Исследования показывают, что тепловые насосы могут уменьшить углеродный след биогаза на 36%.
Новое исследование предполагает, что альтернативный источник тепла может значительно уменьшить углеродный след процесса, который превращает пищевые отходы в энергию.
Группа ученых из Университета Глазго продемонстрировала, что использование тепловых насосов с воздушным источником для поддержки анаэробного сбраживания может сократить выбросы углерода при производстве биогаза более чем на треть.
Их результаты могут помочь поддержать текущие усилия по обезуглероживанию национальных электросетей и позволить удаленным сообществам производить собственную низкоуглеродную электроэнергию на местном уровне.
Анаэробное сбраживание использует микроорганизмы в бескислородных условиях для разрушения биоразлагаемых материалов, таких как пищевые отходы и осадок сточных вод, с выделением биогаза — смеси метана и углекислого газа , которую можно сжигать для вращения турбин, вырабатывающих низкоуглеродное электричество.
Машины, называемые биореакторами, используются для поддержания оптимальной температуры во время анаэробного сбраживания, чтобы максимизировать количество генерируемого биогаза.
Исследователи решили выяснить, как углеродный след биореакторов, обогреваемых воздушными тепловыми насосами, которые извлекают окружающее тепло из воздуха в низкоуглеродном процессе, будет сравниваться в течение срока их службы с обычными системами отопления, в которых используются бойлеры на природном газе.
В новой статье, опубликованной в журнале Bioresource Technology , исследователи описывают, как они создали компьютерную модель термодинамики тепловых насосов. Они объединили модель с моделированием анаэробного пищеварения на основе машинного обучения и обучили новую систему на основе базы данных существующих исследований.
Затем они протестировали свою новую модель, предоставив ей ранее невиданные данные реального мира, чтобы убедиться, что она дает точные результаты.
Подтвердив свою модель, исследователи приступили к изучению того, как углеродный след системы на основе теплового насоса будет сравниваться с углеродным следом системы на основе природного газа в течение ожидаемого срока службы, используя стандартизированный подход, называемый оценкой жизненного цикла.
Они обнаружили, что система теплового насоса будет выделять значительно меньше углерода, чем базовая система природного газа, когда она используется для переработки пищевых отходов и осадка сточных вод .
Смоделированное снижение содержания углерода составило до 28,1% в процессе анаэробного сбраживания при температуре 55°C. При более низкой температуре 37,5°C углеродный след процесса был снижен еще больше до максимума 36,1%.
Доктор Симинг Ю из Инженерной школы имени Джеймса Ватта Университета Глазго является соавтором статьи. Он сказал: «Люди неизбежно производят биоразлагаемые отходы в масштабах от очень маленьких, таких как соскобы с обеденной тарелки, до очень больших, таких как городские очистные сооружения.
«Все эти отходы выделяют газ при разложении, некоторые из которых могут быть вредны для окружающей среды. Используя этот газ в качестве источника для производства электроэнергии вместо того, чтобы позволять ему разлагаться естественным образом, мы можем сделать шаг к безотходной экономике замкнутого цикла . которые нам срочно необходимо построить, чтобы уменьшить воздействие изменения климата.
«Эта модель является первой технической и экологической оценкой того, насколько полезными могут быть воздушные тепловые насосы для обезуглероживания процесса производства биогаза. Результаты показывают, что тепловые насосы играют важную роль в поддержке анаэробного сбраживания с низким содержанием углерода.
«Это могло бы помочь в будущем планировании объектов по обращению с муниципальными отходами, чтобы помочь уменьшить их углеродный след. Это также могло бы послужить основой для разработки будущих биореакторов, которые можно было бы использовать в отдаленных районах, чтобы помочь людям превращать свои отходы в биогаз.
«Такого рода децентрализованная переработка отходов может во многом помочь людям производить собственный локальный источник электроэнергии. Исследование также является частью более масштабных усилий по обезуглероживанию воды и очистке сточных вод в сельских общинах».
