Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΚΑΙ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΘΗΝΑ ΙΟΥΝΙΟΣ 2011 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΕΤΑΛΛΕΙΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΚΑΙ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΘΗΝΑ ΙΟΥΝΙΟΣ 2011 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΕΤΑΛΛΕΙΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΚΑΙ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΘΗΝΑ ΙΟΥΝΙΟΣ 2011 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΕΤΑΛΛΕΙΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ E.M.Π

2 ΕΝΟΤΗΤΕΣ Παγκόσμια Ενεργειακή Κατάσταση Το νερό ως εναλλακτική μορφή ενέργειας - Υδρογόνο Τεχνολογία - Παραγωγή Υδρογόνου Αποθήκευση και Μεταφορά Υδρογόνου Παραγωγή Ενέργειας Προβλήματα τεχνολογίας υδρογόνου Η πρόταση της Ομάδας μας. Συμπεράσματα

3 Παγκόσμια Ενεργειακή Κατάσταση Αυξανόμενη χρήση ορυκτών καυσίμων Αύξηση θερμοκρασίας του πλανήτη έως 6.2 ºC μέχρι το 2100 Εξαφάνιση χλωρίδας - πανίδας Αύξηση ασθενειών Παραγωγές χώρες (Μέση Ανατολή) με πολιτική αστάθεια Οικονομική ύφεση (Πηγή: Hadley Centre for Climate Prediction and Research

4 Πηγή: IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) Παγκόσμια Ενεργειακή Κατάσταση

5 Παγκόσμια Κατανάλωση Ενέργειας (Quadrillion Btu) Πηγή: EIA International Energy Outlook (2007) Ιστορικά Πρόβλεψη Η μεγαλύτερη αύξηση στην κατανάλωση θα σημειωθεί στις αναδυόμενες οικονομίες CAGR ( ): 1.80% CAGR = Compounded Annual Growth Rate: Ολικός ετήσιος ρυθμός ανάπτυξης

6  Μόλυνση περιβάλλοντος + δραματική αύξηση παγκόσμιου πληθυσμού συνεπάγονται την εξάντληση ορυκτών καυσίμων Παγκόσμια Ενεργειακή Κατάσταση Ηλιακή Αιολική Υδροηλεκτρική Γεωθερμία Βιομάζα Πυρηνική Το 85% της παγκόσμιας ενέργειας προέρχεται από ορυκτά καύσιμα (40% πετρέλαιο, 22% άνθρακας, 23% φυσικό αέριο). Για κάθε νέο βαρέλι συμβατικού αργού πετρελαίου καταναλώνονται περίπου δύο. Εναλλακτικές Μορφές Ενέργειας o Διαλείπουσα διαθεσιμότητα o Περιορισμένη απόδοση o Παραγωγή ισχύος με διακυμάνσεις o Κίνδυνος ατυχημάτων

7 “Water will be the coal of the future.” -Jules Verne, 1874 Το νερό ως εναλλακτική μορφή ενέργειας - Υδρογόνο  Κυψέλες καυσίμου (Fuel Cells): Μετατροπή του υδρογόνου σε ηλεκτρική και θερμική ενέργεια (Christian Friedrich Schönbein (1838), Stanley Meyer, (1990)) Υδρογόνο  Είναι το πλέον άφθονο στοιχείο στο Σύμπαν  Απαντά σε αφθονία στους υδρογονάνθρακες, στα φυτά και στη βιομάζα Λόγω του Η 2, το Η 2 Ο αποτελεί μια τεράστια δεξαμενή καυσίμου

8 Το νερό ως εναλλακτική μορφή ενέργειας - Υδρογόνο  Το υδρογόνο (άρα και το νερό) είναι φορέας και όχι πρωτογενής πηγή ενέργειας  Οι δεσμοί υδρογόνου προσδίδουν στο νερό ασυνήθιστες φυσικές ιδιότητες (πυκνότητα, ιξώδες, επιφανειακή τάση, σημεία ζέσεως και πήξεως, κλπ.)  Η περιεχόμενη στο νερό ενέργεια οφείλεται στην ενέργεια των δεσμών υδρογόνου (περίπου 30 ΚJ/mol). Κάθε μόριο ύδατος συμμετέχει κατά μέσο όρο σε 3.59 δεσμούς υδρογόνου, στους 25 O C. Το υδρογόνο εμφανίζει το υψηλότερο ενεργειακό περιεχόμενο ανά μονάδα βάρους από οποιοδήποτε άλλο γνωστό καύσιμο, KJ/Kg. Περίπου 3 φορές μεγαλύτερο από αυτό της βενζίνης και 2 φορές από του φυσικού αερίου.

