«Παραγωγι υδρογόνου ωσ εναλλακτικοφ καυςίμου από Ανανεϊςιμεσ Πθγζσ Ενζργειασ και χριςθ του ωσ εναλλακτικι πθγι ενζργειασ.»

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΣΟΒΙΟ ΠΟΛΤΣΕΧΝΕΙΟ ΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΑΣΜΗΜΑΣΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΣΑΠΣΤΧΙΑΚΩΝ ΠΟΤΔΩΝ (ΔΠΜ) ΤΣΗΜΑΣΑ ΑΤΣΟΜΑΣΙΜΟΤ Διευκυντισ: Κακθγθτισ Ευάγγελοσ Παπαδόπουλοσ ΣΗΛ. 210-772-1440, FAX 210-772-1455, email: egpapado@central.ntua.gr ΜΕΣΑΠΣΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΙΑ «Παραγωγι υδρογόνου ωσ εναλλακτικοφ καυςίμου από Ανανεϊςιμεσ Πθγζσ Ενζργειασ και χριςθ του ωσ εναλλακτικι πθγι ενζργειασ.» τρατάκθ Κ. Χρυςάνκθ Μθχανικόσ Ραραγωγισ και Διοίκθςθσ Ρολυτεχνείου Κριτθσ Επιβλζπων : Δρ. Ευάγγελοσ Γ. Καπετάνιοσ Ακινα, Οκτϊβριοσ 2012

...ςτουσ γονείσ μου Κϊςτα & Μαρία 2

Copyright τρατάκθ Κ. Χρυςάνκθ, 2012 Με επιφφλαξθ παντόσ δικαιϊματοσ. All rights reserved. Απαγορεφεται θ αντιγραφι, αποκικευςθ και διανομι τθσ παροφςασ εργαςίασ, εξ ολοκλιρου ι τμιματοσ αυτισ για εμπορικό ςκοπό. Επιτρζπεται θ ανατφπωςθ, αποκικευςθ και διανομι για ςκοπό μθ κερδοςκοπικό, εκπαιδευτικισ ι ερευνθτικισ φφςθσ, υπό τθν προχπόκεςθ να αναφζρεται θ πθγι προζλευςθσ και να διατθρείται το παρόν μινυμα. Ερωτιματα που αφοροφν τθ χριςθ τθσ εργαςίασ για κερδοςκοπικό ςκοπό πρζπει να απευκφνονται προσ τον ςυγγραφζα. Οι απόψεισ και τα ςυμπεράςματα που περιζχονται ςε αυτό το ζγγραφο εκφράηουν τον ςυγγραφζα και δεν πρζπει να ερμθνευκεί ότι αντιπροςωπεφουν τισ επίςθμεσ κζςεισ του Εκνικοφ Μετςόβιου Ρολυτεχνείου. 3

Πρόλογοσ Ευχαριςτίεσ Με τθν παροφςα διπλωματικι εργαςία κλείνει ο κφκλοσ των μεταπτυχιακϊν μου ςπουδϊν ςτο τμιμα των Μθχανολόγων Μθχανικϊν του Ε.Μ.Ρ. Στο ςθμείο αυτό κα ικελα να ευχαριςτιςω όλουσ όςουσ ςυνζβαλλαν ςτθν προςπάκειά μου αυτι με οποιοδιποτε τρόπο. Αρχικά κα ικελα να ευχαριςτιςω τον επιβλζποντα τθσ εργαςίασ αυτισ, Δρ. Ευάγγελο Καπετάνιο, για τισ πολφτιμεσ ςυμβουλζσ του και τθν κακοδιγθςι του, οι οποίεσ ιταν απαραίτθτεσ για τθν επιτυχι ολοκλιρωςι των ςπουδϊν μου, κακϊσ και για τισ γνϊςεισ που απζκτθςα ςχετικά με Διεργαςίεσ, Τεχνικζσ και Τεχνολογίεσ Αντιμετϊπιςθσ τθσ φπανςθσ. Στθ ςυνζχεια κα ικελα να ευχαριςτιςω τα μζλθ τθσ εξεταςτικισ μου επιτροπισ, τθν κυρία Φοφντθ Μαρία και τον κφριο Αντωνιάδθ Λωάννθ, για το χρόνο που μου αφιζρωςαν και τθν προςοχι που ζδειξαν. Τζλοσ να ευχαριςτιςω όλουσ τουσ ςυγγενείσ και φίλουσ μου για τθν ςυμπαράςταςι τουσ όλο αυτό τον καιρό και κυρίωσ τουσ γονείσ μου για τθν πολφτιμι τουσ βοικεια και ςτιριξθ όλα αυτά τα χρόνια. Τθ μθτζρα μου που είναι πάντα δίπλα μου και με ςυμβουλεφει και τον πατζρα μου, που ωσ ζμπειροσ μθχανικόσ και γνϊςτθσ του αντικειμζνου, ιταν το πρότυπό μου από μικρι για να φτάςω εδϊ. Χωρίσ αυτοφσ τίποτα δεν κα ιταν εφικτό. 4

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το υδρογόνο είναι το πιο άφκονο ςτοιχείο ςτο ςφμπαν. Ραρά τθν απλότθτα και τθν αφκονία του, το υδρογόνο δεν υπάρχει φυςικά ωσ αζριο ςτθ Γθ - είναι πάντα ςε ςυνδυαςμό με άλλα ςτοιχεία. [4] Στον κόςμο ςιμερα παράγονται τεράςτιεσ ποςότθτεσ υδρογόνου για βιομθχανικοφσ και εμπορικοφσ ςκοποφσ, κατά πάςα πικανότθτα πάνω από 50 εκατ. τόνουσ / ζτοσ. Αλλά το μεγαλφτερο μζροσ αυτισ τθσ παραγωγισ βαςίηεται ςτθν ενζργεια από ορυκτά καφςιμα, είτε με αναμόρφωςθ φυςικοφ αερίου, είτε με θλεκτρόλυςθ χρθςιμοποιϊντασ θλεκτρικι ενζργεια που παράγεται από άνκρακα, φυςικό αζριο, πετρζλαιο ι πυρθνικι ενζργεια. [5] Μερικά φφκια και βακτιρια, χρθςιμοποιϊντασ θλιακό φωσ ωσ πθγι ενζργειασ, εκλφουν υδρογόνο υπό οριςμζνεσ ςυνκικεσ. Το υδρογόνο ζχει υψθλό περιεχόμενο ςε ενζργεια, αλλά μια μθχανι που καίει κακαρό υδρογόνο δεν παράγει ςχεδόν κακόλου ρφπουσ, παράγοντασ ζνα κακαρό παραπροϊόν, κακαρό νερό. Μια κυψζλθ καυςίμου ςυνδυάηει υδρογόνο και οξυγόνο για τθν παραγωγι θλεκτριςμοφ, κερμότθτασ, και νεροφ. Οι κυψζλεσ καυςίμου ςυχνά ςυγκρίνονται με μπαταρίεσ. Και οι δυο μετατρζπουν τθν ενζργεια που παράγεται από μία χθμικι αντίδραςθ ςε χριςιμθ θλεκτρικι ιςχφ. Ωςτόςο, θ κυψζλθ καυςίμου κα παράγει θλεκτριςμό όςο παρζχεται καφςιμο (υδρογόνο), μθ χάνοντασ ποτζ το φορτίο τθσ. Οι κυψζλεσ καυςίμου είναι μια πολλά υποςχόμενθ τεχνολογία για χριςθ ωσ πθγι κερμότθτασ και θλεκτρικισ ενζργειασ για κτίρια, και ωσ πθγι θλεκτρικισ ενζργειασ για τουσ θλεκτρικοφσ κινθτιρεσ οχθμάτων πρόωςθσ. Οι κυψζλεσ καυςίμου λειτουργοφν καλφτερα με κακαρό υδρογόνο. Αλλά καφςιμα όπωσ το φυςικό αζριο, μεκανόλθ, ι ακόμθ βενηίνθ μποροφν να αναμορφωκοφν για τθν παραγωγι του υδρογόνου που απαιτείται για τισ κυψζλεσ καυςίμου. Μερικζσ κυψζλεσ καυςίμου μποροφν ακόμα και να τροφοδοτοφνται απευκείασ με μεκανόλθ, χωρίσ τθ χριςθ ςυςτιματοσ αναμόρφωςθσ. Στο μζλλον, το υδρογόνο κα μποροφςε να ενταχκεί ςτθν θλεκτρικι ενζργεια ωσ ζνασ ςθμαντικόσ φορζασ ενζργειασ. Ζνασ φορζασ ενζργειασ κινείται και παρζχει ενζργεια ςε μια χριςιμθ για τουσ καταναλωτζσ μορφι. Οι ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ, όπωσ ο ιλιοσ και ο άνεμοσ, δεν μποροφν να παράγουν ενζργεια όλθ τθν ϊρα. Αλλά κα μποροφςαν, για παράδειγμα, να παράγουν θλεκτρικι ενζργεια και υδρογόνο, το οποίο μπορεί να αποκθκευτεί μζχρι να χρειαςτεί. Το υδρογόνο μπορεί επίςθσ να μεταφζρεται (όπωσ θλεκτρικι ενζργεια) ςτα μζρθ όπου αυτό είναι αναγκαίο. [4] Για μια βιϊςιμθ υποδομι μεταφορϊν οραματιηόμαςτε τεχνολογίεσ που περιλαμβάνουν οχιματα βιοκαυςίμων, θλεκτροκίνθτα οχιματα, και οχιματα κυψελϊν καυςίμου υδρογόνου (FCV). 5

Θ τελευταία από αυτζσ είναι ίςωσ θ πιο δφςκολθ τεχνικά, αλλά και θ πιο ελκυςτικι τεχνολογία, όςον αφορά τθν ικανότθτά τθσ να μειϊςει δραματικά τθν κατανάλωςθ πετρελαίου, τισ εκπομπζσ CO2 αερίων του κερμοκθπίου, και τουσ ρφπουσ από εξάτμιςθ. Ωςτόςο, το υδρογόνο δεν είναι μια πθγι ενζργειασ. Είναι ζνασ φορζασ ενζργειασ, και για να ςυνειδθτοποιιςουμε πλιρωσ τα οφζλθ του, κα πρζπει να το παράγουμε όχι από ορυκτά καφςιμα, αλλά από ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ. Οι ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ, από τθν άλλθ πλευρά, είναι μια επικυμθτι πθγι ενζργειασ για τθν παραγωγι υδρογόνου λόγω τθσ διαφορετικότθτασ, τθσ περιφερειακότθτασ, τθσ αφκονίασ, και των προοπτικϊν τθσ για αειφορία. Υπάρχουν πολλζσ προκλιςεισ για τθν παραγωγι υδρογόνου από ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ - και ίςωσ θ μεγαλφτερθ των οποίων είναι θ μείωςθ του κόςτουσ ϊςτε να είναι ανταγωνιςτικό ςε ςχζςθ με τθ βενηίνθ και το ντίηελ. Ανανεϊςιμο υδρογόνο μπορεί να παραχκεί είτε με θλεκτρόλυςθ, είτε με μετατροπι βιομάηασ, είτε με μετατροπι τθσ θλιακισ ενζργειασ για άμεςθ παραγωγι υδρογόνου. [5] Στθν παροφςα εργαςία γίνεται παρουςίαςθ του εναλλακτικοφ καυςίμου «υδρογόνου», το οποίο αν και κεωρείται «ενεργειακόσ φορζασ» ζχει υψθλό ενεργειακό περιεχόμενο με δυνατότθτα «μθδενικϊν εκπομπϊν» και «κακαροφ κφκλου» ςε περίπτωςθ που παράγεται από ΑΡΕ. Με τθ βοικεια και του δεφτερου μζρουσ τθσ εργαςίασ, όπου υπολογίηεται θ ονομαςτικι ιςχφσ φωτοβολταϊκισ μονάδασ για δεδομζνθ παραγωγι υδρογόνου από θλιακι ενζργεια, με θλεκτρόλυςθ νεροφ, ςκοπόσ τθσ εργαςίασ είναι θ τεκμθρίωςθ αυτόνομων PV ςυςτθμάτων θλεκτρόλυςθσ για οικιακι παραγωγι υδρογόνου ςε περιοχζσ με υψθλι θλιακι ακτινοβολία όπωσ π.χ. θ όδοσ. Το παραγόμενο υδρογόνο αφοφ ςυμπιεςτεί μπορεί είτε να μεταφερκεί ι να αποκθκευτεί για χριςθ ςε οχιματα κυψζλθσ καυςίμου κατά βάςθ. Για τα ανωτζρω ακολουκικθκε θ εξισ δομι: το πρϊτο και ειςαγωγικό κεφάλαιο, αρχικά γίνεται παρουςίαςθ τθσ ςθμερινισ ςυνολικισ βιομθχανικισ παραγωγισ του υδρογόνου από ορυκτά καφςιμα και των περιβαλλοντικϊν επιπτϊςεων από τθν καφςθ ςυμβατικϊν καυςίμων. Στθ ςυνζχεια, γίνεται αναφορά ςτα εναλλακτικά καφςιμα, και ειδικότερα ςτισ διαδικαςίεσ παραγωγισ τουσ, ςτο κόςτοσ παραγωγισ τουσ ι ςτο ςτάδιο ανάπτυξθσ τθσ παραγωγικισ τουσ διαδικαςίασ, ςτο βακμό διείςδυςι τουσ ςτθν αγορά καυςίμων, ςτα οφζλθ από τθ χριςθ τουσ, κλπ. Τα εναλλακτικά καφςιμα τα οποία παρουςιάηονται ςτθν παροφςα εργαςία είναι τα εξισ: βιοντίηελ, φυςικό αζριο, καφςιμα «gas to liquid» και «biomass to liquid», αικανόλθ Λ και ΛΛ και υδρογόνο. Για το υδρογόνο γίνεται εκτενισ αναφορά ςτα πλεονεκτιματά του και ςτισ χριςεισ του ςε διάφορουσ κινθτιρεσ. Διευκρινίηεται ότι βαςικό πλεονζκτθμα του υδρογόνου που το ξεχωρίηει από τα άλλα εναλλακτικά καφςιμα είναι ότι είναι κατάλλθλο τόςο για κεντρικζσ όςο και για αποκεντρωμζνεσ και αυτόνομεσ εφαρμογζσ παραγωγισ ενζργειασ, χωρίσ να αγνοείται το βαςικό μειονζκτθμα του κόςτουσ παραγωγισ και τθσ αποκικευςισ του ςτα ςθμεία χριςθσ του. Το ειςαγωγικό κεφάλαιο τελειϊνει με αναφορά ςτθ νομοκεςία για 6

