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

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

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

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

Παγκόσμια Ενεργειακή Κατάσταση Ιστορικά Πρόβλεψη CAGR (1970-2015): 1.80% Παγκόσμια Κατανάλωση Ενέργειας 1970-2025 (Quadrillion Btu) Η μεγαλύτερη αύξηση στην κατανάλωση θα σημειωθεί στις αναδυόμενες οικονομίες CAGR = Compounded Annual Growth Rate: Ολικός ετήσιος ρυθμός ανάπτυξης Πηγή: EIA International Energy Outlook (2007)

Εναλλακτικές Μορφές Ενέργειας Παγκόσμια Ενεργειακή Κατάσταση 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. Μόλυνση περιβάλλοντος + δραματική αύξηση παγκόσμιου πληθυσμού συνεπάγονται την εξάντληση ορυκτών καυσίμων Εναλλακτικές Μορφές Ενέργειας Ηλιακή Αιολική Υδροηλεκτρική Γεωθερμία Βιομάζα Πυρηνική Διαλείπουσα διαθεσιμότητα Περιορισμένη απόδοση Παραγωγή ισχύος με διακυμάνσεις Κίνδυνος ατυχημάτων

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)) Λόγω του Η2, το Η2Ο αποτελεί μια τεράστια δεξαμενή καυσίμου Υδρογόνο Είναι το πλέον άφθονο στοιχείο στο Σύμπαν Απαντά σε αφθονία στους υδρογονάνθρακες, στα φυτά και στη βιομάζα “Water will be the coal of the future.” -Jules Verne, 1874

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 OC. Το υδρογόνο εμφανίζει το υψηλότερο ενεργειακό περιεχόμενο ανά μονάδα βάρους από οποιοδήποτε άλλο γνωστό καύσιμο, 120.7 KJ/Kg. Περίπου 3 φορές μεγαλύτερο από αυτό της βενζίνης και 2 φορές από του φυσικού αερίου.

Το νερό ως εναλλακτική μορφή ενέργειας - Υδρογόνο ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ – ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ Αφθονία στη φύση Υψηλό ενεργειακό περιεχόμενο (ένα ποτήρι περιέχει τόσο Η2, όσο Χρειάζεται ένα αυτοκίνητο για 100 χλμ) Υψηλός λόγος ενέργειας/βάρος (η καύση 1 kg υδρογόνου παράγει 119.972 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%) Άχρωμο και άοσμο (δυσκολία στην ανίχνευση σε περίπτωση διαρροής) Έχει σ.ζ. στους -257 ΟC (δυσκολία στην υγροποίηση) Πολύ ελαφρύ (έχει 14.5 φορές μικρότερη πυκνότητα – (0.09 g/l) από τον αέρα) (δυσκολία στην αποθήκευση) Ακριβή τεχνολογία (κόστος παραγωγής και κόστος κατασκευής κυψελών) Εκτοπίζει το οξυγόνο ενός χώρου (Υπό προϋποθέσεις επικίνδυνο) Έλλειψη οργανωμένου δικτύου διανομής

Τεχνολογία – Παραγωγή Υδρογόνου Μέθοδοι Παραγωγής Υδρογόνου από Διαφορετικές Πηγές* * B. Kroposki, J. Levene, and K. Harrison, P.K. Sen, F. Novachek, Technical Report NREL/TP-581-40605: Electrolysis: Information and Opportunities for Electric Power Utilities, September 2006.

Τεχνολογία – Παραγωγή Υδρογόνου 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 Hydrogen production is a large and growing industry. Globally, about 50 million metric tons of hydrogen were produced in 2004; the growth rate is about 10% per year. The energy in the current flow corresponds to about 200 gigawatts. Within the U.S., production was about 11 million metric tons, or 48 GW (10.8% of the average U.S. total electric production of 442 GW in 2003). Because hydrogen storage and transport are so expensive, most hydrogen is currently produced locally, and used immediately, generally by the same company producing it. As of 2005, the economic value of all hydrogen produced is about $135 billion per year. 48% of current hydrogen production is from natural gas, 30% is from oil, 18% is from coal, and electrolysis accounts for about 4%. http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_economy Η παγκόσμια παραγωγή υδρογόνου αντιστοιχεί στο 10% περίπου της αντίστοιχης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ισοδυναμώντας με ισχύ περίπου 200 GW Η οικονομική αξία του παραγόμενου υδρογόνου υπολογίζεται σε περίπου 150 Μ$/έτος