9 Αφθονία στη φύση Υψηλό ενεργειακό περιεχόμενο (ένα ποτήρι περιέχει τόσο Η 2, όσο Χρειάζεται ένα αυτοκίνητο για 100 χλμ) Υψηλός λόγος ενέργειας/βάρος (η καύση 1 kg υδρογόνου παράγει kJ) Καίγεται με το οξυγόνο παράγοντας μόνο νερό και θερμότητα Tο ίδιο ακίνδυνο με τη βενζίνη, το diesel ή το φυσικό αέριο. Λιγότερο εύφλεκτο απουσία αέρα Ποικιλία μεθόδων παραγωγής Μεγαλύτερος βαθμός (90% σε Κ.Κ.) ενερ- γειακής μετατροπής σε σχέση με τις ΜΕΚ (35%) Το νερό ως εναλλακτική μορφή ενέργειας - Υδρογόνο o Άχρωμο και άοσμο (δυσκολία στην ανίχνευση σε περίπτωση διαρροής) o Έχει σ.ζ. στους -257 Ο C (δυσκολία στην υγροποίηση) o Πολύ ελαφρύ (έχει 14.5 φορές μικρότερη πυκνότητα – (0.09 g/l) από τον αέρα) (δυσκολία στην αποθήκευση) o Ακριβή τεχνολογία (κόστος παραγωγής και κόστος κατασκευής κυψελών) o Εκτοπίζει το οξυγόνο ενός χώρου (Υπό προϋποθέσεις επικίνδυνο) o Έλλειψη οργανωμένου δικτύου διανομής ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ – ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ

10 Τεχνολογία – Παραγωγή Υδρογόνου * B. Kroposki, J. Levene, and K. Harrison, P.K. Sen, F. Novachek, Technical Report NREL/TP : Electrolysis: Information and Opportunities for Electric Power Utilities, September  Μέθοδοι Παραγωγής Υδρογόνου από Διαφορετικές Πηγές*

11 Πηγές  48% φυσικό αέριο  30% πετρέλαιο  18% άνθρακας  4% ηλεκτρόλυση Παγκόσμια παραγωγή  50 εκατ. τόννοι/έτος  Ρυθμός αύξησης 10%/ έτος Πηγή: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry Τεχνολογία – Παραγωγή Υδρογόνου  Η παγκόσμια παραγωγή υδρογόνου αντιστοιχεί στο 10% περίπου της αντίστοιχης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ισοδυναμώντας με ισχύ περίπου 200 GW  Η οικονομική αξία του παραγόμενου υδρογόνου υπολογίζεται σε περίπου 150 Μ$/έτος

12 Ι. Θερμικές Διεργασίες Παραγωγής Υδρογόνου Α. Aναμόρφωση καυσίμων βασισμένων σε C (π.χ. φυσικό αέριο) CH 4 + H 2 O  CO + 3H 2 (ΔΗ = ΚJ/mol) (Steam-hydrocarbon ~ ºC) CO + H 2 O  CO 2 + H 2 (ΔΗ = KJ/mol) (Water-gas shift reaction ~ 130ºC)  Θερμοδυναμική απόδοση συγκρίσιμη ή χειρότερη της ΜΕΚ – Κόστος διεργασίας  Παράλληλη παραγωγή CO 2  (95 % παγκόσμιας παραγωγής) Β. Αεριοποίηση βιομάζας Παραγωγή αιθανόλης ή βιο-καυσίμων υπό πίεση παρουσία υπέρθερμου ατμού Τεχνολογία – Παραγωγή Υδρογόνου C x H y + H 2 O + O 2  R(OH) z + CO + H 2 C 6 O 6 H 14 (l)+ 6 H 2 O (l)  13 H 2 (g)+ 6 CO 2 (g)