οχιματα υδρογόνου (COM 547 2001) και ςτθν οδθγία 2003/30/ΕΚ για τα βιοκαφςιμα που αφορά και ςε «άλλα ανανεϊςιμα καφςιμα», δθλ. το υδρογόνο από ΑΡΕ εκτόσ από τθ βιομάηα. το δεφτερο κεφάλαιο γίνεται παρουςίαςθ των μεκόδων παραγωγισ υδρογόνου με μια ειςαγωγικι αναφορά ςτισ εμπορικζσ μεκόδουσ παραγωγισ και ςτισ χριςεισ του παραγόμενου υδρογόνου. Στθ ςυνζχεια γίνεται εκτενισ αναφορά ςε κακεμία μζκοδο παραγωγισ υδρογόνου. Λδιαίτερθ ζμφαςθ δίνεται ςτθ παραγωγι υδρογόνου από ΑΡΕ και ειδικότερα ςτθν θλιακι. Επιπλζον, γίνεται εκτενισ αναφορά ςτισ φωτοβολταϊκζσ μονάδεσ ςτο τρόπο λειτουργίασ τουσ και ςτα χαρακτθριςτικά τουσ μεγζκθ, γιατί θ θλιακι παραγωγι του υδρογόνου άπτεται του παραδείγματοσ του δεφτερου μζρουσ τθσ εργαςίασ. το τρίτο κεφάλαιο γίνεται μια παρουςίαςθ του τρόπου λειτουργίασ των κυψελϊν καυςίμου. Ρεριγράφονται τα είδθ, τα πλεονεκτιματα και τα μειονεκτιματα των ςυςκευϊν κυψελϊν καυςίμου ςε οχιματα που βρίςκονται ςε πειραματικό ςτάδιο. το τζταρτο κεφάλαιο περιγράφονται οι τρόποι αποκικευςθσ και μεταφοράσ του υδρογόνου. το πζμπτο κεφάλαιο που αποτελεί το δεφτερο και πρακτικό μζροσ τθσ εργαςίασ, υπολογίηουμε τθν ονομαςτικι ιςχφ αυτόνομου PV-ςυςτιματοσ, ςτθ όδο, για τθν παραγωγι 10 Nm3/h ςυμπιεςμζνου υδρογόνου. Αρχικά περιγράφουμε τα ςυμβατικά αυτόνομα PV-θλεκτρόλυςθ ςυςτιματα για θλιακι παραγωγι υδρογόνου καυςίμου ςε ςχζςθ με το βελτιςτοποιθμζνο αυτόνομο PVθλεκτρόλυςθ ςφςτθμα, που εφαρμόηουμε. Στθ ςυνζχεια περιγράφουμε το τρόποσ λειτουργίασ και τα είδθ των μονάδων θλεκτρόλυςθσ που διατίκενται ςτο εμπόριο και ξεχωρίηουμε τρεισ διπολικζσ αλκαλικζσ ςυςκευζσ που ταιριάηουν για το ςφςτθμά μασ. Ραρακζτουμε τιμζσ ενεργειακισ κατανάλωςθσ των εν λόγω θλεκτρολυτικϊν ςυςκευϊν βάςθ καταςκευαςτι και τιμζσ ενζργειασ ςυμπίεςθσ βάςθ βιβλιογραφικϊν δεδομζνων, για ςφγκριςθ με υπολογιςκείςεσ. Υπολογίηουμε αναλυτικά τθν ενεργειακι κατανάλωςθ ατμοςφαιρικισ διπολικισ θλεκτρόλυςθσ, δθλ. για τισ δυο από τισ τρεισ ςυςκευζσ κακϊσ και τθν ενζργεια ςυμπίεςθσ του παραγόμενου υδρογόνου από 0,3 psig ςτα 350 και 700 bar αντίςτοιχα. Στθ ςυνζχεια προςκζτουμε τισ δυο ενεργειακζσ καταναλϊςεισ θλεκτρόλυςθσ και ςυμπίεςθσ. Αυτι τθν ενεργειακι κατανάλωςθ (ςυνολικι) κακϊσ και τθ μζςθ ετιςια θλιακι ακτινοβολία και το ςυντελεςτι απωλειϊν που υπολογίηονται με εφαρμογι του PVGIS προγράμματοσ τθσ ευρωπαϊκισ επιτροπισ για τισ γεωγραφικζσ ςυντεταγμζνεσ τθσ όδου και για ςυγκεκριμζνο ΦΒ-ςφςτθμα, τα χρθςιμοποιοφμε για να βροφμε τθν εγκατεςτθμζνθ ονομαςτικι ιςχφ του ΦΒ-ςυςτιματοσ. 7

Ενδεικτικά υπολογίηουμε τθ ςυνολικι χωρθτικότθτα μπαταριϊν για αυτονομία μιασ/πζντε θμζρασ/ϊν, για τθν αποκικευςθ τθσ παραγόμενθσ από το ςυγκεκριμζνο αυτόνομο ΦΒςφςτθμα και τθν απαιτοφμενθ ονομαςτικι ιςχφ ΦΒ μονάδασ διαςυνδεδεμζνθσ ςτο δίκτυο με inverter DC-AC, για κάλυψθ τθσ ίδιασ ενεργειακισ κατανάλωςθσ. Ωσ αποτζλεςμα, για τθν παραγωγι υδρογόνου 10 Nm3/h υπό πίεςθ μζχρι 700 bar, ςτθ όδο, επαρκεί ΦΒ μονάδα μζγιςτθσ ι εγκατεςτθμζνθσ ονομαςτικισ ιςχφοσ 100 kwp και τάςθσ ςθμείου μζγιςτθσ ιςχφοσ Vmpp 60 ι 48 V αντίςτοιχα, για τισ περιπτϊςεισ που οι θλεκτρολυτικζσ ςυςκευζσ είναι οι Norsk Atmospheric Type No.5010 (4000 Amp DC), Norsk Atmospheric Type No.5010 (5150 Amp DC). Στο τζλοσ τθσ αναφοράσ, διεξάγονται ςυμπεράςματα, όςον αφορά ςτο βαςικό μειονζκτθμα μιασ μονάδασ διαςυνδεδεμζνθσ ςτο δίκτυο με inverter DC-AC ςε ςφγκριςθ με βελτιςτοποιθμζνο αυτόνομο ΦΒ ςφςτθμα θλεκτρόλυςθσ για τθν ίδια παραγωγι ενζργειασ και όςον αφορά ςτα γενικά πλεονεκτιματα ενόσ βελτιςτοποιθμζνου αυτόνομου PV ςυςτιματοσ θλεκτρόλυςθσ για παραγωγι υδρογόνου ωσ προσ ζνα ςυμβατικό PV ςφςτθμα υδρογόνου. Λζξεισ κλειδιά: υδρογόνο εναλλακτικά καφςιμα κυψζλεσ καυςίμου θλεκτρόλυςθ PV ςυςτιματα. 8

ABSTRACT Hydrogen is the most plentiful element in the universe. Despite its simplicity and abundance, hydrogen doesn't occur naturally as a gas on the Earth - it's always combined with other elements. The world produces huge quantities of hydrogen today for industrial and commercial purposes, probably in excess of 50 million tons / year. But most of that production is fossilenergy based, either from reforming natural gas, or electrolysis using electricity produced from coal, natural gas, petroleum, or nuclear. Some algae and bacteria, using sunlight as their energy source, even give off hydrogen under certain conditions. Hydrogen is high in energy, yet an engine that burns pure hydrogen produces almost no pollution, producing a clean byproduct - pure water. A fuel cell combines hydrogen and oxygen to produce electricity, heat, and water. Fuel cells are often compared to batteries. Both convert the energy produced by a chemical reaction into usable electric power. However, the fuel cell will produce electricity as long as fuel (hydrogen) is supplied, never losing its charge. Fuel cells are a promising technology for use as a source of heat and electricity for buildings, and as an electrical power source for electric motors propelling vehicles. Fuel cells operate best on pure hydrogen. But fuels like natural gas, methanol, or even gasoline can be reformed to produce the hydrogen required for fuel cells. Some fuel cells even can be fueled directly with methanol, without using a reformer. In the future, hydrogen could also join electricity as an important energy carrier. An energy carrier moves and delivers energy in a usable form to consumers. Renewable energy sources, like the sun and wind, can't produce energy all the time. But they could, for example, produce electric energy and hydrogen, which can be stored until it's needed. Hydrogen can also be transported (like electricity) to locations where it is needed. For having a sustainable transport infrastructure we envision technologies including bio fuel powered, electric drive, and hydrogen fuel cell vehicles (FCV). The last of these is perhaps the most technically challenging, but also the most attractive technology for its ability to dramatically reduce oil consumption, CO2 greenhouse gas emissions, and tail pipe pollution. However, hydrogen is not an energy source. It is an energy carrier, and to fully realise its benefits, we must produce it not from fossil fuels, but from renewable energy. Renewables on the other hand are a desirable energy source for hydrogen production because of diversity, regionality, abundance, and potential for sustainability. There are many 9

challenges to producing hydrogen from renewables - and perhaps the major one is reducing the cost to be competitive with gasoline and diesel. Renewable hydrogen can be produced either by electrolysis, or biomass conversion, or conversion of solar energy to produce hydrogen directly. In the present study, alternative fuel "hydrogen" is presented, which although considered "energy carrier" has a high energy content with "zero emissions" and "net cycle" when produced from RES. With the help of the second part of the work, where is calculated the nominal power of PV system for a given production of hydrogen from solar energy, and water electrolysis, the aim of this study is the documentation of autonomous PV-electrolysis system for hydrogen production in residential areas with high solar radiation as Rhodes. The generated hydrogen compressed can either be transported or stored for use in fuel cell vehicles basically. To the above the following structure has been followed: In the first and introductory chapter, initially is presented the current total industrial production of hydrogen from fossil fuels and the environmental impact of burning fossil fuels. Then, it refers to alternative fuels, particularly to production processes, cost of production or to the development stage of the production process, to the extent of fuel market penetration, to the benefits from their use, etc. The alternative fuel presented in this paper are: biodiesel, natural gas, fuel «gas to liquid» and «biomass to liquid», I and II, ethanol and hydrogen. For hydrogen there is extensive reference to its advantages and uses in various engines. It is clarified that key advantage of hydrogen that distinguishes it from other alternative fuels is that it is suitable for both centralized and decentralized and autonomous power applications, without ignoring its main drawback of the production cost and storage at place of use. The introductory chapter ends with a reference to legislation on hydrogen vehicles (COM 547 2001) and Directive 2003/30/EC on biofuels inclunding and "other renewable fuels", ie hydrogen from renewables other than biomass. The second chapter presents the methods of hydrogen production with an introductory reference to commercial production methods and uses of the produced hydrogen. Then, follows an extensive reference to either method of producing hydrogen. Particular emphasis is given to the production of hydrogen from renewable energy and particularly solar. Furthermore, follows a detailed reference to modules, their operations and characteristic sizes, because the solar production of hydrogen is related to the example of the second part of the work. The third chapter is a presentation of fuel cells operation. It describes the types, advantages and disadvantages of fuel cell devices in vehicles that are in the experimental stage. The fourth chapter describes ways of storing and transporting hydrogen. 10

In the fifth chapter, the second, practical part of this work, we calculate the nominal power autonomous PV-system at Rhodes, to produce 10 Nm3 / h of compressed hydrogen. Initially we describe conventional PV-electrolysis systems for solar production of hydrogen fuel compared to optimized standalone PV-electrolysis system. Then we describe the method of operation and types of electrolysers shipped and distinguish three alkaline bipolar devices that fit our system. We present energy consumption rates of these electrolytic devices based on manufacturer and energy compression consumption based on bibliographic data for comparison with computed. We calculate analytically the energy consumption of atmospheric bipolar electrolysis, that means for the two of the three devices and the compression energy of the produced hydrogen from 0,3 psig at 350 and 700 bar respectively. Then we add the two energy consumptions electrolysis and compression. This energy consumption (overall), the average annual solar radiation and the loss factor calculated by PVGIS program of the European Committee applied for the coordinates of Rhodes and PVspecific system we use to find the installed nominal power of PV-system. Indicatively we estimate the total capacity of battery autonomy for one/ five day /days to store the produced from this standalone PV-system and the required nominal PV-system power grid-connected with inverter DC-AC, to cover of the same energy consumption. As a result, production of hydrogen 10 Nm3 / h at a pressure up to 700 bar, in Rhodes, energy-provided by PV-system 100 kwp of maximum power production voltage MPP Vmpp 60 or 48 V, for electrolysers Norsk Atmospheric Type No.5010 (4000 Amp DC) or Norsk Atmospheric Type No.5010 (5150 Amp DC), respectively. In the end, conclusions are conducted regarding to the main disadvantage of a unit gridconnected through inverter DC-AC compared to optimized autonomous PV-electrolysis system of the same energy production and regarding to the general advantages of an optimized autonomous PV-electrolyzer system for hydrogen production compared to a conventional PV-hydrogen system. Keywords : hydrogen alternative fuels fuel cell electrolyse PV systems. 11

Περιεχόμενα ελ. Πρόλογοσ - Ευχαριςτίεσ... 4 Περίλθψθ... 5 Abstract... 9 A ΜΕΡΟ... 16 Κεφάλαιο 1 ο 1. Ειςαγωγι... 17 1.1 Ενζργεια και περιβάλλον... 17 1.2 Εναλλακτικά καφςιμα... 23 1.2.1 Βιοντίηελ... 24 1.2.2 Φυςικό αζριο... 30 1.2.3 Καφςιμο GTL... 32 1.2.4 SunDiesel... 33 1.2.5 Αικανόλθ... 36 1.2.6 Υδρογόνο... 37 1.3 Νομοκεςία... 43 12

Κεφάλαιο 2 ο 2. Μζκοδοι παραγωγισ υδρογόνου... 48 2.1 Ειςαγωγι / Συνολικι παραγωγι... 48 2.2 Ραραγωγι από φυςικό αζριο/υδρογονάνκρακεσ... 52 2.2.1 Αναμόρφωςθ με ατμό... 53 2.2.2 Μερικι οξείδωςθ... 56 2.2.3 Αυτόκερμθ αναμόρφωςθ... 56 2.3 Αεριοποίθςθ άνκρακα... 57 2.4 Θλεκτρόλυςθ νεροφ... 60 2.4.1 Αλκαλικι θλεκτρόλυςθ... 61 2.4.2 PEM... 62 2.4.3 SOEC... 62 2.5 Ραραγωγι υδρογόνου από ΑΡΕ... 63 2.5.1 Αιολικι παραγωγι... 65 2.5.2 Θλιακι παραγωγι... 65 2.5.2.1 Φωτοβολταϊκζσ μονάδεσ... 67 2.5.3 Υδρογόνο από βιομάηα... 73 2.5.3.1 Ηφμωςθ βιομάηασ... 77 2.5.3.2 Αεριοποίθςθ βιομάηασ... 78 2.5.3.3 Ρυρόλυςθ... 82 13

