespołowi zależało na stworzeniu rozwiązania, które nie będzie generowało dużych kosztów.

Urządzenie zostanie wkrótce zgłoszone jako wynalazek do Urzędu Patentowego. Centrum Badawczo-Rozwojowe KGHM Cuprum chce też kontynuować pracę nad filtrem z prof. Czajką, m.in. szukając źródeł finansowania dla projektu w programach grantowych dla badaczy.

- Liczymy też na podjęcie współpracy w innych tematach z naukowcami z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego – dodaje dr Król. – Zorganizowaliśmy niedawno seminarium, w którym uczestniczyli nasi pracownicy i badacze z PWr. Wymienialiśmy się doświadczeniami i opowiadaliśmy o prowadzonych badaniach. Narodziło się już kilka pomysłów wspólnych inicjatyw i mamy nadzieję, że uda się je zrealizować.

Lucyna Róg