13 ΙΙ. Ηλεκτρολυτικές Διεργασίες Παραγωγής Υδρογόνου Α. Κλασική Ηλέκτρόλυση Τεχνολογία – Παραγωγή Υδρογόνου Για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών ενός ανθρώπου στην Ευρώπη, αρκεί μόνο το 2% της συνολικής κατανάλωσης νερού από αυτόν, ώστε να πραγματοποιηθεί η ηλεκτρόλυση o Για ενέργεια υδρογόνου 1 KWh, απαιτείται ηλεκτρική ενέργεια για τη διεξαγωγή της ηλεκτρόλυσης 1.4 KWh  Θεωρητική απόδοση 71% και 30-45% πραγματική Β. Ηλεκτρόλυση υψηλής θερμοκρασίας Μέρος της απαιτούμενης ενέργειας τροφοδοτείται με τη μορφή θερμικής ενέργειας (π.χ. από πυρηνικό αντιδραστήρα  Πραγματική απόδοση 45-50% Γ. Φωτο-Ηλεκτρόλυση Ηλεκτρόλυση μέσω απορρόφησης ακτινοβολίας από ημιαγωγούς κατάλληλου διακένου (π.χ. ΤιΟ 2 ) σε ξεχωριστά κελιά  χαμηλή κατανάλωση ενέργειας o Περιορισμένη απόδοση (3-32%)

14 ΙΙ. Ηλεκτρολυτικές Διεργασίες Παραγωγής Υδρογόνου Δ. Ηλεκτρόλυση μέσω Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Τεχνολογία – Παραγωγή Υδρογόνου  Η απαιτούμενη ενέργεια για την ηλεκτρόλυση μπορεί να τροφοδοτηθεί από ΑΠΕ: Αιολική ενέργεια Φωτοβολταϊκά Υδροηλεκτρική ενέργεια Γεωθερμία o Η απόδοση κυμαίνεται χαμηλά (5-10%), ενώ πρέπει να συνυπολογιστεί το κόστος εγκατάστασης o Ηλεκτρόλυση = Μη αποδοτική διεργασία για την παραγωγή H 2

15 Heat H 2 SO 4 ½ O 2 + SO 2 + H 2 O 830 o C H 2 SO 4 + 2HI ½ I 2 + SO 2 + 3H 2 O 120 o C SO 2,O 2,H 2 O ½ O 2 H2OH2O 2 HI I 2 + H 2 H2H2 320 o C Heat H 2 SO 4,(H 2 O) 2HI,(I 2,H 2 O)I 2,(H 2 O) Τεχνολογία – Παραγωγή Υδρογόνου ΙΙΙ. Θερμοχημικοί Κύκλοι Παραγωγής Υδρογόνου Διάσπαση νερού από κυκλικές ενδόθερμες χημικές αντιδράσεις Απόδοση 45-50% Δεν παράγεται CO 2 o Απαίτηση υψηλών θερμοκρασιών  Υψηλη κατανάλωση ενέργειας

16 Αποθήκευση και Μεταφορά Υδρογόνου Μικρό ενεργειακό περιεχόμενο ανά όγκο  απαιτείται συμπίεση (250 – 400 bar) σε Τ r   ενέργεια 2.5 KWh/kg (11% του ενεργειακού περιεχομένου)  όγκος και βάρος δεξαμενών (για ποσότητα καυσίμου αντίστοιχης ενός τυπικού ρεζερβουάρ απαιτείται χώρος περίπου ίσος με το χώρο αποσκευών) Ψαθυροποίηση μετάλλων (Fe, Ti)  κίνδυνος διαρροής  Κρυογενικά - Πολύπλοκη διαδικασία – μικρότερες δεξαμενές - υψηλά ποσά ενέργειας (30% του ενεργειακού περιεχομένου)  Το υγρό υδρογόνο διαστέλλεται εύκολα με μικρή αύξηση της Τ, η μόνωση των δεξαμενών επηρεάζει τη μάζα και τον όγκο τους  Απώλειες λόγω εξάτμισης (~ 2%)  Μικρότερος χώρος δεξαμενής, αλλά αναγκαιότητα διατήρησης υπέρψυξης ( O C) Α. Στην αέρια φάση  Αποθήκευση Υδρογόνου Β. Στην υγρή φάση

