Chytání ztrátového tepla

Dosáhnout lepších výsledků při nižších nákladech je nepochybně cílem všech majitelů průmyslových výrobních podniků. Není ani divu, protože v průmyslu obecně je k samotnému výrobnímu procesu využita jen zhruba polovina spotřebované energie.

Zbytek bez užitku uniká, převážně ve formě ztrátového tepla. Tato neefektivita je typická například pro obloukové pece na výrobu oceli, v nichž je ocel vyráběna ze železného šrotu, kterým přes grafitové elektrody prochází elektrický proud. Ten šrot taví a zahřívá až na teploty kolem 1800 °C.

Už ze samotného principu činnosti pece je zřejmé, že má obrovskou spotřebu elektrické energie. Velká ocelárna s produkcí kolem pěti milionů tun oceli ročně tak – zejména kvůli obloukovým pecím – spotřebuje stejné množství energie, jako sedm milionů domácností za stejnou dobu.

Podstatná část této energie však přijde vniveč. Při odpichu totiž z pece uniká směs plynů o teplotě 1700 °C – jedná se o ohromné množství energie, které je bez užitku rozptýleno. Vědci společnosti Siemens proto vypracovali systém, který ztrátové teplo dokáže zužitkovat k výrobě elektřiny.

Solné směsi nad zlato

Využít teplo unikající z obloukové pece však není jednoduché. Celý proces výroby oceli – od navážky šrotu, přes jeho tavení, až po odpich – trvá 45 až 60 minut. Během této doby množství unikajících horkých plynů značně kolísá.

Turbína napojená na elektrický generátor nicméně musí být poháněna proudící párou se stabilním průtokem. Konstruktéři proto museli do systému zakomponovat další prvek, který by dokázal teplo efektivně akumulovat, a vyrovnávat tak výkyvy v jeho dodávce.

Tímto tlumičem jsou solné směsi, které se používají i v termosolárních elektrárnách. Důvodů pro použití těchto solí je celá řada – nevyžadují vysokotlaká potrubí, mají vysokou tepelnou kapacitu, jsou neškodné pro životní prostředí a zahřívají se až na 500 °C.

U obloukových pecí tvoří soli náplň primárního okruhu, který je zahříván přímo unikajícími plyny. V sekundárním okruhu je pak toto teplo využito k výrobě páry, která pohání turbínu. Množství energie, které lze takto recyklovat, je značné – celých 20 % z energie potřebné k roztavení navážky šrotu.

Efektivita řešení navíc není pouze ekonomická, ale i ekologická. Výrazně totiž snižuje emise oxidu uhličitého – při výrobě jedné tuny oceli totiž vznikne o 40 kg tohoto plynu méně.

Na řadě i další výrobní procesy

Ztrátové teplo ovšem není problémem pouze v metalurgii. Celá řada průmyslových procesů produkuje teplo, které dosahuje významných hodnot, ale jeho využití je ještě komplikovanější, než u obloukových pecí. Jde například o spalovací motory, sklářské pece, či plynové turbíny.

Pro využití tepla z těchto procesů vědci testují technologii Organic Rankine Cycle (ORC), která k zachycení tepla nevyužívá páru ani soli, ale směs uhlíku, fluoru a kyslíku.

Její hlavní výhodou je, že se za normálního tlaku vypařuje již při teplotě 49 °C a nepředstavuje žádnou ekologickou zátěž. První testovací systémy s technologií ORC a výkonem 100 kilowatt jsou schopny zužitkovávat teplo ze sklářských pecí o teplotě pouhých 220°C.

Vědci nicméně zkoumají i možnost využití ještě chladnějšího ztrátového tepla, třeba z papíren, stáčíren apod. Toto teplo již sice nelze použít pro výrobu elektřiny, může jím však být čištěna voda.

Princip je jednoduchý – stačí vodu zahřát na 65 až 90 °C a vzniklou páru odvést do kondenzátoru, kde zkapalní. Výsledkem procesu je čistá demineralizovaná voda, vytvořená prakticky zdarma.