Potrzebujemy chłodu - Pavel Panasjuk, prezes Dynamic Air Cooling Technology

• Strona główna
• Rozmowy
• Potrzebujemy chłodu

2023-03-17

Dlaczego w ogóle potrzebujemy lepszego chłodzenia, a przez to rozwoju systemów do klimatyzacji i generalnie branży chłodniczej?

Spójrzmy na to pytanie z dwóch perspektyw. Pierwsza perspektywa jest ekologiczna. Chłodzenie stopniowo staje się głównym źródłem globalnego ocieplenia. Przez to w jaki sposób dziś chłodzimy sprawiamy, że nasza planeta będzie gorętsza w przyszłości. Do połowy wieku chlodnictwo spowoduje 27% globalnego ocieplenia. To są informacje z protokołu montrealskiego. Oznacza to, że w przyszłości będziemy potrzebować jeszcze większego chłodzenia. Jest to błędne koło, które musimy przerwać.

Druga perspektywa jest ekonomiczna. Trudno dziś wyobrazić sobie branżę, w której nie stosuje się chłodzenia. Prawie w każdym domu mamy lodówkę lub klimatyzację. Praktycznie każdy samochód posiada system chłodzenia. Duża liczba procesów produkcyjnych odbywa się z użyciem systemów chłodniczych. Jednostki te używają ogromne ilości energii elektrycznej, a jej cena rośnie z roku na rok. Oznacza to, że istnieje ogromny głód na bardziej energooszczędne chłodzenie. Natomiast obecnie stosowana technologia ma swoje ograniczenia i można ją ulepszyć tylko do pewnego poziomu.

Jak zatem możemy zmienić tę sytuację? Czy możemy ulepszać istniejącą technologię? Czy obecna technologia – kompresja pary jest właściwym wyborem?

Jeśli spojrzymy na historię tej technologii, to niewiele się zmieniło od czasu jej wynalezienia w 1905 roku przez firmę Carrier w USA. Główny proces technologiczny przez 100 lat działa praktycznie bez zmian. Podejmowane są tylko próby wymiany jednego czynnika chłodniczego na inny.

Najpierw zastąpiliśmy propan amoniakiem, ponieważ był wysoce łatwopalny. Ale okazało się, że amoniak jest trujący, więc później został zastąpiony freonami na bazie chloru. Niestety były one jedną z trzech głównych przyczyn problemów z warstwą ozonową – pamiętamy tę sytuację z lat 80. i 90. XX wieku. Następnie zastąpiliśmy freony chlorowe „bezpiecznymi” freonami HFC. Nie wiedzieliśmy, że zaledwie 20 lat później będziemy musieli ponownie wymienić czynniki chłodnicze i poszukać bezpieczniejszych alternatyw. Freony HFC okazały się super gazami cieplarnianymi, które zatrzymują do 4000 razy więcej ciepła niż CO₂. Jednak osobiście mam nadzieję, że już dostrzegamy powtarzający się wzór – staramy się rozwiązać jeden problem i po prostu tworzymy drugi, przy czym zawsze znacznie większy. Więc co będzie dalej? Czy powinniśmy dalej stosować podejście, które doprowadziło nas do obecnej sytuacji?

Oczywiście to pytanie retoryczne… Różne badania pokazują, że za pół wieku ilość energii zużywanej na całym świecie w chłodzeniu przewyższy tę zużywaną w ogrzewaniu. Jak bardzo zatem zmieni to przemysł, ale też systemy dostarczania energii?

Informacja ta jest całkowicie poprawna. Do 2060 roku ilość energii zużywanej na całym świecie w chłodzeniu przewyższy tę zużytą na ogrzewanie. Już dzisiaj Stany Zjednoczone wykorzystują więcej energii do chłodzenia budynków niż Afryka zużywa na wszystko. Globalnie, zapotrzebowanie na energię, tylko na klimatyzację w budynkach mieszkalnych, wzrośnie z 300 terawatogodzin w 2000 r. do 4000 TWH w 2050 r., a następnie do 10 tysięcy TWH w 2100 r.