17 Αποθήκευση και Μεταφορά Υδρογόνου 1. Χημικά δεσμευμένο ως υδρίδιο μετάλλων Ενδογενώς ασφαλές  απαιτείται ενέργεια Ενδογενώς ασφαλές  απαιτείται ενέργεια για την αποδέσμευση του υδρογόνου Μικρός όγκος, 1/3-1/4 του όγκου συμπιεσμένου Η 2 Μικρός όγκος, 1/3-1/4 του όγκου συμπιεσμένου Η 2 Διατηρείται σε χαμηλές ή/και ατμοσφαιρική πίεση Διατηρείται σε χαμηλές ή/και ατμοσφαιρική πίεση Συστήματα μεγάλης μάζας (5Kg H 2 ~ 300Kg M x H z ) Συστήματα μεγάλης μάζας (5Kg H 2 ~ 300Kg M x H z ) Γ. Στη στερεά φάση  Αποθήκευση Υδρογόνου 2. Χημικά δεσμευμένο ως αμμωνία Εξαιρετικά υψηλές πυκνότητες ενέργειας Εξαιρετικά υψηλές πυκνότητες ενέργειας Υψηλή τοξικότητα και ενεργοβόρα διαδικασία Υψηλή τοξικότητα και ενεργοβόρα διαδικασία 3. Σε νανοδομημένες ενώσεις άνθρακα Υψηλή πυκνότητα ενέργειας Υψηλή πυκνότητα ενέργειας Πρόσφατη τεχνολογία, δεν έχουν αξιολογηθεί Πρόσφατη τεχνολογία, δεν έχουν αξιολογηθεί πειραματικά επαρκώς πλεονεκτήματα - μειονεκτήματα πειραματικά επαρκώς πλεονεκτήματα - μειονεκτήματα Πηγή: Crabtree et al., “The Hydrogen Economy, ” Physics Today, Dec 2004

18 Αποθήκευση και Μεταφορά Υδρογόνου  Μεταφορά Υδρογόνου o Σημαντικά εμπόδια λόγω τεχνικών απαιτήσεων, ιδιαίτερα στις περιπτώσεις υγροποίησης και συμπίεσης αερίου  Νέα υποδομή. Προσεγγίσεις: Πολλές μονάδες παραγωγής διασυνδεδεμένες με αγωγούς. Τοπική παραγωγή. Οικιακή παραγωγή. Ο καθένας παραγωγός της δικής του ενέργειας. Το περίσσευμα το διαθέτει σε άλλους – HEW (Hydrogen Energy Web) – Aνάπτυξη αποκεντρωμένων συστημάτων παραγωγής ενέργειας Η λύση προέρχεται από την παραγωγή υδρογόνου on-site και την ταυτόχρονη κάλυψη της ζήτησης οποιαδήποτε στιγμή, στο απαιτούμενο σημείο (on-demand)

19 Παραγωγή Ενέργειας Α. Χρήση του Υδρογόνου σε Μηχανές Εσωτερικής Καύσεως (ΜΕΚ) Πλεονεκτήματα –Υψηλή ειδική ενέργεια –Καίγεται εύκολα με παραγωγή υδρατμών –Κατάλληλο σε μηχανές Diesel με φτωχό μείγμα αέρα καυσίμου υπό υψηλή συμπίεση Μειονεκτήματα –Μικρότερη ιπποδύναμη –Μικρότερη αυτονομία –Σε σχέση με τη βενζίνη, για το ίδιο ποσό ενέργειας απαιτεί μεγαλύτερο όγκο Α. ΜΕΚ Β. ΚΥΨΕΛΕΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ

20 Παραγωγή Ενέργειας Β. Χρήση του Υδρογόνου σε Κυψέλες Καυσίμου Πλεονεκτήματα –Συνδυάζουν τα πλεονεκτήματα των συσσωρευτών (ανύπαρκτος θόρυβος, μηδενικές εκπομπές ρύπων) με τα πλεονεκτήματα των υγρών καυσίμων (υψηλή ενεργειακή απόδοση) –Απλή κατασκευή – δεν υπάρχουν κινούμενα μέρη –Προοπτική μαζικής παραγωγής (δεκαπλάσια αύξηση στην πυκνότητα ισχύος και δεκαπλάσια μείωση του κόστους κατασκευής την τελευταία 5-ετία) Μειονεκτήματα –Παραμένει ακριβή τεχνολογία –Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται στις Κ.Κ. θα πρέπει τουλάχιστον να υπο-πενταπλασιαστεί, ώστε να καταστεί βιώσιμη τεχνολογία