Τεχνολογία – Παραγωγή Υδρογόνου Ι. Θερμικές Διεργασίες Παραγωγής Υδρογόνου Α. Aναμόρφωση καυσίμων βασισμένων σε C (π.χ. φυσικό αέριο) CH4 + H2O  CO + 3H2 (ΔΗ = -191.7 ΚJ/mol) (Steam-hydrocarbon ~ 700-1100 ºC) CO + H2O  CO2 + H2 (ΔΗ = +40.4 KJ/mol) (Water-gas shift reaction ~ 130ºC) Θερμοδυναμική απόδοση συγκρίσιμη ή χειρότερη της ΜΕΚ – Κόστος διεργασίας Παράλληλη παραγωγή CO2  (95 % παγκόσμιας παραγωγής) Β. Αεριοποίηση βιομάζας Παραγωγή αιθανόλης ή βιο-καυσίμων υπό πίεση παρουσία υπέρθερμου ατμού CxHy + H2O + O2  R(OH)z + CO + H2 C6O6H14 (l)+ 6 H2O (l)  13 H2 (g)+ 6 CO2 (g)

Τεχνολογία – Παραγωγή Υδρογόνου ΙΙ. Ηλεκτρολυτικές Διεργασίες Παραγωγής Υδρογόνου Α. Κλασική Ηλέκτρόλυση 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 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. ΤιΟ2) σε ξεχωριστά κελιά  χαμηλή κατανάλωση ενέργειας Περιορισμένη απόδοση (3-32%)

Τεχνολογία – Παραγωγή Υδρογόνου ΙΙ. Ηλεκτρολυτικές Διεργασίες Παραγωγής Υδρογόνου Δ. Ηλεκτρόλυση μέσω Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Η απαιτούμενη ενέργεια για την ηλεκτρόλυση μπορεί να τροφοδοτηθεί από ΑΠΕ: Αιολική ενέργεια Φωτοβολταϊκά Υδροηλεκτρική ενέργεια Γεωθερμία Η απόδοση κυμαίνεται χαμηλά (5-10%), ενώ πρέπει να συνυπολογιστεί το κόστος εγκατάστασης Ηλεκτρόλυση = Μη αποδοτική διεργασία για την παραγωγή H2

Τεχνολογία – Παραγωγή Υδρογόνου ΙΙΙ. Θερμοχημικοί Κύκλοι Παραγωγής Υδρογόνου Διάσπαση νερού από κυκλικές ενδόθερμες χημικές αντιδράσεις Απόδοση 45-50% Δεν παράγεται CO2 Απαίτηση υψηλών θερμοκρασιών  Υψηλη κατανάλωση ενέργειας Heat H2SO4 ½ O2 + SO2 + H2O 830oC H2SO4,(H2O) SO2,O2,H2O H2SO4 + 2HI ½ I2 + SO2 + 3H2O 120oC ½ O2 H2O 2HI,(I2,H2O) I2,(H2O) Heat 2 HI I2 + H2 H2 320oC

Αποθήκευση και Μεταφορά Υδρογόνου Αποθήκευση Υδρογόνου Α. Στην αέρια φάση Μικρό ενεργειακό περιεχόμενο ανά όγκο  απαιτείται συμπίεση (250 – 400 bar) σε Τr   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 Β. Στην υγρή φάση 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 (-120 - -196 OC)