2.5.3.4 SCWG... 84 Κεφάλαιο 3 ο 3. Ραραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ από υδρογόνο... 85 3.1 Κυψζλθ καυςίμου... 85 3.1.1 PEM... 89 3.1.2 SOFC... 91 Κεφάλαιο 4 ο 4. Αποκικευςθ & μεταφορά υδρογόνου... 93 4.1 Αποκικευςθ υδρογόνου... 93 4.1.2 Δεξαμενζσ υγροφ υδρογόνου... 94 4.2 Μεταφορά υδρογόνου... 96 Β ΜΕΡΟ Κεφάλαιο 5 ο 5. CASE STUDY- Ειςαγωγι... 99 5.1. Ραραγωγι υδρογόνου... 101 5.2 Μονάδα θλεκτρόλυςθσ... 103 5.3 Ενεργειακι κατανάλωςθ παραγωγισ υδρογόνου... 105 5.3.1 Θλεκτρόλυςθ... 105 5.3.2 Συμπίεςθ υδρογόνου... 107 5.4 Υπολογιςμόσ ενεργειακισ κατανάλωςθσ παραγωγισ υδρογόνου... 107 5.4.1 Ενζργεια θλεκτρόλυςθσ... 107 14

5.4.2 Συμπίεςθ... 110 5.4.3 Συνολικι ενεργειακι απαίτθςθ... 111 5.5 Υπολογιςμόσ Φ/Β ςτθ όδο... 111 5.5.1 Υπολογιςμόσ ολικισ θλιακισ ενζργειασ... 111 5.6 Υπολογιςμόσ ιςχφοσ Φ/Β μονάδασ... 119 5.7 Φόρτιςθ μπαταριϊν... 123 5.8 Υπολογιςμόσ ιςχφοσ διαςυνδεδεμζνου Φ/Β ςυςτιματοσ... 124 ΤΝΟΨΗ ΤΜΠΕΡΑΜΑΣΑ... 126 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Ελλθνόγλωςςθ Βιβλιογραφία... 128 Ξενόγλωςςθ Βιβλιογραφία... 128 ΡΕΛΕΧΟΜΕΝΑ ΣΧΘΜΑΤΩΝ: ΕΛΚΟΝΕΣ... 131 ΣΧΘΜΑΤΑ... 123 ΔΛΑΓΑΜΜΑΤΑ... 123 ΡΛΝΑΚΕΣ... 123 15

ΜΕΡΟ Α 16

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο 1)Ειςαγωγι 1.1) Ενζργεια και Περιβάλλον Τισ τελευταίεσ δεκαετίεσ θ ενεργειακι απαίτθςθ ςε παγκόςμια κλίμακα γίνεται ςυνεχϊσ μεγαλφτερθ, ωσ φυςικό επακόλουκο τθσ κατακόρυφθσ ανόδου του βιοτικοφ επιπζδου των λαϊν. Σιμερα, το μεγαλφτερο μζροσ των ενεργειακϊν αναγκϊν καλφπτεται από τθν χριςθ ορυκτϊν καυςίμων, όπωσ είναι το πετρζλαιο, ο γαιάνκρακασ και το φυςικό αζριο. Ππωσ φαίνεται ςτο Σχιμα 1.1, οι ενεργειακζσ απαιτιςεισ του ζτουσ 2004 καλφφκθκαν ςε ποςοςτό 38% από το πετρζλαιο, κατά 24% από το φυςικό αζριο, κατά 23% από τον γαιάνκρακα, θ πυρθνικι ενζργεια ςυνειςζφερε ςε ποςοςτό 8%, ενϊ μόλισ το 6% των ενεργειακϊν αναγκϊν καλφφκθκε από ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ, ςτισ οποίεσ ςυμπεριλαμβάνονται θ θλιακι, θ αιολικι, θ υδροθλεκτρικι και θ γεωκερμικι ενζργεια, κακϊσ και θ βιομάηα. Θ ενζργεια που παράγεται μζςω τθσ βιομάηασ αποτελεί το μεγαλφτερο ποςοςτό (50%) τθσ ανανεϊςιμθσ ενζργειασ αλλά κυρίωσ τρόποσ παραγωγισ τθσ είναι θ καφςθ ξφλου. Ακολουκεί θ υδροθλεκτρικι ενζργεια με 42%, ενϊ θ γεωκερμικι, θ θλιακι και θ αιολικι ενζργεια παράγονται ςε πολφ μικρά ποςοςτά, κυρίωσ λόγω του υψθλοφ κόςτουσ αλλά και του περιοριςμοφ τουσ εξαιτίασ των απαιτοφμενων γεωγραφικϊν χαρακτθριςτικϊν που κα πρζπει να ζχουν οι περιοχζσ εφαρμογισ τουσ. Σχήμα 1.1: Ποςοςτά παγκόςμιασ ενεργειακισ κατανάλωςθσ κατά τφπο καυςίμου για το ζτοσ 2008 (Πθγι: IEA, Annual Energy Outlook 2006) Ζτςι λοιπόν είναι φανερό ότι το 85% τθσ ςυνολικισ απαιτοφμενθσ ενζργειασ παγκοςμίωσ παράγεται μζςω των ορυκτϊν καυςίμων. Οι επιπτϊςεισ όμωσ τθσ αλόγιςτθσ χριςθσ τουσ είναι πολλζσ τόςο ςε περιβαλλοντικό επίπεδο, όςο και ςε κζματα υγείασ. Μερικά μόνο από 17

τα φαινόμενα που αποδίδονται ςτισ ολοζνα και αυξανόμενεσ εκπομπζσ ρφπων που προζρχονται από τθν καφςθ των ςυμβατικϊν καυςίμων είναι: το νζφοσ, θ επιβάρυνςθ τθσ ατμόςφαιρασ με αζρια του κερμοκθπίου, θ αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ του πλανιτθ, θ αζρια και υδάτινθ μόλυνςθ, θ όξινθ βροχι κ.ά. Φαινόμενο του κερμοκθπίου ονομάηεται θ απορρόφθςθ τθσ υπζρυκρθσ ακτινοβολίασ που εκπζμπει ο ιλιοσ από τθν ατμόςφαιρα, με αποτζλεςμα θ κερμοκραςία τθσ ατμόςφαιρασ να αυξάνεται. Ζνα μζροσ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ περνά αναλλοίωτο ςτθν ατμόςφαιρα, φτάνει ςτθν επιφάνεια του εδάφουσ και ακτινοβολείται ςαν μεγάλου μικουσ υπζρυκρθ ακτινοβολία. Ζνα μζροσ αυτισ απορροφάται από τθν ατμόςφαιρα, τθ κερμαίνει και επανεκπζμπεται ςτθν επιφάνεια του εδάφουσ. Το φαινόμενο αυτό, που επιτρζπει τθ διζλευςθ τθσ ακτινοβολίασ αλλά ταυτόχρονα τθν εγκλωβίηει, μοιάηει με τθ λειτουργία ενόσ κερμοκθπίου και ο γάλλοσ μακθματικόσ Fourier το ονόμαςε το 1822 «Φαινόμενο Κερμοκθπίου». Αποτελεί μια φυςικι διεργαςία που εξαςφαλίηει ςτθ γθ μια κερμοκραςία επιφάνειασ εδάφουσ γφρω ςτουσ 15 ο C, ενϊ θ κερμοκραςία κα ιταν -18 ο C χωρίσ αυτό. Πμωσ τα τελευταία χρόνια λζγοντασ φαινόμενο κερμοκθπίου, δεν αναφερόμαςτε ςτθ φυςικι διεργαςία, αλλά ςτθν ζξαρςθ αυτισ, λόγω τθσ ρφπανςθσ τθσ ατμόςφαιρασ από τισ ανκρωπογενείσ δραςτθριότθτεσ. Το πρόβλθμα λοιπόν ζγκειται ςτο γεγονόσ ότι οι ςυγκεντρϊςεισ των ρυπογόνων αερίων ζχουν αυξθκεί ςθμαντικά τα τελευταία χρόνια, με αποτζλεςμα τθν αφξθςθ τθσ απορροφοφμενθσ ακτινοβολίασ και τθν επακόλουκθ κερμοκραςιακι μεταβολι. Υπολογίηεται ότι θ κερμοκραςία τθσ Γθσ ζχει αυξθκεί κατά 0,7 με 0,8 ο C από το 1880, λόγω τθσ ζξαρςθσ του φαινομζνου, ενϊ μζχρι το ζτοσ 2100 εάν δεν λθφκοφν μζτρα, θ αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ κα είναι από 1,5 μζχρι και 4,5 ο C. Σχήμα 1.2: Μεταβολι τθσ μζςθσ κερμοκραςίασ τθσ γθσ από το 1860 μζχρι και το 2004. (Πθγι: Hadley Centre for Climate Prediction and Research) 18

Τα «αζρια του κερμοκθπίου» είναι περίπου 20 και ζχουν όγκο μικρότερο από 1% του ςυνολικοφ όγκου τθσ ατμόςφαιρασ. Τα ςθμαντικότερα από αυτά είναι οι υδρατμοί (H 2 O), το διοξείδιο του άνκρακα (CO 2 ), το μεκάνιο (CH 4 ), το υποξείδιο του αηϊτου (N 2 O), οι χλωροφκοράνκρακεσ (CFCs) και το τροποςφαιρικό όηον (O 3 ). Κάκε μεταβολι ςτισ ςυγκεντρϊςεισ αυτϊν των αερίων, διαταράςςει το ενεργειακό ιςοηφγιο, προκαλεί μεταβολι τθσ κερμοκραςίασ και ωσ εκ τοφτου κλιματικζσ αλλαγζσ. Οι υδρατμοί, αν και απορροφοφν το 65% τθσ υπζρυκρθσ ακτινοβολίασ, δεν φαίνεται να ζχουν επθρεαςτεί άμεςα από τθν ανκρϊπινθ δραςτθριότθτα. Αντίκετα, οι ςυγκεντρϊςεισ των υπόλοιπων αερίων ζχουν μεταβλθκεί ςθμαντικά, με ςθμαντικότερθ τθ μεταβολι του CO 2, κακϊσ αποτελεί αζριο που διαφεφγει ςτθν ατμόςφαιρα με τθν καφςθ του πετρελαίου, του γαιάνκρακα και άλλων ορυκτϊν καυςίμων. Στο διάγραμμα του Σχιματοσ 1.3(α), παρουςιάηεται θ μεταβολι τθσ ςυγκζντρωςθσ του διοξειδίου του άνκρακα ςτθν ατμόςφαιρα τθσ γθσ τα τελευταία 400.000 χρόνια, και όπωσ φαίνεται υπάρχει μια περιοδικότθτα των τιμϊν του CO 2, που οφείλεται κυρίωσ ςε φυςικά φαινόμενα, όπωσ θ εποχι των παγετϊνων. Το περιοδικό αυτό φαινόμενο επαναλαμβάνεται μζχρι το 1800 περίπου, όπου και τοποκετείται θ ζναρξθ τθσ βιομθχανικισ επανάςταςθσ. Από το ςθμείο εκείνο και ζπειτα, ςθμειϊνεται ςυνεχόμενθ άνοδοσ τθσ τιμισ τθσ ςυγκζντρωςθσ του CO 2 ςτθν ατμόςφαιρα, φκάνοντασ τα τελευταία χρόνια ςε επίπεδα τα οποία ιταν αξεπζραςτα τισ προθγοφμενεσ 400 χιλιετίεσ. Στο διάγραμμα του Σχιματοσ 1.3(β), ςυςχετίηονται οι μεταβολζσ των τιμϊν τθσ ςυγκζντρωςθσ του CO 2 και τθσ κερμοκραςίασ του πλανιτθ τισ τελευταίεσ 750 χιλιετίεσ. Ππωσ είναι φανερό, οι δυο καμπφλεσ είναι πρακτικά ταυτόςθμεσ ςε όλο αυτό το χρονικό εφροσ, αποδεικνφοντασ τθν ςυςχζτιςθ των δυο αυτϊν τιμϊν και διαψεφδοντασ όςουσ υποςτθρίηουν ότι θ αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ του πλανιτθ είναι ανεξάρτθτθ των ανκρϊπινων δραςτθριοτιτων κι αποτελεί απλϊσ ζνα φυςικό φαινόμενο. Σχήμα Σχήμα 1.3: Μεταβολζσ ςτθ ςυγκζντρωςθ του CO 2 ςτθν ατμόςφαιρα τα τελευταία 400000 χρόνια (α), και ςυςχζτιςθ των τιμϊν τθσ ςυγκζντρωςθσ CO 2 και τθσ κερμοκραςίασ του πλανιτθ τα τελευταία 750000 χρόνια (β). 19