21  Είναι η συνηθέστερη διάταξη (ηλεκτροχημική) για την παραγωγή ενέργειας με πρώτη ύλη το υδρογόνο  Συνδυάζει το υδρογόνο με οξυγόνο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, με νερό και θερμότητα ως παραπροϊόντα  Όλες οι Κ.Κ. στηρίζονται στην ίδια λογική (αντίστροφη ηλεκτρόλυση μέσω ενός ηλεκτρολύτη και 2 ηλεκτροδίων) και διακρίνονται με βάση το είδος του ηλεκτρολύτη Παραγωγή Ενέργειας  Η ΚΥΨΕΛΗ ΚΑΥΣΙΜΟΥ H ελεύθερη ενέργεια Gibbs (άρα και η τάση) του συστήματος επηρεάζεται από: Συγκέντρωση αντιδρώντων Θερμοκρασία Πίεση

22 Παραγωγή Ενέργειας  Η ΚΥΨΕΛΗ ΚΑΥΣΙΜΟΥ Εξίσωση Nernst Ισχύς: P=VI Ενέργεια: E=VIt Πραγματική Απόδοση: 50-62% Πηγή: T. Jacob, FHI Seminar, 2004

23 ΤύποςΙόνΤnΕφαρμογές-Σημειώσεις Πολύμερ. Μεμβράνης PEM ºC 50-80% Οχήματα και φορητές διατάξεις 20 kW ΜεθανόληςDMFC ºC 35-60% Υπό ανάπτυξη – Φορητές συσκευές Πιθανή λύση στο πρόβλημα της αποθήκευσης H 2 Φωσφορικού οξέος PAFC ºC 35-45% Εμπορικά διαθέσιμες Μεγάλες μονάδες συμπαραγωγής 500 kW Στερεού οξειδίου SOFC ºC 50-60% Γεννήτριες  500 kW MW Τηγμένου άνθρακα MCFC ºC 45-60% Γεννήτριες  500 kW MW Αλκαλικού Ηλεκ/τη ΑEFC ºC 50-65% Αεροδιαστημική, 200 kW Σύγκριση διαφόρων τύπων κυψελών καυσίμου O -2 H+H+ H+H+ H+H+ OH - CO 3 -2 Παραγωγή Ενέργειας

24  ΟΦΕΛΗ ΑΠΌ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΚΥΨΕΛΩΝ ΚΑΥΣΙΜΟΥ 1. Στατικοί Σταθμοί Παραγωγής Ισχύος Ενεργειακή απεξάρτηση Φυσική ασφάλεια (π.χ. έναντι τρομοκρατικών επιθέσεων ) Απόδοση (έως και 90%) 3. Τηλεπικοινωνίες 99,99% Αξιοπιστία 4. Διατάξεις μικρής ισχύος Μεγαλύτερη αυτονομία (κινητά, προσωπικοί Η/Υ, κ.α) 2. Μεταφορές Αυτονομία Απόδοση 5. Στρατιωτικές εφαρμογές Αξιοπιστία 6. Περιβαλλοντικά οφέλη Μηδενική εκπομπή ρύπων

25 Προβλήματα Τεχνολογίας Υδρογόνου  Ι. ΑΣΦΑΛΕΙΑ o Είναι εύφλεκτο σε οποιαδήποτε αναλογία μεταξύ 3.5 και 75% v/v στον ατμοσφαιρικό αέρα. Αναφλέγεται από στατικό ηλεκτρισμό. o Θερμαινόμενο με φλόγα παρουσία Ο 2 αντιδρά βιαίως (εκρηκτικά) o Δεν μπορεί να ανιχνευθεί εύκολα (λόγω μικρού μορίου) και είναι άχρωμο και άοσμο o Πιθανή διαρροή από μεταλλικές φιάλες o Απαιτείται υψηλή πίεση κατά τη μεταφορά του (τυπικά 5-10 Kpsi) Σε σχέση με τη βενζίνη αναφλέγεται εν γένει πιο δύσκολα, λόγω της υψηλής ταχύτητας διασποράς του Το αερόπλοιο Hinderburg

