Energetyka wczoraj i dziś – rozmowa z Tomaszem Jarmickim z ORLEN SA

Czym zajmuje się Biuro Rozwoju i Wdrożeń Technologii Gazowych w ORLENIE?

Skupiamy się na naukowo-doświadczalnym rozwoju i poszukiwaniu odpowiedzi na wyzwania technologiczne, z którymi firma się mierzy w zakresie logistyki i operacji z udziałem gazu. Rozwój w tej dziedzinie czasami wymaga nowych rozwiązań, zastosowania innych niż na bieżąco wykorzystywane, a czasami przeprowadzenia testów i demonstracji, które pozwolą na potwierdzenie przydatności technicznej technologii rozważanych pod kątem wdrożenia. Oczywiście ściśle współpracujemy z jednostkami operacyjnymi, których dotyczyć ma rozwiązanie. Pracownicy Biura, bazując na własnej wiedzy i doświadczeniu oraz kontaktach i relacjach z partnerami naukowymi oraz firmami, starają się zdefiniować projekty najlepiej odpowiadające na potrzeby firmy. Zawsze głównym wskaźnikiem przydatności jest cel biznesowy, jaki dany projekt powinien osiągnąć. W ocenie projektu ważny jest przewidywany czas na osiągnięcie poziomu komercjalizacji – zbyt długi horyzont czasowy może ograniczać zasadność zaangażowania. Interesują nas projekty o dojrzałości technologicznej w przedziale 5–9 TRL. Rozwiązania na poziomie 4 TRL i niższym charakteryzują się podwyższonym poziomem ryzyka naukowego i technologicznego, co może ograniczać prawdopodobieństwo wypracowania wartościowego biznesowo rozwiązania w akceptowalnym horyzoncie czasowym.

Czy przedmiotem waszych testów i badań jest tylko gaz jako taki?

To nie tyle gaz, ile technologie gazowe leżą w naszych kompetencjach. Koncentrujemy się na technologiach związanych z gazami, z czego główne to zero- lub niskoemisyjny wodór i biogaz oraz ich pochodne, np. metanol lub biometan, a także dwutlenek węgla oraz tzw. gazy rozrzedzone.

Wodór oraz biogaz i ich pochodne są nośnikami energii, nowymi paliwami wpisującymi się w transformację energetyczną i redukcję emisji, które obecnie uzupełniają, a w przyszłości zastąpią gaz ziemny. W związku z tym te gazy – ogólnie nazywane zdekarbonizowanymi – są naturalnym obszarem zainteresowania ORLEN, a ich wytwarzanie, dostarczanie i użycie tworzy zakres zadań Biura jako komórki B+R+I (Badania+Rozwój+Innowacje). Zbudowanie łańcucha produkcji gazów zdekarbonizowanych może wydawać się stosunkowo proste, przykładowo przy produkcji wodoru z wody z wykorzystaniem elektrolizy zasilanej energią z OZE czy w odniesieniu do powszechnie stosowanej produkcji gazu w biogazowniach. Podejście to jest zasadne w przypadku niewielkich instalacji. Natomiast w skali ORLEN, przy zróżnicowanych modelach zastosowań, oczekiwanym poziomie wydajności i sprawności instalacji, dostosowanie rozwiązań technologicznych oraz weryfikacja ich skalowalności wymagają istotnego zaangażowania na etapie badań i rozwoju.

Z kolei zagospodarowanie dwutlenku węgla wychwyconego z emisji przemysłowej stanowi bardzo duże wyzwanie. Prace badawczo-rozwojowe i projekty innowacyjne mają dostarczyć wartościowe rozwiązania dla całego procesu, począwszy od wychwytu CO₂, jego logistyki oraz składowania w strukturach podziemnych (CCS) i ponownego wykorzystania jako źródło węgla (CCU).

