Naukowcy z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego pracują nad technologią pozyskiwania z biomasy i odpadów gazu bogatego w wodór. Ma on znaleźć zastosowanie w bardziej zrównoważonej produkcji stali.

Projekt „Efficient Integration and Utilization of Biogenic H₂-rich Syngas for Sustainable Steel Production”, w skrócie BioH2Steel, ma połączyć technologie przetwarzania biomasy i odpadów z procesami wykorzystywanymi w hutnictwie.

Zaangażowani w projekt badacze chcą opracować metodę wytwarzania gazu syntezowego bogatego w wodór z różnego rodzaju bioodpadów, m.in. materiałów lignocelulozowych i osadów ściekowych. Gaz ma następnie zostać oczyszczony i wykorzystany w produkcji stali.

W projekcie uczestniczy 13 partnerów z Polski, Niemiec, Austrii, Szwecji i Danii. Są wśród nich uczelnie, instytuty badawcze i firmy, w tym jednostki badawczo-rozwojowe związane z przemysłem stalowym.

Koordynatorem jest Uniwersytet w Stuttgarcie, a Politechnika Wrocławska jest liderem polskiej części projektu.

Zespół prof. Haliny Pawlak-Kruczek (Wydział Mechaniczno-Energetyczny) współpracuje z Wojskowym Instytutem Techniki Inżynieryjnej im. prof. Józefa Kosackiego oraz firmą Metalerg Serwis z Oławy.

– Naszym głównym celem jest opracowanie i zbadanie procesów generacji gazu syntezowego bogatego w wodór poprzez zgazowanie różnego rodzaju bioodpadów, wspomagane sorpcją CO₂ w pętli wapniowej, do zastosowania w zrównoważonej produkcji stali – mówi prof. Halina Pawlak-Kruczek.

Budżet całego projektu wynosi ponad 4,38 mln euro, a na realizację zadań polskich partnerów przeznaczono ponad 2,23 mln zł. Projekt potrwa do listopada 2028 r.

Jak powstanie gaz dla hutnictwa

Jednym z kluczowych elementów jest technologia SEG, czyli zgazowanie wspomagane sorpcją CO₂. Biomasa i odpady są w tym procesie przekształcane w gaz syntezowy, a część powstającego dwutlenku węgla jest wychwytywana w pętli wapniowej. Pozwala to uzyskać gaz o wysokiej zawartości wodoru.

Przed zgazowaniem odpady trzeba odpowiednio przygotować. Jedną z badanych metod będzie toryfikacja, czyli obróbka termiczna, która poprawia i ujednolica właściwości surowca przeznaczonego do dalszego przetwarzania.

Powstający gaz syntezowy będzie następnie oczyszczany, m.in. z wykorzystaniem procesów plazmowych. Docelowo ma znaleźć zastosowanie w technologii DRI, czyli bezpośredniej redukcji rudy żelaza.

W tradycyjnych procesach hutniczych do redukcji rudy wykorzystuje się przede wszystkim paliwa kopalne. W technologii DRI można zastosować gaz redukujący o wysokiej zawartości wodoru. BioH2Steel ma sprawdzić, w jakim stopniu do jego produkcji można wykorzystać surowce biogeniczne i odpady.

Na grafice wodór ze zwaloryzowanych odpadów do produkcji stali

Zadanie PWr: rozwinąć technologie dla całego procesu

Naukowcy z PWr będą się koncentrować przede wszystkim na opracowaniu i optymalizacji procesów toryfikacji wybranych rodzajów biomasy i odpadów. Politechniczny zespół ma już doświadczenie w technologiach termicznego przetwarzania biomasy, zgazowania plazmowego i witryfikacji. Efektem wcześniejszych prac są m.in. dwa patenty dotyczące toryfikacji biomasy i przetwarzania plazmowego.

– Będziemy odpowiedzialni za opracowanie technologii waloryzacji, czyli toryfikacji bioodpadów oraz witryfikacji nieorganicznych pozostałości z układu SEG. Będziemy również zajmować się doczyszczaniem gazu syntezowego metodami plazmowymi oraz oceną możliwości odzysku z popiołów substancji odżywczych dla gleby – wyjaśnia prof. Halina Pawlak-Kruczek z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego.

Witryfikacja polega na przekształceniu nieorganicznych pozostałości w wysokiej temperaturze w trwały, zeszklony materiał. Dzięki temu końcowym produktem procesu nie musi być kolejny odpad. W projekcie badane będą możliwości dalszego wykorzystania tak powstałego materiału.

Nasi naukowcy zajmą się także odzyskiem składników odżywczych z popiołów, przed procesem witryfikacji lub w jego trakcie.

Od bioodpadu do stali

Projekt BioH2Steel obejmuje cały proces, od przygotowania biomasy i odpadów, przez zgazowanie i oczyszczanie gazu syntezowego, po jego wykorzystanie w produkcji stali.

Badacze będą również analizować integrację energetyczną poszczególnych etapów oraz możliwości wykorzystania produktów ubocznych powstających w trakcie procesu.

Spotkanie inaugurujące współpracę konsorcjum odbyło się we wrześniu w Stuttgarcie. Partnerzy przedstawili tam zakres swoich prac i odwiedzili laboratoria, w których będą prowadzone badania.

BioH2Steel jest finansowany w ramach Clean Energy Transition Partnership (CETPartnership), Partnerstwa na rzecz Transformacji w Czystą Energię, w konkursie Joint Call 2024.

W skład polskiego zespołu wchodzą: prof. Halina Pawlak-Kruczek, dr inż. Michał Ostrycharczyk (oboje Wydział Mechaniczno-Energetyczny), dr inż. Tadeusz Mączka (WITI)  oraz Grzegorz Kordek i Grzegorz Skrzypczak (Metalerg Serwis), 

Więcej informacji na bioh2steel.pwr.edu.pl oraz bioh2steel.eu.