26 Προβλήματα Τεχνολογίας Υδρογόνου  ΙI. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Το υδρογόνο παράγεται σήμερα κυρίως από ορυκτά καύσιμα  Παραγωγή CO 2 (φαινόμενο θερμοκηπίου) Αναγκαία η δέσμευσή του (Carbon dioxide sequestration)  Υπέργεια δέσμευση CO 2 (δέσμευση από σταθμούς ενέργειας)  Επίγεια δέσμευση CO 2 (βιολογική δέσμευση)  Υπόγεια δέσμευση CO 2 (εμπλουτισμός φτωχών C x H z )  Υποθαλάσσια δέσμευση CO 2 (αύξηση οξύτητας – πιθανότητα αποδέσμευσης στο περιβάλλον)

27 Προβλήματα Τεχνολογίας Υδρογόνου  ΙI. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΤΡΟΠΟΙ ΔΕΣΜΕΥΣΗΣ CO 2 1.Μετά την καύση ορυκτών καυσίμων και παγίδευση μέσω των απαερίων σε σταθμούς ενέργειας (post combustion capture) 2. Πριν την καύση, με αρχική μετατροπή των ορυκτών καυσίμων σε υγράεριο και παγίδευση του παραγόμενου διοξειδίου από ατμό (pre combustion capture) 3.Καύση με καθαρό οξυγόνο και παγίδευση του διοξειδίου ως απαέριο σε σταθμούς ενέργειας (oxy-fuel combustion) Πηγή: MIT Energy Laboratory, (2001)  Απαιτούνται υψηλά ποσά ενέργειας

28 Η ΠΡΟΤΑΣΗ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠ  Εκτόξευση νερού υπό πίεση σε κατάλληλη επιφάνεια (π.χ. μαγνητικά οξείδια- περοβσκίτες) και άμεση διάσπασή του στα συστατικά του, υπό επιβολή ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου  Το υδρογόνο συγκεντρώνεται σε θάλαμο αδρανούς ατμόσφαιρας, ενώ το οξυγόνο παγιδεύεται με μοριακή διάχυση ταχείας οξείδωσης σε κατάλληλο στρώμα Α. Παραγωγή υδρογόνου με απευθείας διάσπαση του νερού

29 Η ΠΡΟΤΑΣΗ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠ  Ανάπτυξη της πολυστρωματικής διάταξης και ειδικά του καταλύτη υψηλής ειδικής επιφάνειας με την τεχνική της χημικής απόθεσης ατμών (Chemical Vapor Deposition – CVD), η οποία επιτρέπει την ανάπτυξη υπέρλεπτων δομών ελεγχόμενης στοιχειομετρίας  Πολύ μικρή κατανάλωση ενέργειας  Παραγωγή υδρογόνου on demand Α. Παραγωγή υδρογόνου με απευθείας διάσπαση του νερού 2O e -  O 2 M +z + e -  M +z-1 Ι B V  Ηλεκτροχημικές ημι-αντιδράσεις με ταυτόχρονη αναγέννηση του καταλύτη  Συνεχής παραγωγή, μέχρι πλήρους εκφυλισμού της καταλυτικής δράσης

30 Η ΠΡΟΤΑΣΗ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠ  Παραγωγή υδρογόνου μέσω χημικής διεργασίας τριών σταδίων: 1.Δέσμευση αλογονούχων αλκαλίων μέσω συμπλεκτικών αντιδραστηρίων, λόγω ευνοϊκής θερμοδυναμικής 2.Αποσυμπλοκοποίηση και αναγέννηση της σύμπλεξης, μέσω ελάχιστης κατανάλωσης ενέργειας 3.Ηλεκτροδιάλυση μέσω κατάλληλων μεμβρανών σε σειρά διαλυτών κυκλικά: υδατικός – οργανικός - υδατικός B. Παραγωγή υδρογόνου από το θαλασσινό νερό Κυκλοδεξτρίνες

31 Η ΠΡΟΤΑΣΗ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠ B. Παραγωγή υδρογόνου από το θαλασσινό νερό ΘΑΛΑΣΣΙΝΟ ΝΕΡΟ ΟΡΓΑΝΙΚΟΣ ΔΙΑΛΥΤΗΣ 1 ΟΡΓΑΝΙΚΟΣ ΔΙΑΛΥΤΗΣ 2 ΥΠΕΡΚΑΘΑΡΟ ΝΕΡΟ KCl NaCl MgCl 2 CaCl 2 K + Na + Mg ++ Ca ++ CDCEM 1CEM Cl H+H+ K + Na + H + K + Na + + Q CD: Cyclodextrin, CEM:Cation Exchange Membrane  Συνεχής σύμπλεξη-αποσύμπλεξη αλκαλοϊόντων από το θαλασσινό νερό  Παραγωγή υδρογόνου-θερμικής ενέργειας με μικρή κατανάλωση ενέργειας  Aπόδοση συστήματος; R