Już teraz widać, co dzieje się w niektórych regionach globu w miesiącach letnich, kiedy wszystkie jednostki AC są uruchamiane, a sieć elektryczna po prostu nie jest w stanie dostarczyć wystarczającej ilości energii elektrycznej. W efekcie mamy blackouty, ograniczenia zużycia energii w różnych sektorach, tj. przemyśle, produkcji, ładowaniu samochodów elektrycznych. Konieczna jest zmiana całej struktury energetycznej.

Dostarczanie energii jest nieco poza naszą kompetencją, ale mogę sobie wyobrazić bardziej zdecentralizowany system, połączenie różnych źródeł energii elektrycznej – sieć centralna, lokalne źródła odnawialne, baterie do magazynowania energii słonecznej.

No to przejdźmy w takim razie do kolejnego wyzwania. W jaki sposób przy obecnym kryzysie energetycznym połączyć potrzebę zapewniania zimna dla różnych systemów, m.in. w branży spożywczej z generalnym trendem oszczędzania energii? To będzie duże wyzwanie?

W dzisiejszym świecie energia stała się instrumentem nacisku politycznego i nawet przyczyną działań wojennych. Oczywiście efektywność energetyczna każdego urządzenia, od domowych lodówek po przemysłowe urządzenia chłodnicze, przyczynia się do zmniejszenia zużycia energii, a to oznacza mniejszą zależność od dostaw energii od tego czy innego dostawcy, czy kraju.

Ujmę to w ten sposób – nie przestaniemy używać chłodzenia, ten rynek będzie tylko rósł. Dlatego niezwykle ważne jest skupienie się na efektywności energetycznej technologii chłodniczych. A mówimy o skali globalnej, gdyż nie jest to problem jednego użytkownika czy nawet jednego kraju.

Jeśli mówimy o takich obszarach, jak produkty konsumenckie, zaopatrzenie medyczne, produkcja, przetwórstwo i przechowywanie żywności, to prawie wszędzie używamy chłodzenia jako kluczowego warunku długoterminowego przechowywania.

W naukach ekonomicznych istnieje takie określenie, jak ,,elastyczność popytu”. W zasadzie oznacza to, że jeśli sytuacja rynkowa zmienia się, to na ile szybko konsument jest gotowy do zmiany swojego zachowania i ograniczenia lub odmowy – lub też zwiększenia – korzystania z niektórych usług lub produktów.

Obserwowaliśmy to zjawisko podczas rozpoczęcia pandemii COVID-19. Ludzie przestali kupować towary luksusowe i zwiększyli kupowanie długoterminowej żywności, towarów podstawowych potrzeb. Zapotrzebowanie na chłodzenie nie jest elastyczne, jest wręcz absolutnie niezbędne dla dostaw w łańcuchu chłodniczym, które dostarczają prawie całą żywność. Bez tego nasz globalny system logistyczny po prostu nie jest możliwy. Jak duże jest to wyzwanie? Kwestii optymalizacji zużycia energii nie może rozwiązać jeden startup, ani nawet jeden oddzielny kraj. Jest to zadanie globalne. Potrzebę rozwiązania tego problemu określił protokół montrealski, który jest zdecydowanie najważniejszym dokumentem, kształtującym globalną strategię środowiskową.

Jako firma wychodzicie Państwo jednak naprzeciwko tym wyzwaniom. Państwa celem jest opracowanie skutecznej, w pełni zrównoważonej technologii chłodzenia, jako ekologicznego zamiennika urządzeń chłodniczych na bazie freonu – jednego z głównych gazów cieplarnianych. Na jakim etapie są te prace?