Θ επιβάρυνςθ τθσ ατμόςφαιρασ με ρφπουσ, που προζρχονται κυρίωσ από τθ χριςθ των ορυκτϊν καυςίμων, κάτω από οριςμζνεσ ςυνκικεσ μπορεί να δθμιουργιςει ανεπικφμθτεσ ςυνκικεσ διαβίωςθσ. Σε αυτιν τθν περίπτωςθ ζχει επικρατιςει να λζγεται ότι υπάρχει «νζφοσ». Το νζφοσ παρουςιάηεται ςε δφο μορφζσ: i) το νζφοσ καπνομίχλθσ που ςχθματίηεται όταν υπάρχει υψθλι ςυγκζντρωςθ ρφπων, όπωσ το διοξείδιο του κείου και αιωροφμενα ςωματίδια, ςε ςυνδυαςμό με ςχετικά χαμθλι κερμοκραςία και ςχετικά μεγάλθ υγραςία και ii) το φωτοχθμικό νζφοσ που παρουςιάηεται όταν υπάρχουν υψθλζσ κερμοκραςίεσ, μεγάλθ θλιοφάνεια, μικρι ςχετικά υγραςία και υψθλι ςυγκζντρωςθ οξειδίων του αηϊτου, υδρογονανκράκων, μονοξειδίου του άνκρακα και δευτερογενϊν προϊόντων τουσ. Οι βαςικότεροι ρφποι που ευκφνονται για τθ δθμιουργία νζφουσ μποροφν να κεωρθκοφν οι παρακάτω: i) Το όηον (Ο 3 ), το οποίο ςε μεγάλεσ ςυγκεντρϊςεισ προκαλεί ςθμαντικά προβλιματα ςτθν ανκρϊπινθ υγεία και το περιβάλλον όπου ηοφμε. Ρροκαλεί ερεκιςμό ςτθν αναπνευςτικι οδό, διαταραχι τθσ αναπνευςτικισ λειτουργίασ, αίςκθμα ξθρότθτασ ςτο λαιμό, πόνο ςτο ςτικοσ, βιχα, άςκμα, φλεγμονι ςτουσ πνεφμονεσ, πικανι επιδεκτικότθτα ςε μολφνςεισ του αναπνευςτικοφ και ερεκιςμό των οφκαλμϊν. Το όηον ζχει επίςθσ δυςμενείσ επιδράςεισ ςτα φυτά, μειϊνει τθν παραγωγι ςτισ αγροτικζσ καλλιζργειεσ και προκαλεί ηθμιζσ ςτθ δαςικι βλάςτθςθ. ii) Το μονοξείδιο του άνκρακα (CO), το οποίο εκπζμπεται κυρίωσ από τισ εξατμίςεισ των βενηινοκίνθτων αυτοκινιτων και πάςθσ φφςεωσ μθχανϊν. Το CO επιδρά κυρίωσ ςτο καρδιοαγγειακό και νευρικό ςφςτθμα. Χαμθλζσ ςυγκεντρϊςεισ του επθρεάηουν άτομα με καρδιακά προβλιματα και μειϊνουν τισ ςωματικζσ επιδϊςεισ των νεαρϊν και υγιϊν ατόμων. Υψθλότερεσ ςυγκεντρϊςεισ προκαλοφν ςυμπτϊματα όπωσ ηαλάδα, πονοκζφαλο και κόπωςθ. iii) Το διοξείδιο του αηϊτου (ΝΟ 2 ), το οποίο παράγεται με χθμικι αντίδραςθ από το ΝΟ που εκπζμπεται κυρίωσ από αυτοκίνθτα, από βιομθχανικοφσ καυςτιρεσ ι από ςτακμοφσ θλεκτροπαραγωγισ. Σε υψθλζσ ςυγκεντρϊςεισ βλάπτει ανκρϊπουσ και βλάςτθςθ. Στα παιδιά μπορεί να προκαλζςει αναπνευςτικζσ αςκζνειεσ, ενϊ ςτουσ αςκματικοφσ προκαλεί δυςκολία. Τζλοσ, το ΝΟ 2 είναι από τουσ κυριότερουσ ρφπουσ που ευκφνεται για τθ δθμιουργία όξινθσ βροχισ. iv) Το διοξείδιο του κείου (SO 2 ), το οποίο προζρχεται κυρίωσ από εργοςτάςια παραγωγισ ενζργειασ, βιομθχανίεσ, κεντρικζσ κερμάνςεισ, διυλιςτιρια πετρελαίου, χθμικζσ βιομθχανίεσ και χαρτοβιομθχανίεσ. Το SO 2 επθρεάηει κυρίωσ άτομα με αναπνευςτικά προβλιματα, ενϊ μειϊνει τθν ορατότθτα. Ρροκαλεί αλλοιϊςεισ ςε βλάςτθςθ και υλικά, ενϊ αυξάνει τθν οξφτθτα των λιμνϊν. 20

v) Τα αιωροφμενα Σωματίδια (ΑΣ), θ παρουςία των οποίων είναι εν μζρει φυςικι, αλλά πολλαπλαςιάηεται από ανκρϊπινεσ δραςτθριότθτεσ όπωσ βιομθχανικζσ δραςτθριότθτεσ, παραγωγι τςιμζντου κ.ά. Οι επιδράςεισ ςτθν υγεία εξαρτϊνται ςε μεγάλο βακμό από το μζγεκόσ τουσ. Πςο μικρότερα είναι ςε μζγεκοσ τόςο βακφτερα ειςχωροφν ςτο αναπνευςτικό ςφςτθμα του ανκρϊπου. Τα μικρότερα από 10μm ςωματίδια μποροφν να προκαλζςουν ςοβαρζσ αςκζνειεσ ςτο αναπνευςτικό ι να επιδεινϊςουν τα ςυμπτϊματα των ευαίςκθτων ομάδων. vi) Οι Ρολυκυκλικοί Αρωματικοί Υδρογονάνκρακεσ (ΡΑΥ), που προζρχονται από τθν βιομθχανία και από τθν καφςθ τθσ βιομάηασ. Οριςμζνοι από τουσ ΡΑΥ ζχουν χαρακτθριςτεί ωσ καρκινογόνεσ ενϊςεισ. vii) Το βενηόλιο (C 6 H 6 ), που δθμιουργείται κυρίωσ από τα βενηινοκίνθτα οχιματα κακϊσ και από τθ βιομθχανία (διυλιςτιρια, χθμικι βιομθχανία). Το βενηόλιο προκαλεί αςκζνειεσ του αίματοσ ενϊ ζχει χαρακτθριςτεί ωσ καρκινογόνοσ ζνωςθ. Είναι φανερό λοιπόν, ότι θ επιβάρυνςθ τθσ ατμόςφαιρασ με ρφπουσ, που εκπζμπονται κυρίωσ από ανκρωπογενείσ παράγοντεσ, προκαλεί αρνθτικζσ ςυνζπειεσ τόςο ςτθν ανκρϊπινθ υγεία, όςο και ςτο περιβάλλον. Χαρακτθριςτικι είναι θ ζρευνα που διεξιχκθ από τον Ραγκόςμιο Οργανιςμό Υγείασ, και που φανερϊνει ότι το 40% των κανάτων βρεφϊν από αναπνευςτικά προβλιματα ςτθν Ακινα κα μποροφςε να αποτραπεί, αν τα επίπεδα των ςωματιδίων ΑΣ 10 - των πιο επικίνδυνων για τθ δθμόςιαυγεία ατμοςφαιρικϊν ρφπων - μειϊνονταν ςτα όρια που ζχει κζςει θ Ευρωπαϊκι Ζνωςθγια το 2005. Εκτόσ από το περιβάλλον και τθν ανκρϊπινθ υγεία, ζνασ άλλοσ τομζασ ο οποίοσ επθρεάηεται από τα καφςιμα, και ιδιαίτερα το πετρζλαιο, είναι θ παγκόςμια οικονομία. Οι περιοχζσ ςτισ οποίεσ υπάρχει δυνατότθτα εξόρυξθσ πετρελαίου είναι περιοριςμζνεσ (κυρίωσ Μζςθ Ανατολι), με ςυνζπεια θ εκμετάλλευςι του να γίνεται από ςυγκεκριμζνεσ χϊρεσ που αποκτοφν τεράςτια πλεονεκτιματα ςτθν παγκόςμια αγορά. Επίςθσ, λόγω του γεγονότοσ ότι θ ςυγκεκριμζνθ γεωγραφικι περιοχι δεν φθμίηεται για τθ ςτακερότθτά τθσ, πολλζσ φορζσ παρατθρικθκε (και παρατθρείται) ςθμαντικι αφξθςθ των τιμϊν του πετρελαίου εξαιτίασ είτε γεγονότων αποςτακεροποίθςθσ είτε καιροςκοπικϊν τακτικϊν και πολιτικϊν των εκάςτοτε κακεςτϊτων. Χαρακτθριςτικό είναι το Σχιμα 1.4 ςτο οποίο απεικονίηεται θ διακφμανςθ τθσ τιμισ του πετρελαίου από το 1880 μζχρι ςιμερα, όπου φαίνεται θ μεγάλθ αςτάκεια και αβεβαιότθτα που χαρακτθρίηει τθν τιμι του πετρελαίου και θ μεγάλθ εξάρτθςι τθσ από τα διάφορα γεγονότα που λαμβάνουν χϊρα ςτθν ευρφτερθ περιοχι τθσ Μζςθσ Ανατολισ. 21

Σχήμα 1.4: Διακφμανςθ τθσ τιμισ του πετρελαίου ςε δολάρια ΗΠΑ / βαρζλι από το 1880 μζχρι ςιμερα. Τζλοσ, ςε όλα τα παραπάνω πρζπει να προςτεκεί και ζνασ επιπλζον ςθμαντικόσ παράγοντασ. Τα κοιτάςματα πετρελαίου που υπάρχουν ςτθ γθ είναι πεπεραςμζνα και ςυνεχϊσ μειϊνονται. Μελζτεσ εκτιμοφν ότι με τουσ ςθμερινοφσ ρυκμοφσ κατανάλωςθσ τα κοιτάςματα αυτά επαρκοφν για λιγότερο από 50 χρόνια. Το γεγονόσ αυτό, ςε ςυνδυαςμό με τθν αβεβαιότθτα που κυριαρχεί για τθν τιμι του πετρελαίου, αποτελοφν μάλλον τθν κινθτιριο δφναμθ για τθν προςπάκεια που γίνεται για τθν αντικατάςταςθ των ορυκτϊν καυςίμων με ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ και τθν ςυνεχϊσ αυξανόμενθ χρθματοδότθςθ τθσ ζρευνασ ςτον τομζα αυτό. 22

1.2) Εναλλακτικά Καφςιμα Τα εναλλακτικά καφςιμα (βιοκαφςιμα, φυςικό αζριο, υδρογόνο) πρόκειται να διαδραματίςουν ςθμαντικό ρόλο ςτθν ευρωπαϊκι πολιτικι μεταφορϊν και ενζργειασ επειδι αποτελοφν μία από τισ λίγεσ διακζςιμεσ εναλλακτικζσ επιλογζσ με τθν οποία θ βενηίνθ και το πετρζλαιο κίνθςθσ κα αντικαταςτακοφν ωσ καφςιμα για τισ μεταφορζσ. Με τα εναλλακτικά καφςιμα αντιμετωπίηεται θ κλιματικι αλλαγι με τθν αποφυγι τθσ εκπομπισ αερίων κερμοκθπίου, εξαςφαλίηεται διαφοροποίθςθ των ενεργειακϊν πθγϊν τθσ Ευρϊπθσ, μειϊνεται θ εξάρτθςθ από ειςαγωγζσ πετρελαίου και δίνεται θ δυνατότθτα τοπικισ ανάπτυξθσ με τθν παραγωγι ενεργειακϊν καλλιεργειϊν. Θ πετρελαϊκι κρίςθ τθσ δεκαετίασ του 70 ιταν θ αφορμι για να ξεκινιςει θ ςυηιτθςθ με κζμα τα εναλλακτικά καφςιμα. Μζχρι τότε το πετρζλαιο ιταν κυρίαρχο, όπωσ άλλωςτε είναι και ςιμερα, αλλά με τθ διαφορά ότι τότε δεν υπιρχε ευαιςκθτοποίθςθ τθσ κοινισ γνϊμθσ, δεν υπιρχε ευαιςκθτοποίθςθ των επιςτθμόνων κακϊσ και τθσ παγκόςμιασ επιςτθμονικισ κοινότθτασ. Σιμερα το κοινωνικό ςφνολο ζχει αρχίςει να αςχολείται με το κζμα και τα τελευταία 20 περίπου χρόνια αρκετζσ είναι οι προςπάκειεσ εκείνεσ που ζχουν γίνει για τθν αντιμετϊπιςθ του προβλιματοσ του περιβάλλοντοσ με τθ χριςθ εναλλακτικϊν πθγϊν ενζργειασ και ςυγκεκριμζνα με τθν χριςθ εναλλακτικϊν καυςίμων. Θ ανάπτυξθ των βιολογικϊν καυςίμων, το βιοαζριο, θ θλεκτρικι μεταφορά και θ θλιακι ενζργεια, όλα διατίκενται ςτον καταναλωτι ςαν τρόποσ ϊςτε να βοθκιςουν να καταπολεμθκοφν τα περιβαλλοντολογικά προβλιματα όπωσ τθ δθμιουργία του φαινομζνου του κερμοκθπίου, το ζλλειμμα ςτο όηον, τα δθλθτθριϊδθ νζφθ των μεγαλουπόλεων (καπνομίχλθσ και φωτοχθμικά), κ.α. Οι αρνθτικζσ αυτζσ ςυνζπειεσ οδθγοφν τισ κυβερνιςεισ, τουσ καταςκευαςτζσ και τουσ καταναλωτζσ ςτθν ανάγκθ να επιδιϊξουν και να χρθςιμοποιιςουν εναλλακτικζσ λφςεισ ςτα φυςικά καφςιμα. Υπάρχουν πολλά πλεονεκτιματα ςτθ χρθςιμοποίθςθ των εναλλακτικϊν καυςίμων και υπάρχει μια μετατόπιςθ ςτον καταναλωτικό πολιτιςμό προσ τθ χριςθ των καυςίμων και τθσ δυνατότθτασ πρόςβαςθσ του. Τα βιολογικά καφςιμα είναι εναλλακτικζσ λφςεισ ςτα φυςικά καφςιμα και γίνονται από τισ ποικιλίεσ των ςυγκομιδϊν, όπωσ το ςιτάρι ι θ ηάχαρθ και τα χρθςιμοποιθμζνα απόβλθτα λαδιοφ μαγειρζματοσ. Μποροφν να ςυνδυαςτοφν με τθ βενηίνθ για να δθμιουργιςουν τθ βιοαικανόλθ και να ςυνδυαςτοφν με το πετρζλαιο για να δθμιουργιςουν το βιοντίηελ (biodiesel). Μερικοί περιβαλλοντιςτζσ που πραγματοποιοφν εκςτρατείεσ, υποςτθρίηουν ότι θ ανάγκθ για τθν αφξθςθ ςτθ χριςθ των βιολογικϊν καυςίμων για τισ μεταφορζσ κα κάνει τισ δαπάνεσ για τα τρόφιμα να αυξάνονται και υπάρχει ο κίνδυνοσ να υπάρξει μια αφξθςθ ςτθν υπερεκμετάλλευςθ του εδάφουσ. 23

Μερικά από τα πιο γνωςτά εναλλακτικά καφςιμα είναι θ βιοαικανόλθ, το βιοαζριο, και το υδρογόνο. Και τα τρία παράγονται με πρϊτεσ φλεσ τθν βιομάηα και το νερό. Θ βιοαικανόλθ και το βιοαζριο παράγονται με κφρια πρϊτθ φλθ τθ βιομάηα και δευτερεφουςα το νερό, ενϊ το υδρογόνο παράγεται με κφρια φλθ το νερό,ενϊ θ βιομάηα κα μπορζςει να αποτελζςει ςτο μζλλον πρϊτθ φλθ για τθν παραγωγι του. Ρεριςςότερα όμωσ από αυτά κα δοφμε παρακάτω. 1.2.1) Βιοντίηελ (μεκυλεςτζρασ λιπαρϊν οξζων - fatty acid methyl ester/fame, jatropha methyl ester/jme) Στισ μζρεσ μασ παραδίδονται ιδθ αυτοκίνθτα ςτουσ αγοραςτζσ με μίγμα βιοντίηελ από 5% (ΛΧ) ζωσ 100% (επαγγελματικά). Τα φυςικά χαρακτθριςτικά του βιοντίηελ είναι ότι ζχει κίτρινο χρϊμα, είναι διαυγζσ και ζχει ιξϊδεσ ίδιο με εκείνο του ςυμβατικοφ ντίηελ. Οι πρϊτεσ φλεσ παραγωγισ του καυςίμου αυτοφ είναι τα φυτικά ζλαια όπωσ θ ελαιοκράμβθ, θ ςόγια και ο θλίανκοσ, από δζνδρα όπωσ ο φοίνικασ και θ καρφδα, αλλά μπορεί να παραχκεί και από κάμνουσ όπωσ θ jatropha και θ jojoba. Τα παραγόμενα φυτικά λάδια μετατρζπονται με κατάλλθλθ επεξεργαςία ςε βιοντίηελ. Εικόνα 1.1: Μετατροπι Φυτικϊν ελαίων ςε βιοντίηελ Θ ελαιοκράμβθ (Oilseed rape, rapeseed) είναι καλλιζργεια του βορείου τμιματοσ τθσ εφκρατθσ ηϊνθσ. Τα είδθ που καλλιεργοφνται ςιμερα ανικουν ςτο γζνοσ Brassica και είναι κυρίωσ τα Brassica napus (χειμερινι ελαιοκράμβθ) και Brassica rapa. Θ ελαιοκράμβθ είναι μία από τισ παλαιότερεσ καλλιζργειεσ και κατάγεται από τθν Ν.Α. Ευρϊπθ. Διακρίνεται ςε χειμερινζσ και εαρινζσ ποικιλίεσ. Στθν Ευρϊπθ κυριαρχοφν οι χειμερινζσ ποικιλίεσ ενϊ ςτον Καναδά καλλιεργοφνται μόνο οι εαρινζσ. Θ περιεκτικότθτα του ςπόρου ςε λάδι είναι περίπου 40%. 24

