Działania uczelni na rzecz Zrównoważonego rozwoju i Celu 7. zaprezentowane w raportach za lata 2021-22 i 2020-2021 "Politechnika Łódzka na drodze zrównoważonego rozwoju"
Fermentacja beztlenowa (AD) jest jednym ze sposobów przetwarzania biomasy do paliwa gazowego – biogazu lub wodoru, w zależności od sposobu prowadzenia procesu. Biologiczna konwersja biomasy do energii jest prowadzona w wielu jednostkach PŁ. Przykładem może być termofilny dwustopniowy proces fermentacji beztlenowej różnorodnych bioodpadów powstających w gospodarstwach domowych z opracowywanym w PŁ innowacyjnym preparacie mikrobiologicznym, wspomagający procesy hydrolizy i wstępnego rozkładu substancji ligno-celulozowych.
Na szczególną uwagę zasługują badania prowadzone we współpracy z partnerami przemysłowymi. Naukowcy z Wydziału Biotechnologii i Nauk o Żywności opracowują innowacyjną technologię przetwarzania odpadów owocowo-warzywnych na metan, wodór oraz wysokowartościowy nawóz organiczny.
Jest ona oparta na dwustopniowym procesie AD odpadów owocowo-warzywnych, gdzie w pierwszym stopniu odzyskiwany jest wodór, a w drugim metan. Otrzymane wyniki posłużą do opracowania instalacji biogazowej w Warmińskich Zakładach Przetwórstwa Owocowo-Warzywnego w Kwidzynie.
Zaimplementowanie technologii pozwoli na zagospodarowanie odpadów w miejscu ich powstania, a otrzymana energia wykorzystana zostanie w procesie produkcji mrożonek. Wykorzystanie pofermentu jako cennego nawozu przyczyni się do wprowadzenia gospodarki cyrkularnej na terenie zakładu.
Nowe trendy w przetwarzaniu odpadów opracowywane przez naukowców, PŁ wykorzystała we współpracy z KSC „Polski Cukier” S.A., opracowując technologię przetwarzania biomasy.
W ramach tego interdyscyplinarnego projektu stworzono instalację przemysłową, w której odpady, powstające w trakcie produkcji cukru, są przetwarzane do mieszaniny wodoru i metanu na drodze dwuetapowej fermentacji. Dodatkowo stworzono nowatorską instalację do magazynowania wodoru w postaci wodorków metali, który wykorzystany zostanie również do produkcji prądu elektrycznego oraz ciepła, zapewniając samowystarczalność energetyczną oczyszczalni ścieków w cukrowni.
Na PŁ jest opracowywana nowoczesna technologia toryfikacji biomasy z wykorzystaniem pary przegrzanej. Dzięki niej możliwa będzie produkcja blendów paliwowych, biowęgla jako dodatku do nawozów oraz węgla aktywnego, a także odzyskiwanie produktów ubocznych (np. kwas mrówkowy i kwas octowy), które do tej pory były dopalane, czyli bezpowrotnie tracone, zwiększając emisję gazów odlotowych.
Problematyka pozyskiwania energii z energii promieniowania słonecznego jest badana w PŁ w różnych aspektach m.in. nowoczesnych konstrukcji paneli słonecznych jak również ich eksploatacji w aspekcie stabilności sieci energetycznej.
Dynamiczny rozwój sektora OZE (szczególnie fotowoltaiki w sektorze prosumenckim) w Polsce przyniósł znaczącą zmianę w strukturze sieci elektro-energetycznych niskiego napięcia. Obecność tych źródeł w sieciach dystrybucyjnych wpływa na warunki pracy sieci.
Instytut Elektroenergetyki PŁ wraz z wiodącymi partnerami przesyłowymi i innymi uczelniami w ramach projektu PROSUMENT koordynuje badania nad opracowaniem zaawansowanych metod sterowania pracą źródeł fotowoltaicznych, które pozwolą na zwiększenie produkcji energii odnawialnej w instalacjach prosumenckich z zachowaniem stabilnej pracy sieci i systemu.