Prawdopodobnie najbardziej enigmatycznym zakresem są tzw. gazy rozrzedzone. Nie jest to określenie związane z konkretnym gazem, a raczej ze zjawiskiem występowania małej ilości danego rodzaju gazu w strumieniu innych gazów. Dobrym przykładem takiej sytuacji jest, wspomniany wcześniej, dwutlenek węgla w powietrzu atmosferycznym. Jest go około 400 ppm, czyli 0,04%. Dotychczas gazy rozrzedzone były separowane czy też pozyskiwane tylko w sytuacji, kiedy ich wartość rynkowa była bardzo wysoka, jak np. odzysk helu. Natomiast wraz z postępującymi wymaganiami polityki klimatycznej oraz generalną tendencją wprowadzania rozwiązań gospodarki cyrkularnej oczekiwana jest maksymalizacja wykorzystania wszelkiego rodzaju substancji, które stały się przedmiotem procesu technologicznego. W tym wypadku badania, rozwój i innowacje są potrzebne, aby dostarczyć technologii i rozwiązań efektywnych dla właśnie takich małych ilości gazu lub substancji w większym strumieniu. Wyzwanie to widać chociażby w przypadku produkcji energii, gdzie sumarycznie wolumen CO₂ jest wart wychwytu, jednak zawartość w strumieniu emitowanego gazu jest niewielka. Z kolei technologie efektywne, przy kilkunastoprocentowej zawartości CO₂, nie są optymalne dla zdecydowanie większego udziału CO₂ wydzielanego w produkcji biogazu.

Jakimi innowacyjnymi rozwiązaniami zajmujcie się obecnie? Które z nich są najbliżej komercjalizacji?

Zacznę od rozwiązania, które osiągnęło gotowość komercjalizacyjną. Jest to rozwiązanie typu multifuel, flexifuel, czyli pozwalające na spalanie przez silnik gazowy różnych gazów energetycznych (nośników energii). W przypadku tej innowacji, opracowanej w wyniku naszego projektu badawczo-rozwojowego, dotyczy to spalania gazu ziemnego i wodoru w dowolnych proporcjach, tzn. od 0 do 100% dla każdego z gazów – stąd określenie wielopaliwowy (multifuel).

Drugą, unikalną i bardzo wartościową cechą tego rozwiązania jest jego dostosowywanie się do pracy w sytuacji zmieniającej się proporcji gazów – stąd elastyczność (flexifuel). Wartość elastycznej wielopaliwowości jest szczególnie wartościowa w sytuacji, kiedy ilość wodoru mogącego pojawić się w mieszance z gazem ziemnym, nie jest stała. W transformacji energetycznej dążymy do maksymalizacji udziału gazów zdekarbonizowanych (m.in. zielony wodór), ale jeszcze przez długi czas tzw. okresu przejściowego jego ilość będzie zmienna, a na pewno zbyt mała, aby całkowicie zastąpić gaz ziemny. W takiej sytuacji dla właściciela silnika ważne jest, aby urządzenie samo reagowało na zmiany składu zasilającego go gazu. Pozwala to na automatyczne zachowanie ciągłości i paramentów pracy silnika. Rozwiązanie to posiada istotną przewagę względem alternatywnych koncepcji wielopaliwowych, które co prawda również oferują elastyczność paliwową, jednak wymagają każdorazowego ręcznego zatrzymania instalacji, jej ponownej regulacji oraz uruchomienia.

Drugim przykładem przedsięwzięcia B+R+I, tym razem na znacznie niższym poziomie zaawansowania, jest opracowanie technologii syntetycznego metanolu z wodoru i CO₂ w małej skali, czyli kilka do kilkunastu ton dziennie. Zwykle przy produkcji metanolu z gazu ziemnego osiąga się skalę 2 do 5 tys. ton na dobę. Technologia, nad którą pracujemy, ma być przydatna w zagospodarowywaniu „zielonego CO₂”, emitowanego obecnie przy produkcji biometanu, gdyż w lokalizacjach takich jak biogazownie nie będzie on dostępny w skali przemysłowej. Stąd potrzeba opracowania technologii, efektywnej w małej skali. Obecnie prace doprowadzone zostały do TRL 5, czyli układu w skali laboratoryjnej. Z doświadczeniami i wiedzą z tego etapu planujemy już kolejną fazę, która zakończy się instalacją demonstracyjną o wydajności 200 do 300 kg/dzień.