Εικόνα 1.2: Φυτά και ςπόροι ελαιοκράμβθσ Καλλιεργείται κυρίωσ ςτθν Ε.Ε (κεντρικι και βόρεια Ευρϊπθ). Άλλεσ χϊρεσ που καλλιεργοφν τθν ελαιοκράμβθ ςε μεγάλθ ζκταςθ είναι θ Κίνα, θ Λνδία, ο Καναδάσ και θ Αυςτραλία. Θ Ε.Ε είναι αυτάρκθσ ςε κραμβζλαιο (canola). Ραράγει 5,5 εκατ. τόνουσ κραμβζλαιου, οι οποίοι καταναλϊνονται εντόσ τθσ ΕΕ. Το κραμβζλαιο είναι θ κατεξοχιν πρϊτθ φλθ του ευρωπαϊκοφ βιοντίηελ. Στθν Ελλάδα άρχιςε να καλλιεργείται ελαιοκράμβθ τα τελευταία 2-3 χρόνια, για τθ χριςθ του κραμβζλαιου ςτθν παραγωγι βιοντίηελ. Στθ χϊρα μασ θ απόδοςθ ςε ςπόρο κυμαίνεται από 50-350 κιλά/ςτρζμμα που ςυνεπάγεται μζγιςτθ παραγωγι βιοκαυςίμου περί τα 120 λίτρα. Θ καλλιζργεια παρουςιάηει προβλιματα κατά τθ ςυγκομιδι (μικρι περίοδοσ ςυγκομιδισ και τίναγμα ςπόρων). Σφμφωνα με τα πρϊτα αποτελζςματα, θ ελαιοκράμβθ ενδείκνυται για καλλιζργεια μόνο ςτθ βόρεια Ελλάδα. Κρίςιμο ςθμείο για τθν επιτυχία τθσ καλλιζργειασ είναι ο ςωςτόσ χρόνοσ ςποράσ, διότι όψιμθ ςπορά οδθγεί ςε αποτυχία. Γίνεται μια χθμικι μετατροπι για τθν παραγωγι του βιοντίηελ, τθν οποία κα αναλφςουμε και παρακάτω, που ζχει ωσ εξισ: παχφρρευςτο λάδι από ελαιοκράμβθ αντιδρά (εςτεροποίθςθ) με μεκανόλθ, με αποτζλεςμα χαμθλοφ ιξϊδουσ μεκυλεςτζρα λιπαρϊν οξζων (fuel fatty acid methyl ester), που ζχει καλά χαρακτθριςτικά καφςθσ. Τα πρωτεριματα τθσ χριςθσ βιοντίηελ είναι οτι είναι βιοδιαςπϊμενο και δεν περιζχει ςχεδόν κακόλου κείο και αρωματικοφσ υδρογονάνκρακεσ. Υπολογίηοντασ τθ ςυνολικι παραγωγι διοξειδίου του άνκρακα από τθν παραγωγι μζχρι και τθν καφςθ, τα βιοκαφςιμα παράγουν περίπου 50% λιγότερο διοξείδιο του άνκρακα από τα ςυμβατικά καφςιμα. Ραράλλθλα, θ καφςθ παράγει λιγότερουσ υδρογονάνκρακεσ και μονοξείδιο του άνκρακα. Ο θλίανκοσ (Helianthus annuus) είναι μονοετισ καλλιζργεια, κατάγεται από τθν Κ. και Ν. Αμερικι και μεταφζρκθκε ςτθν Ευρϊπθ από Λςπανοφσ εξερευνθτζσ. Θ καλλιζργεια του θλίανκου ζγινε δθμοφιλισ το 18ο αιϊνα. Ο ςπόροσ του θλίανκου περιζχει 30%-45% ζλαιο. 25

Εικόνα 1.3: Καλλιζργεια θλίανκου Θ ωςία παράγει τισ μεγαλφτερεσ ποςότθτεσ θλιόςπορου και ακολουκείται από τθν Ανατολικι Ευρϊπθ, τθν Αργεντινι και τθν ΕΕ. Θ χϊρεσ που εξάγουν τισ μεγαλφτερεσ ποςότθτεσ θλιζλαιου είναι θ Αργεντινι, οι ΘΡΑ και θ Ανατολικι Ευρϊπθ. Θ ΕΕ παράγει 2,7 εκατ. τόνουσ θλιόςπορου/ζτοσ και ειςάγει 1,6 εκατ. τόνουσ. Θ Λταλία που είναι θ τρίτθ μεγαλφτερθ παραγωγόσ βιοντίηελ ςτθν Ευρϊπθ, χρθςιμοποιεί ςαν πρϊτθ φλθ κυρίωσ θλίανκο, με το 10% τθσ παραγωγισ βιοντίηελ τθσ Ε.Ε να προζρχεται από το ςυγκεκριμζνο φυτό. Στθ χϊρα μασ θ απόδοςθ ςε ςπόρο κυμαίνεται από 100-400 κιλά/ςτρζμμα (ξθρικι ι ποτιςτικι) οπότε θ μζγιςτθ παραγωγι ςε βιοκαφςιμο ανά ςτρζμμα είναι περίπου 150 λίτρα. Τεράςτιεσ καταςτροφζσ προκαλοφνται ςτθν παραγωγι (μείωςθ ωσ 80%) από τα πουλιά και χρειάηεται λιψθ κατάλλθλων μζτρων. Σφμφωνα με τα μζχρι ςτιγμισ αποτελζςματα, είναι θ καταλλθλότερθ καλλιζργεια για παραγωγι βιοντίηελ ςτθν Ελλάδα. Θ ςόγια (Glycine max) είναι μία από τισ παλαιότερεσ μονοετείσ καλλιζργειεσ, κατάγεται από τθν Α. Αςία και ανικει ςτθν οικογζνεια των ψυχανκϊν δθλαδι αηωτοδεςμεφει. Το ςογιζλαιο αποτελεί το 19,5% του ςπόρου. H ςόγια αποτελεί τθ δεφτερθ μεγαλφτερθ, μετά το καλαμπόκι, ςοδειά των ΘΡΑ, με αξία περίπου 26,8 δις. δολάρια,. Θ Βραηιλία και θ Αργεντινι είναι οι μεγαλφτεροι παραγωγοί μετά τισ ΘΡΑ και τθν Κίνα. Σιμερα, θ ΕΕ παράγει μόνο το 5% τθσ ςόγιασ που χρειάηεται για κάλυψθ των αναγκϊν τθσ ςε όλουσ τουσ τομείσ (κυρίωσ κτθνοτροφία), ενϊ το 95% (15 εκατ. τόνοι) ειςάγεται. Στθ χϊρα μασ είχε καλλιεργθκεί παλαιότερα και είχε μζςθ απόδοςθ ςε ςπόρο 400 κιλά/ςτρζμμα (ελάχιςτθ 100 και μζγιςτθ 700 κιλά/ςτρζμμα). Σφμφωνα με τα ιςτορικά αυτά δεδομζνα, πρζπει να αναμζνεται μζγιςτθ παραγωγι ςε βιοκαφςιμο περί τα 70-80 λίτρα ανά ςτρζμμα. 26

Θ jatropha (Jatropha curcas), είναι κάμνοσ με μεγάλουσ ελαιοφχουσ ςπόρουσ περιεκτικότθτασ ςε λάδι μζχρι 40% και μπορεί να αποτελζςει πρϊτθ φλθ για τθν παραγωγι βιοντίηελ. Θ jatropha είναι ζνα εξαιρετικά ανκεκτικό φυτό ςε δυςμενείσ ςυνκικεσ (ξθροκερμικζσ & άγονεσ) γι αυτό και είναι ςτθ λίςτα των χειρότερων φυτϊν-ειςβολζων (ηιηανίων) παγκοςμίωσ. Εικόνα 1.4: Jatropha, ζνα αμφιλεγόμενο φυτό για παραγωγι βιοντίηελ Ιδθ επιχειρθματίεσ που επενδφουν ςτθν παραγωγι βιοντίηελ ςε τροπικζσ περιοχζσ τθσ Αφρικισ και τθσ Λνδίασ, δθμιουργοφν τεράςτιεσ φυτείεσ jatropha ςε άγονεσ και ξθρζσ περιοχζσ. Θ βρετανικι εταιρεία παραγωγισ βιοντίηελ D1 Oils φφτεψε 1,5 εκατομμφρια ςτρζμματα jatropha ςτθ Σουαηιλάνδθ, ςτθ Ηάμπια ςτθ Νότια Αφρικι και ςτθν Λνδία. Θ εταιρεία ςχεδιάηει να διπλαςιάςει το μζγεκοσ των καλλιεργειϊν τθσ άμεςα. Επίςθσ θ BioKing, ολλανδικι εταιρεία καταςκευισ εξοπλιςμοφ για βιοντίηελ, αναπτφςςει καλλιζργειεσ ςτθ Σενεγάλθ, ενϊ και θ Australian Biodiesel Group ζχει ανακοινϊςει ότι κα ξεκινιςει παραγωγι από jatropha αφοφ υπολογίηεται ότι ςτθν Αυςτραλία υπάρχουν 200 εκατομμφρια ςτρζμματα αναξιοποίθτων άγονων εδαφϊν που μπορεί να καλλιεργθκεί το φυτό. Τζλοσ, θ κυβζρνθςθ τθσ Κίνασ ζχει κζςει ςε εφαρμογι ζνα μεγάλο πρόγραμμα εκτατικισ καλλιζργειασ jatropha. 1.2.1.1) Η διαδικαςία παραγωγισ βιοντίηελ Το βιοντίηελ είναι μεκυλεςτζρασ που παράγεται με μετεςτεροποίθςθ των φυτικϊν ελαίων και παραγωγι εςτζρων των τριγλυκεριδίων. Μποροφν επίςθσ να χρθςιμοποιθκοφν για τθν παραγωγι ακόμθ φκθνότερου βιοντίηελ, εκτόσ από ελαιοφχοι ςπόροι και μεταχειριςμζνα φυτικά ζλαια (τθγανόλαδα) ι και ηωικά λίπθ (πχ ωσ απόβλθτα ςφαγείων). Θ εξαγωγι του ελαίου από τουσ ςπόρουσ γίνεται μθχανικά ι χθμικά. Το βιοντίηελ ζχει κερμογόνο δφναμθ 27

15% μικρότερθ από αυτι του πετρελαίου. Ζνα γενικό ςχιμα τθσ παραγωγικισ αλυςίδασ βιοντίηελ δίνεται ςτο παρακάτω ςχιμα. Σχήμα 1.5: Διαγραμματικι απεικόνιςθ τθσ παραγωγισ βιοντίηελ. Με τθν υπάρχουςα τεχνολογία τα ζλαια (τριγλυκερίδια) μετατρζπονται με μια απλι διαδικαςία ςε εςτζρεσ των τριγλυκεριδίων, με μεκανόλθ ι και αικανόλθ. Οι κακαροί εςτζρεσ των τριγλυκεριδίων είναι άριςτα υποκατάςτατα του πετρελαίου χωρίσ να χρειάηεται καμία μετατροπι ςτον κινθτιρα. Με οριςμζνεσ φκθνζσ μετατροπζσ ςτθ μθχανι είναι δυνατόν να χρθςιμοποιθκεί και κακαρό βιοζλαιο. 1.2.1.2) Κόςτοσ παραγωγισ βιοντίηελ Σχετικά με το κόςτοσ παραγωγισ του βιοντίηελ, τα δεδομζνα ποικίλουν ανάλογα με τθν πρϊτθ φλθ και τθ μζκοδο παραγωγισ. Το βιοντίηελ από ηωικά λίπθ ζχει το χαμθλότερο κόςτοσ παραγωγισ που κυμαίνεται από 0.4 ζωσ 0.5 $ ανά ιςοδφναμο λίτρο πετρελαίου κίνθςθσ (το βιοντίηελ ζχει κερμογόνο δφναμθ περίπου 15% μικρότερθ από αυτι του πετρελαίου). Το βιοντίηελ που παράγεται από καλλιζργειεσ (ελαιοφχοι ςπόροι) ζχει αντίςτοιχο κόςτοσ 0.6-0.8 $ ενϊ αναμζνεται να μειωκεί μελλοντικά κατά 0.1-0.3$. Το βιοντίηελ δεφτερθσ γενιάσ που παράγεται από βιομάηα ζχει προσ το παρόν υψθλό κόςτοσ παραγωγισ, 0.9 $ ανά ιςοδφναμο λίτρο πετρελαίου κίνθςθσ, με το κόςτοσ τα επόμενα χρόνια να διαμορφϊνεται ςε 0.7-0.8$. Το κόςτοσ παραγωγισ του ςτισ χϊρεσ τθσ ΕΕ είναι περίπου 0,5 /lt (15 /GJ) ενϊ προβλζπεται μακροπρόκεςμα μείωςι του κατά 0,2 /lt (6 /GJ) ςυμπεριλαμβανομζνθσ τθσ αξίασ των υποπροϊόντων του (γλυκερίνθ, πίτα). Για τθν ΕΕ το παραγόμενο βιοντίηελ γίνεται 28