32 1. ΠΑΓΙΔΕΥΣΗ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΑΠΟ ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ  Κυκλική Χημική Καύση (Chemical Looping Combustion) - CLC Η ΠΡΟΤΑΣΗ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠ  ΟΛΙΣΤΙΚΗ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ Οξείδωση (εξώθερμη): M + 1/2O 2  MO Αναγωγή (ενδόθερμη): CH 4 + 4MO  CO 2 + 2H 2 O + 4M  Φορέας οξυγόνου, ένα οξείδιο μετάλλου  Το οξείδιο αντιδρά με υγρό, στερεό ή άεριο καύσιμο εντός ρευστοποιημένης κλίνης (Fluidized Bed Reactor) παράγοντας νανοσωματίδια μετάλλου, νερό και διοξείδιοτου άνθρακα  Το CO 2 απομακρύνεται μετά από συμπύκνωση του νερού, ενώ τα μεταλλικά σωματίδια ανακυκλώνονται σε γειτονική κλίνη (αντιδραστήρα)  Στη συνέχεια, οξειδώνονται υπό έκλυση θερμότητας και μεταφέρονται στην αρχική κλίνη Βιώσιμη Λύση-Μικρή Κατανάλωση Ενέργειας

33 Α. ΑΝΑΚΤΗΣΗ ΕΥΓΕΝΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩN Ανάκτηση Pt, Pd, Rh με υδρομεταλλλουργικές τεχνικές 3-7g Pt και ~15g Pt σε αυτοκίνητα – φορτηγά, με την αξία της να κυμαίνεται μεταξύ 1500 και 2500 €/ουγγιά Η ΠΡΟΤΑΣΗ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠ  ΟΛΙΣΤΙΚΗ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ 2. ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΤΑΛΥΤΩΝ ΣΥΜΒΑΤΙΚΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ Β. ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΑΤΑΛΥΤΗ  Η έξοδος του καταλύτη είναι δυνατόν να οδηγηθεί στην είσοδο γειτονικής ρευστοποιημένης κλίνης, κατά τα πρότυπα της κυκλικής χημικής καύσης (CLC) 2CO + O 2 → 2CO 2 C x H 2x+2 + [(3x+1)/2]O 2 → xCO 2 + (x+1)H 2 O 2NO x → xO 2 + N 2 Τυπικές αντιδράσεις εντός του καταλύτη  Ταυτόχρονα παραγωγή ενέργειας (θερμικής) και δέσμευση CO 2

34  Ανάπτυξη δικτύου διανομής υδρογόνου παρόμοιο με τα υπάρχοντα ηλεκτρικά δίκτυα. Η ΠΡΟΤΑΣΗ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠ

35 ΥΔΡΟΓΟΝΟ: ΤΟ ΚΑΥΣΙΜΟ ΤΟΥ ΜΕΛΛΟΝΤΟΣ Η ΠΡΟΤΑΣΗ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠ

36 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ  Το υδρογόνο αποτελεί βιώσιμη εναλλακτική στα ορυκτά καύσιμα, ως πρώτη ύλη είτε σε ΜΕΚ, είτε σε Κ.Κ  Το πρόβλημα της αποθήκευσης και διανομής μπορεί σε μεγάλο βαθμό να αντιμετωπιστεί με επί τόπου παραγωγή Η 2  Διαφορετικοί τρόποι παραγωγής-αποθήκευσης είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν συνδυαστικά  Το πρόβλημα της ενέργειας απαιτεί ολιστική αντιμετώπιση, ώστε να πολλαπλασιαστούν τα οφέλη από τη χρήση διαφορετικής τεχνολογίας ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΡΟΚΛΗΣΗ


Κατέβασμα ppt "ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΚΑΙ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΘΗΝΑ ΙΟΥΝΙΟΣ 2011 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΕΤΑΛΛΕΙΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google