Velik dosežek slovenskih raziskovalcev

Raziskovalci z ljubljanske Fakultete za strojništvo so v sodelovanju z mednarodnimi kolegi v ugledni reviji Nature Energy objavili prelomno študijo. V njej so prvič celovito analizirali potencial naprednih visokotemperaturnih toplotnih črpalk, ki bi lahko ključno prispevale k zmanjšanju rabe fosilnih goriv in razbremenitvi okolja v industriji in energetiki.

Kot poudarjajo raziskovalci, toplota predstavlja enega ključnih izzivov energetike. Približno polovico vse končne energije porabimo za ogrevanje in hlajenje, hkrati pa se skoraj enak delež končne rabe energije pretvori v odpadno toploto, ki jo danes večinoma spuščamo v okolje prek hladilnih stolpov, segrevanja rek ali morja in drugih izpustov.

Mednarodna ekipa, v kateri so sodelovali raziskovalci s Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani in strokovnjaki iz Kitajske, Španije, Hrvaške in Velike Britanije, je s svojo raziskavo pokazala, da lahko visokotemperaturne toplotne črpalke to odpadno toploto učinkovito zajamejo in jo nadgradijo na bistveno višje temperature, primerne za najzahtevnejše industrijske procese, so danes še sporočili s fakultete.

Današnje tržne rešitve visokotemperaturnih toplotnih črpalk so, kot so navedli, praviloma omejene na temperature približno do 250 stopinj Celzija, medtem ko številni industrijski procesi zahtevajo več, tudi do ali celo prek 1000 stopinj Celzija.

V raziskavi so zato raziskovalci sistematično predstavili in primerjali alternativne pristope, ki bi lahko omogočili preboj, in sicer kalorične, termoelektrične, termoakustične tehnologije ter mehanske procese na osnovi Stirlingovega in Braytonovega krožnega procesa, ki opisujeta, kako je mogoče toploto pretvarjati v mehansko delo.

"Rešitve nam podajajo možnosti novih produktov in storitev, ob istočasnem pomembnem znižanju rabe energije, emisij, toplotnem obremenjevanju okolja, ter omogočajo povečanje odpornosti. Sedaj je čas, da te produkte spravimo v življenje, spodbudimo razvoj v gospodarstvu, hkrati pa naredimo popolno revizijo naših energetskih sistemov in industrije," je poudaril profesor na fakulteti in prvi avtor članka Andrej Kitanovski.

Kot je dodala soavtorica Katja Klinar, raziskava odpira povsem nova področja uporabe toplotnih črpalk. "Medtem ko je danes samoumevno, da jih uporabljamo za ogrevanje in hlajenje stavb, se postavlja vprašanje, zakaj jih ne bi izkoristili tudi v industrijskih procesih, na primer za področja ogrevanja od 250 stopinj Celzija in vse do 1200 stopinj Celzija," je dejala.

Ključna prednost visokotemperaturnih toplotnih črpalk je njihova energijska učinkovitost. Namesto da bi industrija toploto ustvarjala z neposrednim kurjenjem ali uporovnim električnim ogrevanjem, lahko obstoječo odpadno toploto ponovno uporabi in jo dvigne na višjo temperaturno raven, menijo avtorji študije.

Izpostavili so tudi, da bi se s tem lahko raba energije in posledične emisije pri visokotemperaturnih procesih vsaj razpolovile v primerjavi z danes razširjenimi pristopi. Največji potencial uporabe vidijo v predelovalni industriji, kot so metalurgija, proizvodnja nekovinskih mineralnih proizvodov, kemijska industrija in rafinerije, deloma pa tudi prehrambna in tekstilna industrija.

Pomemben potencial se odpira tudi v energetiki, predvsem pri učinkovitejši rabi odpadne toplote, povezovanju energetskih sektorjev ter pretvorbi presežkov električne energije v toploto - namesto energetsko skromnih rešitev. Raziskava opozarja tudi na širši problem, da odpadno toploto še vedno prepogosto dojemamo kot breme namesto kot priložnost. Prav na tem področju pa se po mnenju avtorjev odpira prostor za razvoj novih tehnologij, industrijskih rešitev in delovnih mest.

Raziskava, kot so navedli, odpira vrata nadaljnjim projektom in razvoju prototipov, raziskovalci pa razmišljajo tudi o komercializaciji nekaterih rešitev, ki so jih v zadnjih letih že razvili na konceptualni ravni.