Αποθήκευση και Μεταφορά Υδρογόνου Αποθήκευση Υδρογόνου Γ. Στη στερεά φάση 1. Χημικά δεσμευμένο ως υδρίδιο μετάλλων Ενδογενώς ασφαλές  απαιτείται ενέργεια για την αποδέσμευση του υδρογόνου Μικρός όγκος, 1/3-1/4 του όγκου συμπιεσμένου Η2 Διατηρείται σε χαμηλές ή/και ατμοσφαιρική πίεση Συστήματα μεγάλης μάζας (5Kg H2 ~ 300Kg MxHz) Πηγή: Crabtree et al., “The Hydrogen Economy, ” Physics Today, Dec 2004 2. Χημικά δεσμευμένο ως αμμωνία Εξαιρετικά υψηλές πυκνότητες ενέργειας Υψηλή τοξικότητα και ενεργοβόρα διαδικασία 3. Σε νανοδομημένες ενώσεις άνθρακα Υψηλή πυκνότητα ενέργειας Πρόσφατη τεχνολογία, δεν έχουν αξιολογηθεί πειραματικά επαρκώς πλεονεκτήματα - μειονεκτήματα

Αποθήκευση και Μεταφορά Υδρογόνου 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)

Παραγωγή Ενέργειας Α. ΜΕΚ Β. ΚΥΨΕΛΕΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ Α. ΜΕΚ Β. ΚΥΨΕΛΕΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ 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

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

Παραγωγή Ενέργειας Η ΚΥΨΕΛΗ ΚΑΥΣΙΜΟΥ 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 H ελεύθερη ενέργεια Gibbs (άρα και η τάση) του συστήματος επηρεάζεται από: Συγκέντρωση αντιδρώντων Θερμοκρασία Πίεση http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/fuelcells/fc_types.html#pem

Παραγωγή Ενέργειας Η ΚΥΨΕΛΗ ΚΑΥΣΙΜΟΥ Πραγματική Απόδοση: 50-62% Εξίσωση Nernst http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/fuelcells/fc_types.html#pem Ισχύς: P=VI Ενέργεια: E=VIt Πηγή: T. Jacob, FHI Seminar, 2004 Πραγματική Απόδοση: 50-62%

Σύγκριση διαφόρων τύπων κυψελών καυσίμου Παραγωγή Ενέργειας Σύγκριση διαφόρων τύπων κυψελών καυσίμου Τύπος Ιόν Τ n Εφαρμογές-Σημειώσεις Πολύμερ. Μεμβράνης PEM 70-90 ºC 50-80% Οχήματα και φορητές διατάξεις 20 kW Μεθανόλης DMFC 35-60% Υπό ανάπτυξη – Φορητές συσκευές Πιθανή λύση στο πρόβλημα της αποθήκευσης H2 Φωσφορικού οξέος PAFC 150-210 ºC 35-45% Εμπορικά διαθέσιμες Μεγάλες μονάδες συμπαραγωγής 500 kW Στερεού οξειδίου SOFC 1000-1100 ºC 50-60% Γεννήτριες 500 kW - 100 MW Τηγμένου άνθρακα MCFC 550-650 ºC 45-60% Γεννήτριες  500 kW - 100 MW Αλκαλικού Ηλεκ/τη ΑEFC 50-65% Αεροδιαστημική, 200 kW H+ H+ H+ O-2 CO3-2 OH-

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

Προβλήματα Τεχνολογίας Υδρογόνου Ι. ΑΣΦΑΛΕΙΑ Είναι εύφλεκτο σε οποιαδήποτε αναλογία μεταξύ 3.5 και 75% v/v στον ατμοσφαιρικό αέρα. Αναφλέγεται από στατικό ηλεκτρισμό. Θερμαινόμενο με φλόγα παρουσία Ο2 αντιδρά βιαίως (εκρηκτικά) Δεν μπορεί να ανιχνευθεί εύκολα (λόγω μικρού μορίου) και είναι άχρωμο και άοσμο Πιθανή διαρροή από μεταλλικές φιάλες 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