Równolegle do badań nad systemami hybrydowymi naukowcy z Katedry Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych PŁ stworzyli podstawy konstrukcji ogniw fotowoltaicznych z wykorzystaniem warstw, zawierających nanocząstki ZnO jako konwerterów energii. Jest to rozwiązanie innowacyjne, które stanowi solidne podłoże dla dalszego etapu rozwoju fotowoltaiki.
Zastosowanie warstw konwertujących promieniowanie na bazie nanocząstek z tlenku cynku umożliwi efektywniejsze wykorzystanie promieniowania słonecznego w procesie fotowoltaicznym. Użycie taniego materiału, jakim jest ZnO oraz niedrogich metod nakładania warstw obniży koszty pozyskania energii.
Energię użyteczną można uzyskać z energii słonecznej na dwa sposoby:
- jako energię elektryczną w elementach fotowoltaicznych lub
- jako energię cieplną w kolektorach słonecznych.
Panele fotowoltaiczne posiadają zwykle efektywność 12–18%, podczas gdy pozostała część energii słonecznej jest w nich zamieniana na ciepło, zwiększając temperaturę elementów fotowoltaicznych. Ma to negatywny wpływ na efektywność konwersji fotowoltaicznej panelu. Niestety, maleje ona ze wzrostem temperatury elementu o 0,4–0,9% na każdy stopień powyżej temperatury znamionowej.
Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych PŁ mieszcząca się na Wydziale Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki prowadzi badania nad niezwykle obiecującą techniką, dającą poprawę efektywności panelu fotowoltaicznego. Celem jest wykonanie tego typu panelu jako hybrydowego, zawierającego w sobie zintegrowaną część fotowoltaiczną oraz kolektor energii cieplnej. Taki system dostarcza zarówno energię elektryczną, jak i cieplną, chłodząc jednocześnie elementy fotowoltaiczne. Jest on często nazywany systemem PV/T i w wersji z kolektorem wodnym, a jego całkowita efektywność przetwarzania energii słonecznej w użyteczną może sięgać nawet 50–60%.
Nowe metody syntezy katalizatorów heterogenicznych opracowane w Instytucie Chemii Ogólnej i Ekologicznej umożliwiają produkcję wielofunkcyjnych, unikatowych układów katalitycznych umożliwiających otrzymywanie paliw ze źródeł odnawialnych (np. alkoholi bądź węglowodorów) na drodze reformingu, syntezy Fischera-Tropscha, reakcji transestryfikacji oraz hydrokrakingu.
W zależności od warunków procesu i zastosowanego katalizatora pozwala na produkcję paliw alternatywnych – od lekkich węglowodorów i izoalkanów (benzyna i paliwo lotnicze) po estry etylowe wyższych kwasów tłuszczowych (biodiesel). Nowe niezwykle wydajne, selektywne oraz stabilne katalizatory heterogeniczne, naniesione na układy tlenkowe bądź nanorurki węglowe są opracowywane m.in. w celu produkcji wodoru, ekologicznego czystego paliwa, w procesie tlenowo-parowego reformingu metanolu, metanu bądź LNG.
Zarówno nowoczesne paliwa płynne jak i gazowe uzyskane na drodze katalitycznej ograniczają, bądź całkowicie redukują emisję spalin, zmniejszając tym samym zanieczyszczenie środowiska.
Na kampusie PŁ powstał pasywny budynek biurowy na potrzeby administracji i studentów PŁ. Konstrukcja o powierzchni całkowitej 1 600 m2, będzie zasilana wyłącznie energią słoneczną, co znacznie obniży koszty eksploatacji.
Budynek został zmodernizowany według najnowszych technologii. Jest wyposażony w panele fotowoltaiczne, umieszczone w oknach, na dachu i fasadzie budynku. Dodatkowo w budynku zainstalowane są pompy ciepła, co umożliwi ograniczenie zużycia energii potrzebnej do bieżącej eksploatacji.
PŁ realizuje ambitny, długofalowy, plan rozwoju odnawialnych źródeł energii do potrzeb energetycznych kampusu uczelni.
W obecnej chwili na ternie kampusu PŁ zainstalowane są instalacje fotowoltaiczne o łącznej mocy 15,5kW, turbiny wiatrowe o mocy 11kW i ogniwa paliwowe o mocy 2,4kW.