Podsumowując, projekty realizowane przez Biuro Rozwoju i Wdrożeń Technologii Gazowych w ORLENIE znajdują się na różnych poziomach gotowości technologicznej, przy czym w każdym przypadku określone zostało ich docelowe miejsce, wartość oraz znaczenie, jakie rezultaty prac B+R+I mają przynieść w przyszłej działalności operacyjnej.

Do czego dążycie? Jaki jest cel długoterminowy stawiany przed Biurem?

Naszym podstawowym, długofalowym celem jest dostarczanie coraz lepszych rozwiązań bazujących na technologii. W warunkach transformacji gospodarczej i energetycznej oznacza to w szczególności dostosowanie rozwiązań technicznych i technologicznych do dominujących trendów, takich jak stopniowe przechodzenie od paliw kopalnych do odnawialnych i niskoemisyjnych źródeł energii. Działalność badawczo-rozwojowa i innowacyjna ma wspierać procesy przemiany, dostarczając rozwiązania oparte na wiedzy naukowej i sprawdzonych koncepcjach, zweryfikowane pod kątem technicznym i ekonomicznym oraz rozwinięte do skali odpowiadającej potrzebom działalności operacyjnej.

UE wdraża i ma plany wdrażania przepisów, których celem jest zmniejszenie zużycia gazu. Jak wpływa to na priorytety Pana zespołu?

Co do celów polityki klimatycznej, są one oczywiste. Innym aspektem natomiast jest ścieżka ich osiągnięcia. Prognozy dla polskiego rynku pokazują konsekwentny wzrost generacji z odnawialnych źródeł energii, ale jednocześnie szacują do około 2030 r. wyraźny wzrost zapotrzebowania na gaz ziemny jako przejściowego – ale kluczowego w transformacji – nośnika energii. W dzisiejszych okolicznościach geopolitycznych te prognozy mogą się jeszcze zmieniać.

Z punktu widzenia działań obszaru badań i rozwoju oznacza to, że nowe technologie, które w przyszłości zastąpią gaz ziemny, muszą być zaprojektowane na sumarycznie większą skalę, ponieważ im większe zużycie gazu w 2030 r., tym więcej gazów zdekarbonizowanych „zastępczych” w dalszej przyszłości trzeba będzie wyprodukować, by zbilansować popyt. W tym kontekście rośnie priorytet wszystkich technologii związanych z produkcją i wykorzystaniem biomasy jako źródła biogazu i gazu syntezowego (jako surowców do dalszych syntez) oraz biometanu i bio-LNG (jako produktów docelowych), które mogą dostarczyć na rynek znaczną ilość energii. W tym zakresie jest kilka charakterystycznych elementów łańcucha wartości, które stają się priorytetem dla prac badawczo-rozwojowych, m.in. maksymalna elastyczność w zakresie możliwości użycia różnego rodzaju biomasy (zarówno w technologiach fermentacyjnych, jak i zgazowania czy pirolizy), obniżenia kosztów oczyszczenia biogazu do biometanu, czy też zagospodarowania odpadów z produkcji.

Rozwiązanie kluczowych i złożonych wyzwań związanych z transformacją wymaga działań realizowanych w określonym horyzoncie czasowym. W tym kontekście gaz ziemny pełni rolę paliwa przejściowego, zapewniając bezpieczeństwo energetyczne do momentu osiągnięcia gotowości do jego stopniowego zastępowania innymi rozwiązaniami. Traktując ten okres jako etap przejściowy, możliwe jest odpowiednie zaplanowanie, rozwinięcie oraz zweryfikowanie technologii, a następnie ich sukcesywne wdrażanie.