ανταγωνιςτικό ζναντι του πετρελαίου κίνθςθσ ςε τιμζσ πετρελαίου περίπου 60 ευρϊ ανά βαρζλι. Το κόςτοσ παραγωγισ τθσ καλλιζργειασ αντιπροςωπεφει περίπου το 80% του τελικοφ κόςτουσ παραγωγισ του βιοντίηελ ςτθν Ευρϊπθ. Θ υψθλι τιμι του βιοντίηελ ςε ςχζςθ με το «φκθνό» ντίηελ, είναι το ςθμαντικότερο εμπόδιο ςτθν ανάπτυξθ τθσ αγοράσ του ςτισ Θ.Ρ.Α. Σιμερα το γαλόνι κοςτίηει 1 $ ακριβότερα ςε ςχζςθ με το ντίηελ κίνθςθσ ςτα πρατιρια, ενϊ θ ςυνεχϊσ αυξανόμενεσ τιμζσ τθσ ςόγιασ δρουν αρνθτικά. Θ πλζον ελπιδοφόροσ προςζγγιςθ για τθ μείωςθ του κόςτουσ παραγωγισ βιοντίηελ ςτο κοντινό μζλλον, είναι θ χρθςιμοποίθςθ πιο φτθνισ πρϊτθσ φλθσ όπωσ για παράδειγμα να χρθςιμοποιθκοφν οι ποςότθτεσ τθσ χαλαςμζνθσ ςόγιασ, το ηωικό λίποσ του βοδινοφ και χοιρινοφ κρζατοσ, το τθγανιςμζνο λίποσ και τα χρθςιμοποιθμζνα λάδια εςτιατορίων και άλλα παρόμοια υποπροϊόντα. Σϋ αυτι τθν περίπτωςθ όμωσ παρουςιάηονται προβλιματα ςυλλογισ, αποκικευςθσ και ομοιογζνειασ τθσ πρϊτθσ φλθσ. Συνοψίηοντασ, μία εκτίμθςθ για τθ διαμόρφωςθ του κόςτουσ παραγωγισ βιοντίηελ μετά το 2010 παρουςιάηεται ςτο παρακάτω ραβδόγραμμα (πθγι ΛΕΑ). Σχήμα 1.6: Διαμόρφωςθ κόςτουσ παραγωγισ Βιοντίηελ Στο διάγραμμα, θ δεφτερθ, τρίτθ, τζταρτθ και τελευταία ράβδοσ αναφζρονται ςτο κόςτοσ παραγωγισ βιοντίηελ από λίπθ (ΕΕ & ΘΡΑ), ελαιοκράμβθ (ΕΕ), ςόγια (ΘΡΑ) και βιομάηα (με τθ μζκοδο Fischer-Tropsch), αντίςτοιχα. 29

1.2.2) Φυςικό αζριο Αυτοκίνθτα και φορτθγά που κινοφνται με φυςικό αζριο διατίκενται ςτθν αγορά από καταςκευαςτζσ όπωσ οι DaimlerChrysler, Opel, Renault, BMW. Το φυςικό αζριο είναι άχρωμο και άοςμο. Θ ζντονθ οςμι που ζχει το αζριο για οικιακι χριςθ ζχει προςτεκεί για λόγουσ αςφάλειασ. Αποτελείται κυρίωσ από μεκάνιο (85%-98%), αικάνιο, προπάνιο και βουτάνιο. Για τθν παραγωγι του φυςικοφ αερίου, το επεξεργαηόμαςτε ωσ εξισ: Απομακρφνουμε ανεπικφμθτα ςτοιχεία, όπωσ νερό, διοξείδιο του άνκρακα και ανϊτεροι υδρογονάνκρακεσ, με ξιρανςθ και κακαριςμό του εξαγόμενου αερίου. Τα οφζλθ ςε εκπομπζσ ρφπων που προκφπτουν από τθν χριςθ φυςικοφ αερίου ςε ςχζςθ με τα ςυμβατικά καφςιμα είναι: Μείωςθ του διοξειδίου του άνκρακα (CO2) κατά 18% ςε ςχζςθ με του βενηινοκινθτιρεσ και 14% ςε ςχζςθ με τουσ πετρελαιοκινθτιρεσ. Μείωςθ των οξειδίων του αηϊτου (NΟx) κατά 72% ςε ςχζςθ με του βενηινοκινθτιρεσ και 95% ςε ςχζςθ με τουσ πετρελαιοκινθτιρεσ. Μθδενικζσ εκπομπζσ μικροςωματιδίων (PM). Φπαρχει όμωσ και το μειονζκτθμα ότι παρουςιάηεται μειωμζνθ αυτονομία και χρειάηεται χϊροσ για τθ δεξαμενι του αερίου. Εκτόσ από τθν κατά μεγάλο ποςοςτό μείωςθ των εκπεμπόμενων ρφπων, τα οφζλθ τθσ χριςθσ φυςικοφ αερίου, διακρίνονται επίςθσ ςε: Λειτουργικά: που αφοροφν ςτα χαρακτθριςτικά τθσ καφςθσ και τθσ κερμοδυναμικισ απόδοςθσ του φυςικοφ αερίου. Οικονομικά: που αφοροφν ςτο βραχυπρόκεςμο και μακροπρόκεςμο αντίκτυπο ςτθν παγκόςμια οικονομία. Οι πρϊτεσ απόπειρεσ δοκιμισ -ςε πραγματικζσ ςυνκικεσ- τθσ κίνθςθσ με φυςικό αζριο, αφοροφςαν εφαρμογζσ κυρίωσ ςε οχιματα αςτικϊν μεταφορϊν ι άλλων κοινωφελϊν οργανιςμϊν. Θ ςυνεχισ εξζλιξθ και θ αποκόμιςθ χριςιμων πλθροφοριϊν από τισ πιλοτικζσ αυτζσ δοκιμζσ, είχαν ωσ αποτζλεςμα ςτισ μζρεσ μασ, να διακζτονται ςτθν αγορά ελαφρά επαγγελματικά οχιματα και κάποια επιβατικά για ιδιωτικι χριςθ. Ιδθ μάρκεσ όπωσ οι Fiat, Opel, Mercedes κ.λ.π. ζχουν μοντζλα φυςικοφ αερίου ςτθ γκάμα τουσ. Λειτουργικά, το φυςικό αζριο παρουςιάηει διαφορετικά χαρακτθριςτικά από αυτά των υγρϊν καυςίμων κατά τθν τροφοδοςία και τθν καφςθ του. Θ αζρια μορφι του επιτρζπει τθν ευκολότερθ ροι του ςτουσ αυλοφσ ειςαγωγισ και ςτα ςϊματα ψεκαςμοφ, τροφοδοτϊντασ τον κινθτιρα με ςτακερό και ομογενζσ μίγμα, με αποτζλεςμα τθν ομαλι λειτουργία και τθν αποτελεςματικότερθ καφςθ. Ραράλλθλα ςχεδόν εξαλείφεται το φαινόμενο επικάκιςθσ και ςυςςωμάτωςθσ άκαυτων ουςιϊν ςτον κάλαμο καφςθσ, ςτισ βαλβίδεσ και ςτθν εξαγωγι, ενϊ δεν αναμιγνφεται με το λιπαντικό του κινθτιρα που διαρρζει ςε μικρζσ ποςότθτεσ ςτον 30

κφλινδρο. Λόγω τθσ μοριακισ δομισ και ςφςταςθσ του, το φυςικό αζριο εξαλείφει το φαινόμενο τθσ κρουςτικισ καφςθσ (πειράκια) και βελτιϊνει τθν ροπι του κινθτιρα. Στθν Ευρϊπθ ιδθ λειτουργοφν 3.570 ςτακμοί τροφοδοςίασ ςτο βαςικό δίκτυο αυτοκινθτοδρόμων των μεγαλφτερων αςτικϊν κζντρων (ςφμφωνα με ςτοιχεία τθσ NGVA Europe), ενϊ ο αρικμόσ τουσ αυξάνεται ςε μθνιαία βάςθ. Οι ςτακμοί αυτοί τροφοδοτοφνται είτε από τουσ υπάρχοντεσ αγωγοφσ μεταφοράσ φυςικοφ αερίου, είτε από βυτιοφόρα φορτθγά, που φζρουν ειδικά διαςκευαςμζνουσ χϊρουσ αποκικευςθσ φυςικοφ αερίου. Ο ςτόλοσ των οχθμάτων με ςφςτθμα φυςικοφ αερίου αυξικθκε κατά 18% από το 2009 μζχρι το πρϊτο εξάμθνο του 2010, ενϊ τα ςθμεία ανεφοδιαςμοφ αυξικθκαν κατά 3% το τελευταίο ζτοσ. Θ ςθμαντικότερθ αφξθςθ τθσ χριςθσ του φυςικοφ αερίου ςτθν αεριοκίνθςθ, ςθμειϊνεται ςτθ Σουθδία και αγγίηει το 51%. Στθ χϊρα μασ λειτουργεί προσ το παρόν ζνασ ςτακμόσ ανεφοδιαςμοφ, ςτθν Ανκοφςα τθσ Ακινασ. Υπάρχει ζνα επενδυτικό πρόγραμμα του ομίλου ENIMEΞ, τθσ τάξεωσ των 1,5 εκ. ευρϊ για τθν επόμενθ διετία και αποτελεί τθν καταςκευι δικτφου 10 ςυνολικά πρατθρίων φυςικοφ αερίου (2 ςτθ Κεςςαλονίκθ, 4 ςτθν Αττικι και ςε πόλεισ τθσ επικράτειασ). Ιδθ ετοιμάηεται από τθν ENIMEΞ το πρϊτο ιδιωτικό πρατιριο φυςικοφ αερίου ςτθ Κεςςαλονίκθ (περιοχι αεροδρομίου) και θ λειτουργία του αναμζνεται να ξεκινιςει ςφντομα. Πντασ το πιο φιλικό προσ το περιβάλλον ορυκτό καφςιμο, το φυςικό αζριο γίνεται ςυνεχϊσ πιο ςθμαντικό. Επομζνωσ, θ ευρφτερθ χριςθ του φυςικοφ αερίου ςτθν κίνθςθ οχθμάτων κα πρζπει να υπερνικιςει διάφορα εμπόδια. Για αυτό και απαιτοφνται κίνθτρα για τθ διείςδυςθ του φυςικοφ αερίου ςαν καφςιμο κίνθςθσ. Στθ φάςθ ανάπτυξθσ αγοράσ, οι δυνθτικοί χριςτεσ οχθμάτων φυςικοφ αερίου ενδιαφζρονται περιςςότερο για τθ διακεςιμότθτα του καυςίμου. Συνεπϊσ, το φυςικό αζριο είναι πικανό να είναι μια ςθμαντικι επιλογι μόνο εάν τα κίνθτρα που προςφζρονται ςτουσ καταναλωτζσ για το νζο καφςιμο είναι ελκυςτικά. Διάφορα κίνθτρα μπορεί να δρομολογθκοφν και τα περιςςότερα από αυτά πρζπει να είναι οικονομικισ φφςθσ. Ενδεικτικά αναφζρονται: Θ μειωμζνθ φορολογία, είναι ο προφανζςτεροσ τρόποσ, προκειμζνου το φυςικό αζριο να καταςτεί ελκυςτικό καφςιμο. Ιδθ μζχρι το 2014 προβλζπεται θ απαλλαγι του φυςικοφ αερίου από τον ειδικό φόρο κατανάλωςθσ. Στθ Γερμανία κα ςυνεχίςει να ωφελείται από φοροαπαλλαγζσ μζχρι το 2020. Ο μειωμζνοσ φόροσ κυκλοφορίασ και ταξινόμθςθσ των οχθμάτων όταν το καφςιμο κίνθςθσ είναι το φυςικό αζριο. Θ απαλλαγι από τζλθ διοδίων των οχθμάτων που κινοφνται με φυςικό αζριο. Ευνοϊκζσ τιμζσ ςτάκμευςθσ ι ειδικζσ δωρεάν κζςεισ για τζτοιου τφπου οχιματα. Επιδότθςθ τθσ χριςθσ φυςικοφ αερίου ωσ καυςίμου κίνθςθσ (ζμμεςθ επιδότθςθ του διαφορικοφ κόςτουσ αγοράσ νζων οχθμάτων που χρθςιμοποιοφν φυςικό αζριο). Επιδότθςθ για τθν καταςκευι ςτακμϊν ανεφοδιαςμοφ οχθμάτων Φ.Α. 31

Ευνοϊκι τιμι αγοράσ φυςικοφ αερίου με πολυετι ςυμβόλαια από τθ ΔΕΡΑ για ςτόλουσ οχθμάτων. Λδιαίτερα ςθμαντικι, κρίνεται θ κατάρτιςθ Ρρογράμματοσ Ρροϊκθςθσ Φυςικοφ Αερίου Κίνθςθσ, ςτο πλαίςιο του οποίου κα υλοποιθκεί θ ςυνολικι ςτρατθγικι επιλογϊν, θ οποία κα περιλαμβάνει και δράςεισ διάδοςθσ-δθμοςιοποίθςθσ των ωφελειϊν από τθ χριςθ φυςικοφ αερίου ςε οχιματα. Στα αρχικά ςτάδια του Ρρογράμματοσ κρίνεται απαραίτθτθ θ ςτοχοκζτθςθ αναφορικά με τθν επιλογι ςτόλων ι οχθμάτων και του απαιτοφμενου αρικμοφ ςτακμϊν ανεφοδιαςμοφ και περιοχϊν χωροκζτθςισ τουσ, προκειμζνου να τεκοφν οι προτεραιότθτεσ του Ρρογράμματοσ. 1.2.3) Καφςιμο GTL (gas to liquid) Το καφςιμο GTL είναι άχρωμο και άοςμο, με λίγο μικρότερο ιξϊδεσ ςε ςχζςθ με το ορυκτό ντίηελ. Θ πρϊτθ φλθ παραγωγισ του είναι το φυςικό αζριο και για τθν παραγωγι του εκτελείται θ εξισ χθμικι μετατροπι : το φυςικό αζριο μετατρζπεται ςε ςυνκετικό και αυτό ςτθ ςυνζχεια ςε υγρό καφςιμο. Το GTL είναι καφςιμο υψθλισ ποιότθτασ με χαμθλζσ εκπομπζσ, χωρίσ κείο ι αρωματικζσ ενϊςεισ Πταν οι ςθμερινοί κινθτιρεσ εφοδιαςτοφν με GTL, παράγουν μζχρι και 90% λιγότερουσ υδρογονάνκρακεσ και μονοξείδιο του άνκρακα, ενϊ, παράλλθλα, με κατάλλθλθ μετατροπι τθσ χαρτογράφθςθσ του κινθτιρα, μποροφν να μειωκοφν κατά 35% οι εκπομπζσ ςωματιδίων και οξιδίων του αηϊτου. Τζλοσ, υπάρχουν περαιτζρω περικϊρια βελτίωςθσ, αν μετατραπεί και ο ίδιοσ ο κινθτιρασ. Ωσ επιπρόςκετο ςτο ςυμβατικό ντίηελ (μζχρι 5% για τθν Ευρϊπθ), το GTL βελτιϊνει τθν ποιότθτα και τθ φιλικότθτά του προσ το περιβάλλον. Ρερίπου από το 2012, το GTL κα είναι διακζςιμο ςε ικανζσ ποςότθτεσ, ϊςτε να ικανοποιιςει το 4% τθσ παγκόςμιασ ηιτθςθσ ντίηελ ι το 20% τθσ ευρωπαϊκισ αγοράσ. Θ βιομθχανία πετρελαιοειδϊν ερευνά εντατικά για τθν ανάπτυξθ καυςίμων GTL, τα οποία κα ανταποκρίνονται ςτισ απαιτιςεισ των ςφγχρονων κινθτιρων εςωτερικισ καφςθσ. Είναι κατάλλθλο για χριςθ ςε οποιοδιποτε όχθμα ντίηελ, και ςυνεπϊσ επιτρζπει μια βραχυπρόκεςμθ λφςθ ςτθ μείωςθ των ρφπων. Αυτό το καφςιμο ζχει ακόμα ζνα πλεονζκτθμα, ότι θ παραγωγι του μπορεί να τροποποιθκεί, ϊςτε να ταιριάηει απόλυτα ςτισ απαιτιςεισ των μελλοντικϊν, περιςςότερο αποδοτικϊν κινθτιρων. 32

