Koncepcja zintegrowanego systemu fermentacji beztlenowej i kompostowania z wykorzystaniem odpadowego tlenu pochodzącego z procesu elektrolizy

• Autorzy: Jurczyk Michał , Ochmann Jakub , Gholizadeh Towhid , Skorek-Osikowska Anna

Warianty tytułu

EN

Concept of integrated anaerobic digestation and composting system using waste oxygen from water electrolysis process

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono koncepcję systemu fermentacji beztlenowej i kompostowania wraz z wykorzystaniem odpadowego tlenu, pochodzącego z procesu elektrolizy wody. Elektrolizer, oprócz wodoru, generuje także duże ilości tlenu, który można sprzedać jako dodatkowy produkt z instalacji lub wykorzystać w innym procesie przemysłowym. Wykorzystanie tlenu z procesu rozpadu wody zachodzącego w obrębie generatorów wodoru pozwala pominąć konieczność zabudowy kosztownej jednostki separacji powietrza ASU (ang. Air separation unit) w analizowanym systemie. Tlen potrzebny w procesach zgazowania lub w procesie spalania tlenowego może pochodzić z procesu elektrolizy. W rozważanym systemie do pozyskiwania paliw zaproponowano wykorzystanie elektrolizerów wysokotemperaturowych typu SOE (ang. Solid Oxide Electrolyzers). Głównym celem badań laboratoryjnych jest określenie wpływu utleniacza (tlenu) na skład oraz parametry otrzymanego w procesie kompostowania gazu.

EN

The article presents the concept of an anaerobic digestion and composting system with the use of waste oxygen from the water electrolysis process. Apart from hydrogen, the electrolyser generates large amounts of oxygen, which can be sold as an additional product from the installation or used. The use of oxygen fiom the water decomposition process taking place within the hydrogen generators makes it possible to omit the need to use a costly air separation unit (ASU) in the analyzed system. The oxygen needed in the gasification or oxycombustion processes can come from the electrolysis process. In the considered system for obtaining fuels, the use of high- temperature electrolysers of the SOE type (Solid Oxide Electrolyzers) was proposed. The main purpose of laboratory tests is to determine the influence of the oxidant (oxygen) on the composition and parameters of the gas obtained in the composting process.

Słowa kluczowe

PL

biogaz; fermentacja beztlenowa; stanowisko laboratoryjne; elektroliza

EN

biogas; anaerobic digestion; laboratory stand; electrolysis

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2023
• Tom: Nr 5
• Strony: 59--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jurczyk Michał