W 2020 r. odnawialne źródła energii dostarczyły 16MWh czystej energii elektrycznej.
Politechnika Łódzka ma w swojej ofercie kształcenia szereg kierunków, w programach których znajdują się przedmioty dotyczące produkcji i przetwarzania czystej energii. Tematyka przedmiotów koncentruje się na produkcji, transferze i dystrybucji energii.
Ekologiczne źródła energii to przykład specjalności realizowanej na studiach II stopnia na Wydziale Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska PŁ w ramach kierunku inżyniera środowiska.
Natomiast na Wydziale Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska realizowane są zajęcia związane zarówno z alternatywnymi/odnawialnymi źródłami energii, jak i z budownictwem zrównoważonym m.in. na kierunku studiów I i II stopnia - inżynieria środowiska w budownictwie.
Absolwenci PŁ znajdują zatrudnienie w firmach i instytucjach, zajmujących się projektowaniem i instalacjami urządzeń, wykorzystujących odnawialne źródła energii, w energetyce oraz ciepłownictwie, a także w regionalnych i samorządowych agencjach, działających w ramach odnawialnych źródeł energii i energooszczędności oraz w instytucjach naukowych.
Studenci biorą udział w projektach naukowych związanych z odnawialnymi źródłami energii.
PŁ posiada nowoczesne laboratoria dydaktyczne m. in. zagospodarowania odpadów, czy nowoczesne stanowiska laboratoryjne do badania pomp ciepła, kolektorów słonecznych.
Pozyskiwanie zrównoważonych paliw gazowych w postaci metanu i wodoru z jednoczesnym zagospodarowaniem odpadów biodegradowalnych oraz przekształceniem ich do cennych nawozów z wykorzystaniem fermentacji beztlenowej jest obiektem badań naukowców PŁ od dawna. W obecnie prowadzonych pracach naukowcy PŁ skupiają się na implementacji wyników prac naukowych do większej skali. Naukowcy z Wydziału Biotechnologii i Nauk o Żywności opracowują innowacyjną technologię przetwarzania odpadów owocowo-warzywnych na metan, wodór oraz wysokowartościowy nawóz organiczny. Jest ona oparta na dwustopniowym procesie AD odpadów owocowo-warzywnych, gdzie w pierwszym stopniu odzyskiwany jest wodór, a w drugim metan. Otrzymane wyniki posłużą do opracowania instalacji biogazowej w Warmińskich Zakładach Przetwórstwa Owocowo-Warzywnego w Kwidzynie. Zaimplementowanie technologii pozwoli na zagospodarowanie odpadów w miejscu ich powstania, a otrzymana energia wykorzystana zostanie w procesie produkcji mrożonek.
Wykorzystanie pofermentu jako cennego nawozu przyczyni się do wprowadzenia gospodarki cyrkularnej na terenie zakładu. Więcej informacji.
Drużyna GUST (Generative Urban Small Turbine) z Politechniki Łódzkiej zajęła drugie miejsce w konkursie International Small Wind Turbine Contest 2022, organizowanym przez Delft University of Technology w Holandii, który odbył się w czerwcu 2022 r. W ramach konkursu studenci z PŁ zaprezentowali przydomową czterołopatową turbinę wiatrową o poziomej osi obrotu w dwóch różnych wersjach ze względu na geometrię łopat. Najbardziej efektywna okazała się turbina z najnowszą geometrią łopat ze skośnym zakończeniem. Jej prototyp wyprodukował ponad 1 KWh energii elektrycznej przy wietrze 13 m/s. Jest to zarówno najlepszy wynik spośród wszystkich drużyn, biorących udział w wydarzeniu, jak i rekord zespołu w jego siedmioletniej działalności. GUST to projekt studencki uruchomiony w październiku 2015 r. Jest realizowany przez członków Studenckiego Koła Naukowego Energetyków (SKNE), działającego przy Instytucie Maszyn Przepływowych. Skupia jednak studentów z wielu wydziałów, których połączyła idea pracy nad problemem dotyczącym energii wiatrowej.