1.2.4) SunDiesel (biomass to liquid, BTL) Το Sundiesel παράγεται από το 2001 και κεωρείται το πλζον κατάλλθλο καφςιμο για τουσ κινθτιρεσ του μζλλοντοσ. Είναι άχρωμο και άοςμο, με ςχετικά μικρότερο ιξϊδεσ ςε ςχζςθ με το ςυμβατικό ντίηελ. Θ πρϊτθ φλθ παραγωγισ του είναι θ βιομάηα από ξφλο, καλάμι, κτλ. Θ παραγωγι του γίνεται με ατμοποίθςθ και ςφνκεςθ καυςίμου ωσ εξισ: ςε πρϊτο ςτάδιο θ βιομάηα μετατρζπεται ςε βιοκόκ και αυτό ςε ςυνκετικό αζριο (π.χ. διαδικαςία Carbo-V). Στθ ςυνζχεια, το ςυγκεκριμζνο αζριο μετατρζπεται ςε υγρό καφςιμο (μζςω τθσ ςφνκεςθσ Fischer-Tropsch), μια διαδικαςία που αναπτφχκθκε από τθν Choren Industries ςτθ Γερμανία. Το SunDiesel παράγεται εκεί από τον Απρίλιο του 2003 και δοκιμάηεται από τθν DaimlerChrysler. Τα πλεονεκτιματα τθσ χριςθσ του ςυγκεκριμζνου καυςίμου είναι θ εξαιρετικι του ποιότθτα και οι χαμθλοί ρφποι. Ραράγει περίπου 90% λιγότερο διοξείδιο, κακϊσ και υδρογονάνκρακεσ και μονοξείδιο του άνκρακα. Με κατάλλθλθ μετατροπι του λογιςμικοφ του κινθτιρα, θ εκπομπι ςωματιδίων και τα οξίδια του αηϊτου μειϊνονται κατά 35%. Υπάρχουν περικϊρια για ακόμα καλφτερα αποτελζςματα με μετατροπι του κινθτιρα. Επίςθσ ζχει τρεισ φορζσ μεγαλφτερθ απόδοςθ όςον αφορά τθν εκμετάλλευςθ των γεωργικϊν καλλιεργειϊν ςε ςχζςθ με το βιοντίηελ (RME) ι τθν αικανόλθ, αφοφ χρθςιμοποιείται όλο το φυτό. Το BTL μπορεί να χρθςιμοποιθκεί χωρίσ μετατροπζσ ςτουσ κινθτιρεσ ντίηελ, καινοφριουσ ι παλαιοφσ, όμωσ μζχρι ςτιγμισ δεν είναι διακζςιμο για εμπορικι χριςθ. Μεςοπρόκεςμα, το BTL κα μπορεί να ικανοποιιςει το 15% με 20% τθσ ευρωπαïκισ κατανάλωςθσ καυςίμων. Είναι το πιο υποςχόμενο εναλλακτικό καφςιμο. Ωσ δεφτερθσ γενιάσ βιοκαφςιμο, ζχει μεγάλθ ςυμβολι ςτθ μείωςθ τθσ εξάρτθςθσ από το πετρζλαιο ακόμα και ςχετικά βραχυπρόκεςμα, αφοφ μπορεί να χρθςιμοποιθκεί ςτα ςθμερινά αυτοκίνθτα. Στον τομζα τθσ ποιότθτασ και περιβαλλοντικισ ςυμβατότθτασ δεν υπάρχει κανζνα μειονζκτθμα. Για τουσ αγρότεσ είναι ακόμα μια υποςχόμενθ πθγι ειςοδιματοσ. 1.2.4.1) Mζκοδοσ Fisher Tropsch (F-T) Θ διεργαςία παραγωγισ βιοκαυςίμων με τθ μζκοδο Fischer-Tropsch είναι μια διεργαςία μετατροπισ βιομάηασ ςε υγρά καφςιμα (Biomass To Liquid ι BTL), όπωσ φαίνεται ςτο Σχιμα 1. Θ βιομάηα ζρχεται ςε επαφι με αζρα και πυρολφεται. Το παραγόμενο αζριο και κωκ περνάει ςτθ ςυνζχεια ςτον αεροποιθτι και το παραγόμενο βιοαζριο ςφνκεςθσ, αφοφ κακαριςτεί και αποκειωκεί, διζρχεται μζςα από αντιδραςτιρα F-ischer-Tropsch. Εκεί το βιοαζριο ςφνκεςθσ (CO+H2) αντιδρά καταλυτικά και ςυνκζτει ζνα μίγμα αλειφατι-κϊν υδρογονανκράκων που αποτελείται από ελαφροφσ υδρογονάνκρακεσ (C1 και C4), νάφκα (C5 και C11), ντίηελ (C12 και C20) και κθρό (>C20). Θ απόδοςθ τθσ αντίδραςθσ Fischer- Tropsch εξαρτάται από τον κα-ταλφτθ που χρθςιμοποιείται και τισ παραμζτρουσ 33

λειτουργίασ, ωςτόςο θ απόδοςθ ςε υγρά προϊόντα (νά-φκα, ντίηελ και FT-κθρό) ανζρχεται ςτο 95%. Θ παραγόμενθ νάφκα και ντίηελ αποτελοφν βιοκαφςιμα που μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν αναλόγωσ με τα αντίςτοιχα ορυκτά καφςιμα. Ο FT-κθρόσ ωςτόςο πυρολφε-ται με τθ βοικεια υδρογόνου και το παραγόμενο προϊόν δίνει ζνα εφροσ προϊόντων όπωσ νάφκα, ντίηελ κτλ. 34

Σχήμα 1.7: Παραγωγι F-T Θ ςυγκεκριμζνθ διεργαςία BTL (Biomass To Liquid) βρίςκεται ςιμερα ςε πιλοτικό ςτάδιο. Στο ΕΡ-ΚΥ ζχει καταςκευαςτεί μια μονάδα υδρογονοπυρόλυςθσ για τθν αναβάκμιςθ του FTκθροφ ςε βιοκαφςι-μα. Θ μονάδα αυτι αποτελείται από δφο αντιδραςτιρεσ ςτακεράσ κλίνθσ εν ςειρά πιλοτικισ κλίμακασ δυ-ναμικότθτασ 30-800ml/hr υγρισ τροφοδοςίασ. Στα πλαίςια ευρωπαϊκϊν ερευνθτικϊν προγραμμάτων το ΕΡΚΥ ζχει παράγει ςθμαντικζσ ποςότθτεσ βιοκαυςίμων (νάφκα, κθροηίνθ, ντίηελ) από FT-κθρό και ζχει ςυγκρίνει διάφορουσ καταλφτεσ υδρογονοπυρόλυςθσ για τουσ ποιο αποτελεςματικοφσ όςον αφορά τθν α-πόδοςθ προϊόντων. 35

1.2.5) Αικανόλθ 1.2.5.1.) Αικανόλθ Ι (φυτικισ προζλευςθσ). Ρολλά από τα οχιματα που ιδθ κυκλοφοροφν μποροφν να χρθςιμοποιιςουν καφςιμα με περιεκτικότθτα μζχρι και 5% αικανόλθ, ποςοςτό που αποτελεί το όριο ςτθν Ευρϊπθ. Στισ ΘΡΑ, αυτοκίνθτα καταχωρθμζνα ωσ «flexible fuel vehicles» μποροφν να χρθςιμοποιιςουν μίγμα το οποίο φτάνει το 85% περιεκτικότθτασ ςε αικανόλθ. Φυςικό χαρακτθριςτικό του ςυγκεκριμζνου καυςίμου είναι ότι είναι διαυγζσ με τυπικι αλκοολοφχα οςμι. Θ πρϊτθ φλθ παραγωγισ του είναι από ςοδειζσ που περιζχουν άμυλο και ςάκχαρα, όπωσ καλαμπόκι, ηαχαρότευτλα, πατάτεσ και δθμθτριακά. Θ παραγωγι τθσ αικανόλθσ γίνεται με αλκοολικι ηφμωςθ και ζνα προτζρθμα είναι ότι ςε ιδανικζσ ςυνκικεσ, με τθ χριςθ τθσ αικανόλθσ, μειϊνεται θ εκπομπι του διοξειδίου του άνκρακα μζχρι και 65%.Το ςυνολικό ιςοηφγιο όμωσ εξαρτάται από τθν πρϊτθ φλθ. Επίςθσ θ αικανόλθ μπορεί να βοθκιςει και ςτθ μείωςθ των οξιδίων του αηϊτου. Θ αικανόλθ είναι το πιο διαδεδομζνο βιοκαφςιμο παγκοςμίωσ, ιδιαίτερα ςτθ Βραηιλία και τισ ΘΡΑ. Στθν EE μπορεί να προςτεκεί αικανόλθ ςε κανονικι βενηίνθ ςε αναλογία μζχρι 5%, όπωσ αναφζραμε και παραπάνω, αλλά μζχρι ςτιγμισ δεν υπάρχει αρκετι ποςότθτα για να επιτευχκεί αυτό το όριο, όμωσ αναμζνεται αφξθςθ τθσ παραγωγισ τθσ ςτα επόμενα χρόνια. Ππωσ και το βιοντίηελ, ζτςι και θ αικανόλθ ανικει ςτθν πρϊτθ γενιά βιοκαυςίμων, και ςυνεπϊσ βρίςκεται ζνα βιμα μπροςτά από τα ορυκτά καφςιμα. Ουςιαςτικά, ανοίγει τθν πόρτα τθσ αγοράσ ενζργειασ για τθ γεωργία. 1.2.5.2.) Αικανόλθ ΙΙ (από φυτικι πρϊτθ φλθ που περιζχει λιγνοκυτταρίνθ) Θ αικανόλθ ΛΛ είναι ζνα κάυςιμο διαυγζσ, άχρωμο με τυπικι αλκοολοφχα οςμι. Θ πρϊτθ φλθ παραγωγισ τθσ είναι θ βιομάηα από υλικά όπωσ ξφλο, καλάμι κτλ. Για τθν παραγωγι τθσ αικανόλθσ ΛΛ γίνεται ενηυμικι υδρόλυςθ και ηφμωςθ, όπου ςε πρϊτο βιμα, πριν από τθν αλκοολικι ηφμωςθ, θ κυτταρίνθ διαςπάται ςε ςάκχαρα. Το πλεονζκτθμα τθσ χριςθσ τθα αικανόλθσ είναι ότι ζχουμε μείωςθ ςτισ εκπομπζσ διοξειδίου του άνκρακα μζχρι και 80%. Θ αικανόλθ ΛΛ παράγεται από ολόκλθρο το φυτό, ςυνεπϊσ υπάρχει μεγαλφτερθ παραγωγι καυςίμου για μια ςυγκεκριμζνθ ζκταςθ ςε ςχζςθ με τθν αικανόλθ Λ που προζρχεται από τθ ςοδειά. Θ αικανόλθ που προζρχεται από βιομάηα είναι ακόμα ςτα πρϊτα βιματα. Υπάρχουν ηθτιματα που μζνει να λυκοφν όςον αφορά τθν παραγωγι και τθν οικονομικι βιωςιμότθτα. Πμωσ, από το 2015 αλκοόλ από λιγνοκυτταρίνθ κα μποροφςε να χρθςιμοποιείται ςε μεγαλφτερο εφροσ. Θ αικανόλθ από λιγνοκυτταρίνθ, θ οποία ανικει ςτα βιοκαφςιμα δεφτερθσ γενιάσ, βοθκά ςτθ μείωςθ τθσ εξάρτθςθσ από το πετρζλαιο. Πςον αφορά τθ 36

φιλικότθτά τθσ προσ το περιβάλλον, θ βιοαλκοόλθ προςφζρει ςθμαντικά πλεονεκτιματα, ενϊ για τουσ αγρότεσ είναι ακόμα μια υποςχόμενθ πθγι εςόδων. 1.2.6) Τδρογόνο (Η2) Αυτό το άχρωμο, άοςμο, και άγευςτο χθμικό ςτοιχείο αποτελεί μία χριςιμθ "πρϊτθ φλθ" για ποικίλεσ βιομθχανικζσ δραςτθριότθτεσ και ζνα ςθμαντικότατο καφςιμο που επαρκεί να τροφοδοτιςει το ςφνολο των δραςτθριοτιτων τθσ κοινωνίασ, από τισ ανάγκεσ για θλεκτρικό ςτα ςπίτια, ςτισ επιχειριςεισ, ςτθ βιομθχανία ακόμα και ωσ καφςιμο ςτισ μεταφορζσ. Δεν είναι τυχαίο το ότι υπάρχει ζνασ ςαφισ προςανατολιςμόσ προσ τθν κατεφκυνςι του: Το υδρογόνο ζχει το υψθλότερο ενεργειακό περιεχόμενο ανά μονάδα βάρουσ από οποιοδιποτε άλλο γνωςτό κάυςιμο, 120,7 kj/gr και περίπου τρεισ φορζσ μεγαλφτερο από αυτό τθσ ςυμβατικισ βενηίνθσ. Κάνει κακαρι καφςθ. Πταν καίγεται με οξυγόνο παράγει μόνο νερό και κερμότθτα. Πταν καίγεται με τον ατμοςφαιρικό αζρα, ο οποίοσ αποτελζιται περίπου από 68% άηωτο, παράγονται επίςθσ μερικά οξείδια του αηϊτου ςε αμελθτζο ωςτόςο βακμό. Στισ επόμενεσ δεκαετίεσ, τα ςθμαντικότερα ηθτιματα που καλοφνται να αντιμετωπιςτοφν από τθ διεκνι ενεργειακι πολιτικι και τισ αντίςτοιχεσ βιομθχανικζσ και τεχνολογικζσ καινοτομίεσ είναι τα εξισ: θ αναμενόμενθ εξάντλθςθ των πετρελαϊκϊν αποκεμάτων, θ εξαςφάλιςθ τθσ αςφάλειασ του ενεργειακοφ εφοδιαςμοφ, θ αντιςτροφι τθσ κλιματικισ αλλαγισ και θ προςταςία του περιβάλλοντοσ, θ κάλυψθ των αυξανόμενων ενεργειακϊν αναγκϊν και θ δθμιουργία μίασ νζασ βιομθχανικισ και τεχνολογικισ ενεργειακισ βάςθσ που να αποβλζπει ςτθν οικονομικι ευμάρεια. Επομζνωσ νζα ενεργειακά μοντζλα και πθγζσ ι φορείσ ενζργειασ κα πρζπει να αξιοποιθκοφν ςε ευρφτατο βακμό. Το υδρογόνο κεωρείται ςαν ζνασ ενεργειακόσ φορζασ που αναμζνεται να ζχει ςθμαντικι ςυμβολι ςτθν κατεφκυνςθ τθσ επίλυςθσ του ενεργειακοφ προβλιματοσ, γι αυτό ζχει αποςπάςει το ερευνθτικό ενδιαφζρον ενόσ μεγάλου πλικουσ επιςτθμονικϊν κλάδων. Οι νζεσ πθγζσ και φορείσ ενζργειασ κα πρζπει να είναι ςε κζςθ να εγγυθκοφν ζνα αειφόρο, αςφαλζσ και φιλικό προσ το περιβάλλον ενεργειακό ςφςτθμα και το υδρογόνο εμφανίηει μία ςειρά ςχετικϊν πλεονεκτθμάτων: Αςφάλεια ενεργειακοφ εφοδιαςμοφ: Το υδρογόνο είναι ζνασ μθ ρυπογόνοσ φορζασ ενζργειασ που μπορεί να παραχκεί από πρωτογενισ πθγζσ, από πυρθνικι ενζργεια αλλά και από ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ. Αυτι θ ποικιλότθτα των μεκόδων παραγωγισ ςυνδράμει ςτθν αςφάλεια του ενεργειακοφ εφοδιαςμοφ. Το υδρογόνο μπορεί να χρθςιμοποιθκεί ςε κεντρικζσ και αποκεντρωμζνεσ ι αυτόνομεσ εφαρμογζσ για παραγωγι ενζργειασ. 37

