TENNEESSEE

Projekt TENNESSEE stanowi naturalną i logiczną kontynuację inicjatywy CO₂ SNG, rozwijając jej założenia w kierunku zwiększenia sprawności, integracji technologicznej oraz przygotowania rozwiązań do zastosowań przemysłowych. O ile wcześniejszy projekt koncentrował się na demonstracji samej idei konwersji CO₂ do syntetycznego gazu ziemnego, TENNESSEE skupia się na usprawnieniu kluczowych ogniw łańcucha wartości Power to Gas, tj. produkcji wodoru oraz wychwytu dwutlenku węgla. Projekt „Opracowanie przemysłowej konstrukcji węglanowych ogniw paliwowych oraz ceramicznych elektrolizerów dających możliwość integracji z instalacjami energetycznymi power to gas” stanowi zatem kolejny krok w kierunku budowy wysokosprawnych, zintegrowanych systemów umożliwiających wielkoskalowe magazynowanie energii oraz zamykanie obiegu węgla w energetyce.

Głównym celem projektu TENNESSEE było znaczące ulepszenie technologii wytwarzania wodoru poprzez zastosowanie wysokotemperaturowych ceramicznych elektrolizerów typu SOE (Solid Oxide Electrolysis), a także rozwój technologii Power to Gas poprzez wdrożenie węglanowych ogniw paliwowych MCFC (Molten Carbonate Fuel Cells) do wychwytu CO₂ bezpośrednio ze spalin. Zastosowanie elektrolizerów SOE pozwala na osiągnięcie wyższej sprawności procesu elektrolizy dzięki wykorzystaniu energii cieplnej dostępnej w systemie energetycznym, co redukuje zapotrzebowanie na energię elektryczną w przeliczeniu na jednostkę produkowanego wodoru. Jednocześnie ogniwa MCFC umożliwiają efektywną separację CO₂ w sposób zintegrowany z procesami elektrochemicznymi, co ogranicza energochłonność typową dla klasycznych technologii absorpcyjnych. Kluczową przewagą całej koncepcji jest możliwość pracy obu technologii w zbliżonym zakresie temperatur oraz w środowisku prądu stałego, co tworzy warunki do ich synergicznej integracji cieplnej i elektrycznej, a tym samym do dalszej optymalizacji całego układu.

Projekt odpowiada na fundamentalne wyzwanie systemu elektroenergetycznego, jakim jest brak efektywnych metod magazynowania energii elektrycznej w dużej skali. Konieczność zapewnienia ciągłej równowagi pomiędzy produkcją a zużyciem energii prowadzi do wykorzystania kosztownych i mniej efektywnych rozwiązań, takich jak elektrownie szczytowe czy instalacje szczytowo pompowe, których rozwój dodatkowo ograniczają uwarunkowania lokalizacyjne. W tym kontekście instalacje Power to Gas stanowią atrakcyjną alternatywę – umożliwiają magazynowanie nadwyżek energii w postaci paliwa chemicznego, które może być wykorzystane w późniejszym czasie. W projekcie TENNESSEE rozwinięto tę koncepcję poprzez zwiększenie sprawności kluczowych procesów: produkcji wodoru oraz wychwytu CO₂, co bezpośrednio przekłada się na poprawę efektywności całego łańcucha konwersji energii. W rezultacie możliwe jest nie tylko bilansowanie systemu elektroenergetycznego, ale również tworzenie nowych nośników energii kompatybilnych z istniejącą infrastrukturą gazową.

W ramach projektu opracowano i przetestowano zintegrowaną instalację badawczą, obejmującą moduły elektrolizerów SOE oraz ogniw MCFC, a także ich współpracę z instalacją CO₂ SNG i procesem metanizacji. Prace obejmowały pełny cykl rozwojowy – od opracowania założeń technologicznych, przez projektowanie i budowę prototypów, aż po ich integrację i testy w warunkach przemysłowych. Szczególny nacisk położono na możliwość generowania odpowiednio dobranej mieszaniny gazów (CO₂ i H₂) dla procesu Sabatiera, przy jednoczesnym ograniczeniu zużycia energii i poprawie parametrów eksploatacyjnych systemu. Realizacja projektu pozwoliła na zdobycie unikalnego know how w zakresie projektowania i eksploatacji instalacji Power to Gas opartej na wysokotemperaturowych technologiach elektrochemicznych, a także na walidację rozwiązań w rzeczywistych warunkach operacyjnych.

Istotnym rezultatem projektu TENNESSEE jest potwierdzenie wysokiego potencjału zastosowania technologii SOE i MCFC w przyszłych systemach energetycznych. Elektrolizery wysokotemperaturowe wykazują wyraźną przewagę efektywnościową w produkcji wodoru, szczególnie w środowiskach dysponujących nadwyżką ciepła wysokotemperaturowego, co czyni je atrakcyjnym rozwiązaniem dla integracji z przemysłem i energetyką. Z kolei ogniwa MCFC oferują unikalne możliwości w zakresie jednoczesnej produkcji energii, kogeneracji oraz wychwytu CO₂, a także wykorzystania szerokiego spektrum paliw gazowych, w tym paliw syntetycznych. Projekt wskazał jednocześnie kierunki dalszego rozwoju technologicznego – w szczególności w obszarze zwiększenia trwałości, stabilności pracy oraz skalowalności systemów – które będą kluczowe dla ich przyszłej komercjalizacji.

TENNESSEE potwierdził strategiczną zasadność rozwijania technologii Power to X jako jednego z filarów transformacji energetycznej. Integracja produkcji wodoru, wychwytu CO₂ oraz syntezy paliw syntetycznych pozwala na budowę zintegrowanych systemów energetycznych, zdolnych do efektywnego wykorzystania odnawialnych źródeł energii, ograniczania emisji oraz zwiększania bezpieczeństwa energetycznego. Projekt stanowi ważny etap w ewolucji podejścia TAURON – od demonstracji technologii w CO₂ SNG, do jej optymalizacji i integracji w TENNESSEE – oraz tworzy solidne fundamenty pod dalsze inicjatywy w obszarze wodoru, paliw syntetycznych i gospodarki obiegu zamkniętego.