Προβλήματα Τεχνολογίας Υδρογόνου ΙI. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Το υδρογόνο παράγεται σήμερα κυρίως από ορυκτά καύσιμα  Παραγωγή CO2 (φαινόμενο θερμοκηπίου) Αναγκαία η δέσμευσή του (Carbon dioxide sequestration) Υπέργεια δέσμευση CO2 (δέσμευση από σταθμούς ενέργειας) Επίγεια δέσμευση CO2 (βιολογική δέσμευση) Υπόγεια δέσμευση CO2 (εμπλουτισμός φτωχών CxHz) Υποθαλάσσια δέσμευση CO2 (αύξηση οξύτητας – πιθανότητα αποδέσμευσης στο περιβάλλον)

Προβλήματα Τεχνολογίας Υδρογόνου ΙI. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΤΡΟΠΟΙ ΔΕΣΜΕΥΣΗΣ CO2 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) 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

Η ΠΡΟΤΑΣΗ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠ Α. Παραγωγή υδρογόνου με απευθείας διάσπαση του νερού 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

Η ΠΡΟΤΑΣΗ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠ Α. Παραγωγή υδρογόνου με απευθείας διάσπαση του νερού 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 B 2O-2 - 4e-  O2 Ηλεκτροχημικές ημι-αντιδράσεις με ταυτόχρονη αναγέννηση του καταλύτη Συνεχής παραγωγή, μέχρι πλήρους εκφυλισμού της καταλυτικής δράσης V Ι M+z + e-  M+z-1 Πολύ μικρή κατανάλωση ενέργειας Παραγωγή υδρογόνου on demand

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

+ Q Η ΠΡΟΤΑΣΗ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠ - B. Παραγωγή υδρογόνου από το θαλασσινό νερό Συνεχής σύμπλεξη-αποσύμπλεξη αλκαλοϊόντων από το θαλασσινό νερό Cl2 + - CD CEM 1 CEM 2 KCl NaCl MgCl2 CaCl2 K+ Na+ Mg++ Ca++ H+ K+ Na+ H+ + Q K+ Na+ ΘΑΛΑΣΣΙΝΟ ΝΕΡΟ ΟΡΓΑΝΙΚΟΣ ΔΙΑΛΥΤΗΣ 1 ΟΡΓΑΝΙΚΟΣ ΔΙΑΛΥΤΗΣ 2 ΥΠΕΡΚΑΘΑΡΟ ΝΕΡΟ R - + CD: Cyclodextrin, CEM:Cation Exchange Membrane Παραγωγή υδρογόνου-θερμικής ενέργειας με μικρή κατανάλωση ενέργειας Aπόδοση συστήματος;

Η ΠΡΟΤΑΣΗ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠ ΟΛΙΣΤΙΚΗ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ 1. ΠΑΓΙΔΕΥΣΗ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΑΠΟ ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Κυκλική Χημική Καύση (Chemical Looping Combustion) - CLC 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 CO2 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 Οξείδωση (εξώθερμη): M + 1/2O2  MO Αναγωγή (ενδόθερμη): CH4 + 4MO  CO2 + 2H2O + 4M Βιώσιμη Λύση-Μικρή Κατανάλωση Ενέργειας

Η ΠΡΟΤΑΣΗ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠ ΟΛΙΣΤΙΚΗ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ 2. ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΤΑΛΥΤΩΝ ΣΥΜΒΑΤΙΚΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ 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 Β. ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΑΤΑΛΥΤΗ 2CO + O2 → 2CO2 Τυπικές αντιδράσεις εντός του καταλύτη CxH2x+2 + [(3x+1)/2]O2 → xCO2 + (x+1)H2O 2NOx → xO2 + N2 Η έξοδος του καταλύτη είναι δυνατόν να οδηγηθεί στην είσοδο γειτονικής ρευστοποιημένης κλίνης, κατά τα πρότυπα της κυκλικής χημικής καύσης (CLC) Ταυτόχρονα παραγωγή ενέργειας (θερμικής) και δέσμευση CO2

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

Η ΠΡΟΤΑΣΗ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠ ΥΔΡΟΓΟΝΟ: ΤΟ ΚΑΥΣΙΜΟ ΤΟΥ ΜΕΛΛΟΝΤΟΣ Space shuttle, hydrogen plant, blue lagoon iceland and electric power plant, bush and hydrogen car

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΡΟΚΛΗΣΗ 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 Η2 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