Přeskočit na obsah

Realizováno · 2023

Helena v obchodním centru Zličín - 232 dní a co jsme se naučili

Nepřetržitý provoz reaktoru v obchodním centru, ne v laboratoři.

Praha, Metropole Zličín · 2023

Co jsme chtěli zjistit

Jestli reaktor vydrží běžet sám, mezi lidmi, bez laboratoře za zády. A co se stane s kulturou, když jí dáme vzduch z budovy místo lahve s CO₂.

Co jsme se naučili

Limitace přívodem. Reaktorem protékalo průměrně 20 m³ vzduchu za hodinu o průměrné koncentraci 650 ppm. To odpovídá toku přibližně 0,57 kg CO₂ za den a zhruba 130 kg za celý pilot.1 Tento tok je horní mez: bez ohledu na stav kultury nelze fixovat víc uhlíku, než kolik ho reaktorem projde. Měření tedy necharakterizuje biologii, ale dimenzování plynové cesty. Závěr pro další generaci: zvýšit vstupní koncentraci - koncentrátorem před aerací, nebo napojením na zdroj, kde je CO₂ řádově koncentrovanější.

Přestup mezi fázemi. I pod tímto stropem rozhoduje, jaká část CO₂ přejde z bubliny do média, než bublina vystoupá k hladině. Rychlost přestupu roste s mezifázovou plochou a s dobou zdržení. Proto se v dalších pracích zaměřujeme na zmenšení bublin a prodloužení jejich dráhy.

Zařízení versus kultura. Řízení, aerace, osvětlení a temperace běžely 232 dní bez zásahu obsluhy nad rámec plánovaného servisu. Kultura tuto stabilitu nedržela: během pilotu byla desetkrát obnovena a složení média se průběžně upravovalo. Dostupnost zařízení a stabilita kultivace jsou dvě oddělené úlohy s vlastními poruchovými režimy a druhá z nich je obtížnější.

Uzavření bilance. Průtok 20 m³/h je průměr dopočtený ze součtu, nikoli hodnota z kalibrovaného průtokoměru, a CO₂ jsme měřili pouze na vstupu.2 Podíl skutečně využitého uhlíku proto zůstává neznámý. Rozdíl mezi hodnotou odvozenou ze sušiny a hodnotou změřenou na plynu bývá v literatuře značný.3 Generace 04 má proto kalibrované měření průtoku a koncentraci CO₂ na vstupu i výstupu.

Energetická bilance provozu. Spotřeba činila 1 166 kWh za 232 dní, tedy 5,0 kWh/den při průměrném příkonu 210 W. Elektřina byla dodávána z větrných zdrojů se zárukou původu. Při emisním faktoru větrné energie 11 g CO₂e/kWh odpovídá spotřeba přibližně 12,8 kg CO₂e. Odhadovaných 40 kg sušiny sklizených během pilotu váže stechiometricky asi 72 kg CO₂.4 I při vstupní koncentraci 650 ppm tedy provoz vázal několikanásobně víc uhlíku, než kolik odpovídalo emisím z jeho napájení - a to je podmínka, kterou u režimu DAC klademe na každé nasazení. Podle emisního faktoru české výroby elektřiny za rok 2023 by táž spotřeba odpovídala přibližně 431 kg CO₂ - uvádíme obě čísla, protože se takto počítají.5 Bilance zahrnuje pouze provozní elektřinu, nikoli výrobu zařízení, přípravu média a zpracování biomasy.

Provoz na veřejném místě. Pasáž obchodního centra není laboratoř a klade na zařízení jiné nároky. Napájení je sdílené a podléhá výpadkům. Teplota v okolí kolísá s provozní dobou a ročním obdobím a temperace na ni musí reagovat. Servisní okno je omezené na dobu mimo provoz centra a každý zásah - odběr vzorku, výměna kultury, čištění tubusů - probíhá před kolemjdoucími. Nároky na vzhled tím vstupují do provozního plánu: zanesení stěn tubusů je viditelné dřív, než začne ovlivňovat světelný tok, takže frekvence čištění je dána estetikou, ne výkonem. K tomu přistupuje hluk aerace v uzavřeném prostoru, bezpečnostní a hygienické požadavky provozovatele a fyzická dostupnost zařízení návštěvníkům. Tyto podmínky určily konstrukci nerezového pláště, uspořádání servisních přístupů i volbu intervalů obsluhy.

Co bychom dnes udělali jinak

  • Průtokoměr na vstupu a CO₂ na výstupu od prvního dne. Bez toho je bilance díra.
  • Jedna kultura, jedno médium, celou dobu. Ladit jinde.
  • Nesrovnávat se stromy. Ani efektivitou.

Co jsme v obchodním centru Zličín netvrdili - a tvrdit nebudeme

Že Helena vyčistila vzduch v budově. Že ušetřila na vytápění. Že zachytila tuny. V okolí reaktoru byl vzduch o něco lepší a kyslíku o něco víc - o kolik, jsme tehdy neměřili. Dnes už ano.

Footnotes

  1. 111 360 m³ × 650 ppm × 1,84 kg/m³ ≈ 133 kg. Prošlo, ne zachyceno. ↩︎

  2. 111 360 m³ / (232 dní × 24 h) = 20,0 m³/h. Nominál dmychadla byl 24 m³/h - skutečnost je vždy nižší. Na Heleně 04 průtok měříme. ↩︎

  3. Leflay, H., Pandhal, J., Brown, S. (2021). Direct measurements of CO₂ capture are essential to assess the technical and economic potential of algal-CCUS. Journal of CO₂ Utilization, 52, 101657. DOI 10.1016/j.jcou.2021.101657. Autoři měřili 17 % odstranění CO₂ z přiváděného proudu při 5 % CO₂, zatímco tradiční výpočet ze sušiny dával pro tytéž podmínky kolem 1 %. ↩︎

  4. Odhad z objemu sklizní během pilotu, nikoli vážená bilance. Ve sušině to odpovídá ~72 kg CO₂ (× 1,83 kg CO₂/kg sušiny při ~50 % uhlíku). Nepoužíváme jako údaj o výkonu reaktoru - viz odstavec Pilot necharakterizuje výkon. ↩︎

  5. Market-based: elektřina z větrných zdrojů se zárukou původu. Emisní faktor 11 g CO₂e/kWh - harmonizovaný medián ze 126 odhadů, Dolan & Heath 2012, Journal of Industrial Ecology 16(S1), S136-S154 → 1 166 kWh × 0,011 = 12,8 kg CO₂e. Location-based: emisní faktor hrubé výroby elektřiny v ČR za rok 2023 činil 0,37 t CO₂/MWh (MPO, Souhrnná energetická bilance) → 431 kg CO₂. Uvádíme obojí, protože se takto počítají. ↩︎