تولید همزمان هیدروژن، برق و آب شیرین با پوسته قهوه

پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس و دانشگاه یاسوج در مطالعه‌ای، امکان استفاده از پوسته قهوه به‌عنوان سوخت زیست‌توده برای تولید همزمان هیدروژن، برق، آب شیرین، گرما و سرما را بررسی کردند.

استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، در سال‌های اخیر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این میان، زیست‌توده یکی از منابعی است که می‌تواند از مواد آلی و پسماندهایی مانند بقایای کشاورزی برای تولید انرژی استفاده کند.

در همین راستا، امیرحسین شیری از بخش مهندسی فرآیند دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه تربیت مدرس با همکاری دانشگاه یاسوج، سامانه‌ای برای تولید همزمان چند محصول از پوسته قهوه طراحی و بررسی کرده است.

در این پژوهش، پوسته قهوه به‌عنوان سوخت زیست‌توده مورد استفاده قرار گرفته و سامانه‌ای یکپارچه برای تولید همزمان برق، هیدروژن، آب شیرین، آب گرم و آب سرد مورد ارزیابی قرار گرفته است.

این سامانه از چند بخش از جمله چرخه رانکین آلی، چرخه رانکین آمونیاک، واحد نمک‌زدایی چنداثره و الکترولایزر غشای تبادل یونی تشکیل شده است.

در این ساختار، انرژی حاصل از احتراق پوسته قهوه و همچنین سرمایش گاز طبیعی مایع‌شده در بخش‌های مختلف سامانه مورد استفاده قرار می‌گیرد. واحد نمک‌زدایی چنداثره نیز با استفاده از گرما، آب شور را به آب شیرین تبدیل می‌کند و الکترولایزر با استفاده از انرژی الکتریکی، آب را تجزیه و هیدروژن تولید می‌کند.

تولید ۸۳۹۱ کیلووات برق

نتایج این مطالعه نشان می‌دهد سامانه پیشنهادی می‌تواند ۸۳۹۱ کیلووات توان الکتریکی، ۵۰۵۳ کیلووات توان سرمایشی و ۸۵۰ کیلووات توان گرمایشی تولید کند.

همچنین میزان تولید هیدروژن در این سامانه ۱۲.۱ کیلوگرم در ساعت و میزان تولید آب شیرین ۱۵۶۹ کیلوگرم در ساعت گزارش شده است.

بر اساس یافته‌های پژوهش، بازده حرارتی سامانه حدود ۱۰ درصد و بازده الکتریکی آن حدود ۹۱ درصد به دست آمده است.

بررسی‌های انجام‌شده همچنین نشان داده است که تنظیم برخی دماهای کلیدی در سامانه می‌تواند عملکرد بخش سرمایشی را بهبود دهد. دمای سیال ورودی به توربین چرخه رانکین آلی و دمای خروجی از تبخیرکننده از جمله پارامترهایی هستند که بر عملکرد کلی سامانه اثر دارند.

پیشنهاد برای بهینه‌سازی سامانه

پژوهشگران برای کاهش برگشت‌ناپذیری در بخارساز چرخه رانکین آلی، دو راهکار اصلاحی پیشنهاد کرده‌اند. نتایج ارزیابی‌ها نشان داده است اجرای این راهکارها می‌تواند بازده حرارتی و کارایی اکسرژی سامانه را بهبود دهد.

این مطالعه در «فصلنامه فرآیند نو» وابسته به شرکت ملی پالایش و پخش فرآورده‌های نفتی ایران منتشر شده است.

پژوهشگران در ادامه، انجام مطالعات بیشتر در زمینه بهینه‌سازی چندهدفه و ارزیابی فنی و اقتصادی این سامانه را پیشنهاد کرده‌اند.