Problematyka pozyskiwania energii z promieniowania słonecznego jest badana w PŁ w różnych aspektach m.in. nowoczesnych konstrukcji paneli słonecznych, jak również ich eksploatacji w aspekcie stabilności sieci energetycznej.
Panele hybrydowe
Zespół naukowców z Wydziału Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska we współpracy z partnerami zagranicznymi w ramach projektu Hiperion prowadzi badania nad rozwojem przełomowej technologii w obszarze wysokoskoncentrowanej fotowoltaiki - hybrydowe ogniwa fotowoltaiczne. Projekt zakłada zbudowanie pilotażowej instalacji paneli fotowoltaicznych, w której zastosowana jest technologia optycznego mikrośledzenia soczewkującego światło słoneczne na panelach słonecznych, co w znaczny sposób podnosi wydajność paneli. Rolą zespołu PŁ jest określenie efektów środowiskowych związanych z produkcją i działaniem paneli, w tym określenie środowiskowego czasu zwrotu (environmental payback time), czyli czasu, po którym czysta energia produkowana przez panele zrekompensuje nakłady środowiskowe poniesione na ich budowę. Więcej informacji.
Nowoczesne rozwiązania konstrukcyjne
Na tym samym wydziale również we współpracy z krajami partnerskimi opracowywane są złożone systemy zewnętrznej izolacji cieplnej aktywowanej energią, nowatorskiego wielofunkcyjnego komponentu budowlanego opartego na połączeniu istniejących, zaawansowanych technologii energetycznych: materiałów zmiennofazowych i elastycznej fotowoltaiki. W ramach projektu EnActivETICS identyfikowane, testowane i wdrażane są innowacyjne sposoby promowania efektywności energetycznej w budynkach. Dzięki temu wspiera się technologie, które są przyjazne dla środowiska, zachęcając do bardziej zrównoważonego wykorzystania energii. Zastosowanie elastycznej fotowoltaiki (FPV) jako zewnętrznego wykończenia ETICS to nowatorskie podejście, które pozwoli na produkcję energii na miejscu, ale także jest odpowiedzią na zapotrzebowanie na nowoczesny design, estetykę elewacji. Co więcej, takie rozwiązanie przekształci w przyszłości rynek fotowoltaiki zintegrowanej z budynkiem (BIPV) z działalności niszowej w potencjalny rynek masowy. Proponowany system ma być bardziej opłacalny w porównaniu z tradycyjnymi fasadami BIPV. W ramach projektu powstanie nowy produkt do ścian zewnętrznych, charakteryzujący się łatwością aplikacji i elastycznością. Więcej informacji.
Nowe metody syntezy katalizatorów heterogenicznych opracowane w Instytucie Chemii Ogólnej i Ekologicznej umożliwiają produkcję wielofunkcyjnych, unikatowych układów katalitycznych umożliwiających otrzymywanie paliw ze źródeł odnawialnych (np. alkoholi bądź węglowodorów) na drodze reformingu, syntezy FischeraTropscha, reakcji transestryfikacji oraz hydrokrakingu. W zależności od warunków procesu i zastosowanego katalizatora pozwala na produkcję paliw alternatywnych – od lekkich węglowodorów i izoalkanów (benzyna i paliwo lotnicze) po estry etylowe wyższych kwasów tłuszczowych (biodiesel). Nowe niezwykle wydajne, selektywne oraz stabilne katalizatory heterogeniczne, naniesione na układy tlenkowe bądź nanorurki węglowe są opracowywane m.in. w celu produkcji wodoru, ekologicznego czystego paliwa, w procesie tlenowo-parowego reformingu metanolu, metanu bądź LNG. Zarówno nowoczesne paliwa płynne, jak i gazowe uzyskane na drodze katalitycznej ograniczają, bądź całkowicie redukują emisję spalin, zmniejszając tym samym zanieczyszczenie środowiska. Więcej informacji