• Politechnika Śląska w Gliwicach

• https://orcid.org/0000-0001-9418-205X

autor

Ochmann Jakub

• Politechnika Śląska w Gliwicach

autor

Gholizadeh Towhid

• Politechnika Śląska w Gliwicach

autor

Skorek-Osikowska Anna

• Politechnika Śląska w Gliwicach

• https://orcid.org/0000-0003-1689-7599

Bibliografia

• [1] Abatzoglou N., Boivin S.: A review of biogas purification processes. Biofuels, Bioprod Biorefining 3, 2009,str. 42-71.
• [2] Angelidaki I., Treu L., Tsapekos P., Luo G., Campanaro S., Wenzel H., Kougias P. G.: Biogas upgrading and utilization: Current status and perspectives. Biotechnology Advances 36, 2018, str. 452-466. https://doi.org/10.1016/j.bi0teehadv.2018.01.011.
• [3] Azevedo A., Lapa N., Moldao M., Duarte E.: Opportunities and challenges in the anaerobic co-digestion of municipal sewage sludge and fruit and vegetable wastes: A review. Energy Nexus 10, 2023, 100202. https://doi.org/10.1016/j.nexus.2023. 100202.
• [4] Bartela Ł., Ochmann J., Waniczek S., Lutyński M., Smolnik G., Rulik S.: Evaluation of the energy potential of an adiabatic compressed air energy storage system based on a novel thermal energy storage system in a post mining shaft. Journal of Energy Storage 54, 2022, 105282. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.105282.
• [5] Cinti G., Baldinelli A., Di Michele A., Desideri U.: Integration of Solid Oxide Electrolyzer and Fischer- Tropsch: A sustainable pathway for synthetic fuel. Applied Energy 162, 2016, str. 308-320. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.10.053.
• [6] Czekała W., Nowak M., Piechota G.: Sustainable management and recycling of anaerobic digestate solid fraction by composting: A review. Bioresource Technology 375, 2023, 128813. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.128813.
• [7] Jurczyk M., Wecel D., Katla D., Skorek-Osikowska A.: Ewolucja stanowiska reaktora metanizacji' podczas procesu prowadzenia badań laboratoryjnych. Rynek Energii nr 4 (161), 2022, str. 16-19.
• [8] Katla D., Jurczyk M., Skorek Osikowska A., Uchman W.: Analysis of the integrated system of electrolysis and methanation units for the production of synthetic natural gas (SNG). Energy 237, 2021, 121479. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121479.
• [9] Katla D., Wecel D., Jurczyk M., Skorek Osikowska A.: Preliminary experimental study of a methanationreactor for conversion of H2 and C02 into synthetic natural gas (SNG). Energy 263, 2023, 125881.https://doi.org/10.10l 6/j .energy.2022.125881.
• [10] Khantong K., Kadam R., Kim T., Park J.: Synergetic effects of anaerobic co-digestion of food waste and algae on biogas production. Bioresource Technology 382, 2023, 129208. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129208.
• [11] Khawer M. U. B., Naqvi S. R., Ali I., Arshad M., Juchelkova D., Anjum M. W., Naqvi M.: Anaerobic digestion of sewage sludge for biogas & biohydro gen production: State-of-the—art trends and prospects. Fuel 329, 2022, 125416. https://doi.org/10.1016/j.fue1.2022.125416.
• [12] Kotowicz J., Wecel D., Jurczyk M.,: Analysis of component operation in power-to-gas-to—power installations. Applied Energy 216, 2018, str. 45-59. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.02.050.
• [13] Kupecki J., Motyliński K., Jagielski S., Wierzbicki M., Brouwer J., Naumovich Y., Skrzypkiewicz M.: En-ergy analysis of a 10 kW-class power-to-gas system based on a solid oxide electrolyzer (SOB). Energy Conversion and Management 199, 2019, 111934. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.111934.
• [14] Manthos G., Dareioti M., Zagklis D., Kornaros M.: Using biochemical methane potential results for the economic optimization of continuous anaerobic digestion systems: the effect of substrates’ synergy. Renewable Energy 211, 2023, str. 296-306. https://doi.org/10.lOl6/j.renene.2023.04.125.
• [15] Milewski J., Kupecki J., Szcześniak A., Uzunow N.: Hydrogen production in solid oxide electrolyzers coupled with nuclear reactors. International Journal of Hydrogen Energy 46, 2021, str. 35765-35776. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.11.217.
• [16] Milewski J., Zdeb J., Szcześniak A., Martsinchyk A., Kupecki J., Dybiński O.: Concept of a solid oxide electrolysis-molten carbonate fuel cell hybrid system to support a power-to-gas installation. Energy Conversion and Management 276, 2023, 116582. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.116582.
• [17] Motyliński K, Wierzbicki M., Kupecki J., Jagielski S.: Investigation of off-design characteristics of solid oxide electrolyser (SOE) operating in endothermic conditions. Renewable Energy 170, 2021, str. 277-285. https://doi.org/10.1016/j.renene.202101.097.
• [18] Ochmann J., Jurczyk M., Ghiasirad H., Bartela Ł., Skorek-Osikowska A.: Ocena zasadności podjęcia badań nad procesem pozyskiwania paliw przy wykorzystaniu instalacji zgazowania biomasy oraz elektrolizerów wysokotemperaturowych. Rynek Energii nr 4 (161), 2022, str. 20-24.
• [19] Ostadi M., Hillestad M.: Enriched air or pure oxygen as oxidant for Gas-to-Liquid process with microchannel reactors. Chemical Engineering & Technology 40, 2017, str. 1946-1951. DOI: 10.1002/ceat.201700269.
• [20] Paranjpe A., Saxena S., Jain P.: A Review on Performance Improvement of Anaerobic Digestion Using Co- Digestion of Food Waste and Sewage Sludge. Journal of Environmental Management 338, 2023, 117733. https://doi.org/ 10. 1016/j.jenvman.2023. 1 17733.
• [21] Scarlat N., Dallemand J-F., F ah1 F.: Biogas: Developments and perspectives in Europe . Renewable Energy 129, 2018, str. 457-472. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.03.006.
• [22] Xie S., Tran H—T., Pu M., Zhang T.: Transformation characteristics of organic matter and phosphorus in composting processes of agricultural organic waste: Research trends. Materials Science for Energy Technologies 6, 2023, str. 331-342. https://doi.org/10.1016/j.mset.2023.02.006.
• [23] Zheng Y., Wang J., Yu B., Zhang W., Chen J., Qiao J., Zhang J.: A review of high temperature co-electrolysis of H20 and CO; to produce sustainable fuels using solid oxide electrolysis cells (SOECs): advanced materials and technology. Chemical Society Reviews 46, 2017. DOI: 10. 103 9/C6CS00403B.