W pełni zweryfikowaliśmy naszą teorię procesu chłodzenia. Mamy działające prototypy i w tej chwili przy wsparciu finansowym UE przeszliśmy do budowy prototypów przedkomercyjnych, które planujemy sprawdzić z naszymi klientami. Celem spółki jest przeprowadzenie pierwszych testów w ciągu najbliższych 10-12 miesięcy i przygotowanie produktów do wprowadzenia na rynek w ciągu najbliższych 24 miesięcy. Planujemy budowę kilku jednostek roboczych o różnej mocy chłodniczej: od 4 kW do 40 kW. Pomoże nam to nie tylko zademonstrować skalowalność technologii, ale również jednostki te posłużą do przeprowadzenia testów z różnymi typami klientów.

Aktualnie koncentrujemy się na segmencie chłodnictwa przemysłowego, ale prowadziliśmy już spotkania z klientami z innych gałęzi przemysłu. Dobrym przykładem jest chłodzenie w kopalniach, które jest procesem bardzo wymagającym technologicznie. Natomiast dzięki zastosowaniu naszej technologii będziemy w stanie to rozwiązać.

Na czym miałaby polegać istota tej technologii? Innymi słowy: dlaczego technologia dynamicznego chłodzenia powietrzem ma potencjał, aby w pełni zastąpić obecnie używane urządzenia, znacząco zmniejszyć zużycie energii elektrycznej do chłodzenia i wyeliminować emisję CO₂ z chłodzenia?

Zastosowaliśmy zupełnie inne podejście do chłodzenia. Nie ma to nic wspólnego z tradycyjnym sprężaniem pary. Jest to połączenie gazodynamicznych procesów. Dzięki wydajności całego procesu jesteśmy w stanie wytworzyć większą ilość chłodu przy użyciu tej samej ilości energii elektrycznej, jaką obecnie wykorzystują istniejące urządzenia chłodnicze. Najbliższym analogiem do naszego systemu jest chłodzenie za pomocą turbodentanderów, tzw. maszyn obiegu powietrza na podstawie efektu Joule'a-Thomsona. Podejście to było rozwijane i szeroko stosowane od połowy ubiegłego stulecia, ale ma kilka wad: wymaga dużego ciśnienia – nawet kilkaset barów – do pracy, sprzęt jest ciężki, wymaga zewnętrznego czynnika chłodzącego do schłodzenia sprężonego powietrza, np. takiego, jak woda morska lub duże ilości powietrza zewnętrznego.

To wszystko powoduje, że COP – współczynnik wydajności chłodzenia jest poniżej 1. Dla porównania – aktualne urządzenia wykorzystujące freony mogą osiągnąć COP2 przy temperaturze -20°C.

Nasz DAC to zupełnie inne podejście. Stosujemy ciśnienie od 0,2 do 0,6 bara. Możemy odzyskać część energii cieplnej powietrza. Dziś osiągnęliśmy już deltę temperatury -92°C, ale teoretycznie potrafimy schłodzić powietrze nawet o 170°C. Urządzenia, nad którymi teraz pracujemy, będą miały COP = 4. W przyszłości chcemy je ulepszyć, aby móc osiągnąć COP = 7 przy -20°C.

O jakich redukcjach kosztów w związku z wykorzystaniem energii można konkretnie mówić w przypadku Państwa technologii?

Musimy spojrzeć na to podejście z dwóch perspektyw, tj. inwestycji kapitałowych w sprzęt i kosztów operacyjnych. Koszty inwestycyjne każdej istniejącej przemysłowej instalacji chłodniczej można liczyć w setkach tysięcy złotych. Jest to znacząca inwestycja, jednak jeśli rozłożymy ją w czasie, np. pięć lub 10 lat, to dla wielu klientów inwestycja ta nie jest tak znacząca, jak koszty operacyjne.

Jednym z głównych składników kosztów operacyjnych jest zużyta energia elektryczna. Wraz z szybkim wzrostem kosztów takich surowców energetycznych, jak gaz, ropa, węgiel, mamy do czynienia z bezprecedensowym wzrostem kosztów energii elektrycznej. Z przedstawionego powyżej COP widać, że jesteśmy w stanie obniżyć koszty energii elektrycznej o 30- 50%, w zależności od różnych scenariuszy użytkowania.

Dynamic Air Coolingenergetykachłodnictwotechnologie