W wielu przedsiębiorstwach energia elektryczna związana z ogrzewaniem, wentylacją czy klimatyzacją (HVAC – ang. Heating, Ventilation, Air Conditioning) stanowi ponad 60% całkowitego zużycia. Naukowcy z Instytutu Informatyki pracują nad projektem inteligentnego systemu, który pomoże zaoszczędzić energię elektryczną i zadba o komfort środowiska pracy. Nad optymalizacją gospodarki energetycznej w przedsiębiorstwach pochylają się wspólnie z firmą IDANET oraz Instytutem Nauki i Techniki STIPENDIUM. Nowy system zarządzania energią zagwarantuje automatyczną kontrolę efektywności energetycznej. Inteligentne monitorowanie najważniejszych parametrów powietrza (m.in. temperatury, wilgotności, ciśnienia), a także poziomu hałasu i natężenia światła pozwoli na zapewnienie najwyższych standardów miejsca pracy, jednocześnie racjonalizując zużycie energii elektrycznej. Tworzony system - METERNET-EnMS - jest inteligentnym rozszerzeniem jednego z flagowych produktów firmy IDANET, lidera projektu. Tworzony w ramach konsorcjum produkt, dzięki opracowywanym na Wydziale Fizyki Technicznej, Informatyki i Matematyki Stosowanej inteligentnym algorytmom stanowi innowację na skalę europejską i ma szansę zrewolucjonizować rynek systemów automatycznego zarządzania energią elektryczną.
Budynek pasywny
W 2021 r. zakończono prace nad pasywnym budynkiem biurowym na potrzeby administracji i studentów PŁ. Konstrukcja o powierzchni całkowitej 1600 m2, jest zasilana wyłącznie energią słoneczną, co znacznie obniża koszty eksploatacji. Budynek został zmodernizowany według najnowszych technologii. Jest wyposażony w panele fotowoltaiczne, umieszczone w oknach, na dachu i fasadzie budynku. Dodatkowo w budynku zainstalowane są pompy ciepła, co umożliwia ograniczenie zużycia energii potrzebnej do bieżącej eksploatacji. Przekłada się to na odpowiednio mniejszą emisję szkodliwych substancji do atmosfery. Więcej informacji.
Ministerstwo Funduszy i Polityki Regionalnej przekazało PŁ 11,5 mln zł na termomodernizację dwóch budynków uczelni. Środki pochodzą z unijnego programu Infrastruktura i Środowisko 2014-2020. Pierwszy z modernizowanych budynków to przyszła siedziba Centrum Doskonałości Projektowania Uniwersalnego (miejsce kształcenia kadr, które będą tworzyć nowe rozwiązania zapewniające społeczną dostępność), a drugi - siedziba przedszkola dla dzieci pracowników, doktorantów i studentów PŁ. Projekt pozwoli skutecznie zaadaptować dwa stare budynki znajdujące się w Kampusie A. Termomodernizacja budynków PŁ przyczyni się do zmniejszenia zużycia energii oraz emisji dwutlenku węgla.
Politechnika Łódzka ma w swojej ofercie kształcenia szereg kierunków, w programach których znajdują się przedmioty dotyczące produkcji i przetwarzania czystej energii. Tematyka przedmiotów koncentruje się na produkcji, transferze i dystrybucji energii. Ekologiczne źródła energii to przykład specjalności realizowanej na studiach II stopnia na Wydziale Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska w ramach kierunku Inżyniera środowiska. Natomiast na Wydziale Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska realizowane są zajęcia związane zarówno z alternatywnymi/ odnawialnymi źródłami energii, jak i z budownictwem zrównoważonym m.in. na kierunku Inżynieria środowiska w budownictwie.
Absolwenci PŁ znajdują zatrudnienie w firmach i instytucjach, zajmujących się projektowaniem i instalacjami urządzeń, wykorzystujących odnawialne źródła energii, w energetyce oraz ciepłownictwie, a także w regionalnych i samorządowych agencjach, działających w ramach odnawialnych źródeł energii i energooszczędności oraz w instytucjach naukowych. Studenci biorą udział w projektach naukowych związanych z odnawialnymi źródłami energii. PŁ posiada nowoczesne laboratoria dydaktyczne m. in. zagospodarowania odpadów, czy nowoczesne stanowiska laboratoryjne do badania pomp ciepła, kolektorów słonecznych.