Prototyp, który działa inaczej niż dotychczasowe
Gdy myślimy o pompie ciepła, zwykle wyobrażamy sobie skomplikowany mechanizm ze sprężarką, podobny do tego w lodówce, tylko działający w drugą stronę. Chiński prototyp oparty na termoakustyce pozbywa się ruchomych części całkowicie. Energię cieplną transportują tutaj fale dźwiękowe. Taka konstrukcja teoretycznie oznacza mniej awarii, prostszą konserwację i dłuższą żywotność całego systemu. Wyniki testów tej termoakustycznej pompy ciepła Stirlinga robią wrażenie. Urządzenie, wykorzystując źródło o temperaturze 145°C, wygenerowało na wyjściu ciepło o temperaturze aż 270°C. To nie jest drobna poprawa, lecz gigantyczny skok. W jednym z testów, przy cieple otoczenia 67°C, system osiągnął 214°C, ze współczynnikiem wydajności COP 1,5 i sprawnością względem cyklu Carnota na poziomie 45,2%. W świecie ultra-wysokich temperatur to bardzo dobry wynik.
Czytaj też: Energia słoneczna przez 24 godziny na dobę. Ta technologia wejdzie szybciej, niż mogliśmy przypuszczać
Prototyp eksperymentalny, napędzany energią cieplną, może pompować niskotemperaturową energię cieplną o temperaturze około 14°C do źródła ciepła powyżej 270°C – tłumaczy zespół badawczy z Chińskiej Akademii Nauk
Wyobraźmy sobie ogromne kolektory słoneczne, które zamiast podgrzewać wodę, dostarczają ciepło do specjalnej pompy. Ta podnosiłaby jego temperaturę do poziomu wystarczającego do topienia rudy w hucie, zastępując tym samym piece węglowe. Albo fabrykę, która zamiast wypuszczać gorące powietrze przez komin, odzyskuje je i z powrotem wtłacza do własnych procesów. System jest elastyczny jeśli chodzi o źródło energii. Może to być skoncentrowana energia słoneczna, ciepło odpadowe z innych procesów przemysłowych, a nawet energia z reaktorów jądrowych. Sednem jest możliwość znaczącego podniesienia tej temperatury. Nawet ciepło z reaktorów wodnych ciśnieniowych (ok. 300°C) czy kolektorów parabolicznych (400-500°C) dałoby się dzięki tej technologii zwiększyć do zakresu 500-800°C. To zupełnie nowe możliwości dla branży metalurgicznej, ceramicznej czy petrochemicznej.
Długoterminowe plany i cel neutralności węglowej
Dla Chin to nie jest abstrakcyjny projekt badawczy. Przemysłowy sektor grzewczy pochłania tam około 40% całkowitej energii cieplnej kraju. Jednocześnie szacuje się, że marnuje się tam od 10 do 27% energii w postaci niezagospodarowanego ciepła odpadowego. Opracowanie technologii, która mogłaby to zmienić, ma wymiar strategiczny. Plany zespołu są dalekosiężne. Do 2040 roku chcą opracować systemy zdolne do osiągania temperatur rzędu 1300°C. Gdyby się to udało, praktycznie cały ciężki przemysł mógłby przejść na bezemisyjne źródła ogrzewania. To kluczowy element układanki w dążeniu Chin do tzw. celów podwójnego węgla, czyli osiągnięcia szczytu emisji przed 2030 rokiem i neutralności węglowej przed 2060.
Czytaj też: Panele słoneczne mają poważną konkurencję. Ta technologia wykorzystuje ciepło zamiast światła
Sam zespół przyznaje jednak, że droga od działającego prototypu do komercyjnego, skalowalnego rozwiązania jest daleka. Koszty, trwałość w warunkach przemysłowych i efektywność w pełnej skali to wyzwania, które dopiero przed nimi. Przełamanie bariery 200°C to fantastyczny dowód koncepcyjny, lecz jeszcze nie gotowy produkt. Mimo to, perspektywa jest niezwykle kusząca. Wizja fabryk zasilanych słońcem lub efektywnie zamykających obieg własnej energii odpadowej, jeszcze niedawno brzmiała jak science fiction. Dziś wygląda na to, iż przynajmniej od strony fizyki nie ma już ku temu przeszkód.