Ρροςταςία του περιβάλλοντοσ: Θ χριςθ του ςυνοδεφεται από πολφ χαμθλζσ (καφςθ) ζωσ και μθδενικζσ εκπομπζσ ρφπων (κυψζλεσ καυςίμου). Εκπομπζσ αερίων κερμοκθπίου: το υδρογόνο μπορεί να παραχκεί από πθγζσ χωρίσ τθν καφςθ άνκρακα (ανανεϊςιμεσ) ι από ορυκτά καφςιμα εφαρμόηοντασ μεκόδουσ κατακράτθςθσ και αποκικευςθσ του άνκρακα (Carbon Dioxide Capture and Storage, CCS). Οικονομικι ανάπτυξθ: θ ανάπτυξθ τθσ αγοράσ ενεργειακϊν ςυςτθμάτων που χρθςιμοποιοφν το υδρογόνο ςυνεπάγεται τθν οικονομικι ανάπτυξθ και τθν αειφορία κυρίωσ ςε αναπτυςςόμενεσ χϊρεσ. Οι πιο αιςιόδοξοι υποςτθρικτζσ του υδρογόνου προςβλζπουν ςτθ λεγόμενθ Οικονομία του Υδρογόνου, δθλαδι ςε ζνα διεκνζσ οικονομικό και κοινωνικό κακεςτϊσ όπου το υδρογόνο κα διαδραματίηει τον καίριο ρόλο που ςιμερα ζχει το πετρζλαιο. Αναλυτικότερα, ο όροσ οικονομία υδρογόνου εμφανίςτθκε για πρϊτθ φορά το 1973 και εννοεί τθ χριςθ του Θ 2 προσ πλιρθ ι τουλάχιςτον ςθμαντικι αντικατάςταςθ των ορυκτϊν καυςίμων. Σε αυτό το πλαίςιο βζβαια, το Θ 2 είναι φορζασ ενζργειασ και όχι πρωτογενισ πθγι. Θ πρωτογενισ πθγι που κα παράγει το Θ 2 κα πρζπει να είναι είτε ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ είτε θ πυρθνικι. Διεργαςίεσ, βαςιηόμενεσ ςε ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ που μποροφν να οδθγιςουν ςε παραγωγι υδρογόνου είναι θ μετατροπι τθσ βιομάηασ, και θ θλεκτρολυτικι, βιοφωτολικι ι κερμοχθμικι διάςπαςθ του νεροφ. Θ μετάβαςθ ςτθν οικονομία υδρογόνου, πζρα από πολιτικζσ αποφάςεισ, απαιτεί τθν αντιμετϊπιςθ διάφορων τεχνικοοικονομικϊν κεμάτων, με τα ςθμαντικότερα να είναι τα ακόλουκα: Ρρϊτον, τα επιμζρουσ τμιματα του δικτφου υποδομισ (ςθμεία παραγωγισ, δίκτυο μεταφοράσ, μονάδεσ μετατροπισ ςε άλλεσ μορφζσ ενζργειασ) κα πρζπει να ςυνδεκοφν μεταξφ τουσ και να λειτουργοφν με εφρωςτο τρόπο, αντίςτοιχο με το υφιςτάμενο δίκτυο φυςικϊν καυςίμων και θλεκτριςμοφ. Δεφτερον, το υδρογόνο ωσ ενεργειακόσ φορζασ κα πρζπει να είναι ςε κζςθ να αποδείξει ότι είναι οικονομικά ανταγωνιςτικόσ. Αν και το υδρογόνο μπορεί να χρθςιμοποιθκεί ςτισ μεταφορζσ, ςτθν παραγωγι θλεκτριςμοφ και ςτα καταναλωτικά θλεκτρονικά, ςτθν παροφςα ςτιγμι, δεν μπορεί να ςυναγωνιςτεί ςε ηθτιματα κόςτουσ, αποδοτικότθτασ και αξιοπιςτίασ τισ ςυμβατικζσ τεχνολογίεσ και να τισ αντικαταςτιςει ςταδιακά. Ρροφανϊσ, για τθν υπζρβαςθ αυτϊν των εμποδίων απαιτείται κατάλλθλοσ πολιτικόσ ςχεδιαςμόσ. Μζςω ρυκμίςεων και ενιςχφςεων κα πρζπει να διαμορφωκεί το κατάλλθλο περιβάλλον για τθ ςφναψθ εταιρικϊν ςυνεργαςιϊν που κα αποβλζπουν ςτθν κακιζρωςθ και εμπορευματοποίθςθ τθσ τεχνολογίασ. Δεφτερον, κα πρζπει να υποςτθριχκεί ο τομζασ ζρευνασ και ανάπτυξθσ για τθν ανάπτυξθ τεχνολογιϊν που ςχετίηονται με το υδρογόνο, με τθ ςφμπραξθ πανεπιςτθμίων και μικρϊν και μεςαίων επιχειριςεων (small and medium 38

enterprises, SMEs). Τρίτον, κα πρζπει να αξιοποιθκεί και να επεκτακεί το υπάρχον δίκτυο φυςικοφ αερίου, κακϊσ θ αναμόρφωςι του είναι μια άμεςα διακζςιμθ μζκοδοσ για τθν παραγωγι υδρογόνου. Επίςθσ, το υφιςτάμενο δίκτυο μεταφοράσ και διανομισ του φυςικοφ αερίου μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για τθν διάκεςθ του υδρογόνου ςτθν τελικι χριςθ. H μετάβαςθ ςε μία οικονομία υδρογόνου αναμζνεται να αλλάξει κατά κεμελιϊδθ τρόπο τισ οικονομικζσ ιςορροπίεσ ςε παγκόςμια κλίμακα, απαιτϊντασ νζεσ ςυνεργαςίεσ και ςυνεταιριςμοφσ μεταξφ κυβερνιςεων, εταιρείεσ που δραςτθριοποιοφνται ςτθν βιομθχανία των μεταφορϊν και περιβαλλοντικϊν οργανϊςεων. Οι περιςςότεροι μεγάλοι καταςκευαςτζσ χρθςιμοποιοφν το υδρογόνο ςε πειραματικά αυτοκίνθτα με κινθτιρεσ ενεργειακϊν κυψελϊν. Είναι άχρωμο, άοςμο αζριο, περίπου 14 φορζσ ελαφρφτερο από τον αζρα. Θ πρϊτθ φλθ παραγωγισ του είναι θ βιομάηα και το νερό. Μπορεί να παραχκεί από οποιοδιποτε ορυκτι ι ανανεϊςιμθ πθγι ενζργειασ, και ςυνεπϊσ τα πικανά αποκζματα είναι άπειρα. Θ παραγωγι του από βιομάηα γίνεται με χθμικι μετατροπι, πιο ςυγκεκριμζνα με αναμόρφωςθ και αεριοποίθςθ. Θ παραγωγι του από νερό γίνεται με θλεκτρόλυςθ, όπου είναι δυνατό, χρθςιμοποιϊντασ θλεκτρικι ενζργεια από ανανεϊςιμεσ πθγζσ. Το υδρογόνο που παράγεται με τθ βοικεια ανανεϊςιμων ενεργειακϊν πθγϊν παρζχει μια κακαρι και άφκονθ πθγι ενζργειασ, ικανι για τισ περιςςότερεσ από τισ μελλοντικζσ υψθλζσ ανάγκεσ ενζργειασ. Πταν το υδρογόνο χρθςιμοποιείται ωσ πθγι ενζργειασ ςε μια κυψζλθ καυςίμων, θ μόνθ εκπομπι που δθμιουργείται είναι το νερό, το οποίο μπορεί ζπειτα να θλεκτρολυκεί για να κάνει περιςςότερο υδρογόνο, όπωσ αναφζραμε και παραπάνω - τα απόβλθτα δθλαδι προμθκεφουν περιςςότερα καφςιμα. Αυτόσ ο ςυνεχισ κφκλοσ ενεργειακισ παραγωγισ ζχει τθ δυνατότθτα να αντικαταςτιςει τισ παραδοςιακζσ πθγζσ ενζργειασ με κάκε ικανότθτα - ζτςι δεν κα ζχουμε άλλεσ νεκρζσ μπαταρίεσ που προκαλοφν μόλυνςθ του περιβάλλοντοσ ι μθχανζσ που καίνε βενηίνθ ι πετρζλαιο, αφοφ με τθ χριςθ του υδρογόνου από ανανεϊςιμεσ πθγζσ μειϊνονται περιςςότερο από 90% οι εκπομπζσ του διοξειδίου του άνκρακα. Ουςιαςτικά, δεν υπάρχουν βλαβερζσ εκπομπζσ όταν χρθςιμοποιείται ςτισ ενεργειακζσ κυψζλεσ, οι οποίεσ μειϊνουν τθν κατανάλωςθ ενζργειασ αφοφ είναι με διαφορά το πιο αποδοτικό ςφςτθμα. Το μόνο μειονζκτθμα είναι ότι το υδρογόνο είναι ακόμα ακριβότερο από τισ άλλεσ πθγζσ ενζργειασ όπωσ ο άνκρακασ, το πετρζλαιο και το φυςικό αζριο. Οι ερευνθτζσ βοθκοφν να αναπτυχκοφν εκείνεσ οι τεχνολογίεσ για να παραγάγουν το υδρογόνο ςε μαηικζσ ποςότθτεσ και με φτθνότερεσ τιμζσ, προκειμζνου να ανταγωνιςτοφν με τισ παραδοςιακζσ πθγζσ τθσ ενζργειασ. Τα οχιματα με ενεργειακζσ κυψζλεσ ιδθ δοκιμάηονται ςε ολόκλθρο τον κόςμο, όμωσ, ακόμα, ο αρικμόσ είναι πολφ μικρόσ. Στα επόμενα χρόνια, τα αυτοκίνθτα με ενεργειακζσ κυψζλεσ κα χρθςιμοποιοφνται μόνο ςε ειδικζσ περιπτϊςεισ. Θ μαηικι παραγωγι 39

προςδιορίηεται περίπου ςτο 2020. Από το 2030 θ ςυγκεκριμζνθ φουτουριςτικι τεχνολογία μπορεί να αποτελζςει τθν πάγια λφςθ. 1.2.6.1) Χριςθ υδρογόνου ωσ εναλλακτικό καφςιμο ςτθν αυτοκινθτοβιομθχανία. Θ λφςθ ςτθν οποία ζχουν ςτραφεί οι περιςςότεροι καταςκευαςτζσ αυτοκινιτων είναι αυτι των υβριδικϊν αυτοκινιτων, κακϊσ λόγω τθσ μικρότερθσ κατανάλωςισ τουσ ςε ςχζςθ με τα ςυμβατικά οχιματα εξαςφαλίηουν και μικρότερθ εκπομπι ρφπων. Με τον όρο υβριδικό εννοοφμε κάκε όχθμα για τθν κίνθςθ του οποίου χρθςιμοποιοφνται περιςςότερεσ από μία πθγζσ ενζργειασ, ανεξάρτθτα από το είδοσ του καυςίμου και τθν αλλθλεπίδραςθ μεταξφ των πθγϊν. Ριο ςυγκεκριμζνα τα υβριδικά-θλεκτρικά οχιματα είναι οχιματα που ςυνδυάηουν ζνα ςυμβατικό κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ με βενηίνθ ι ντίηελ, με τθν θλεκτρικι τεχνολογία αυτοκινιτων (θλεκτρικόσ κινθτιρασ με αναγεννθτικι πζδθςθ και μπαταρίεσ αποκικευςθσ). Αλλά υπάρχουν υβριδικά οχιματα που χρθςιμοποιοφν κυψζλεσ καυςίμων αντί για θλεκτρικοφσ κινθτιρεσ. Θ πρϊτθ εμφάνιςθ υβριδικϊν οχθμάτων χρονολογείται ςτισ αρχζσ του περαςμζνου αιϊνα και πιο ςυγκεκριμζνα το 1905, όταν ο H. Piper κατζκεςε αίτθςθ κατοχφρωςθσ ευρεςιτεχνίασ για ζνα υβριδικό αυτοκίνθτο, όπου ζνα θλεκτροκινθτιρασ κα λειτουργοφςε επικουρικά ςτο βαςικό μοτζρ (ζνα βενηινοκινθτιρα), ϊςτε να επιτυγχάνεται επιτάχυνςθ 0-40 km/h ςε χρόνο 10 sec. Δεδομζνου ότι οι όροι κατανάλωςθ και εκπομπζσ ρφπων δεν είχαν ακόμα επινοθκεί, θ καταςκευι του οχιματοσ του Piper επικεντρϊκθκε ςτισ επιδόςεισ και όχι ςτθν οικονομία ι ςτθ φιλικι προσ το περιβάλλον λειτουργία. Θ ζλλειψθ θλεκτρικοφ δικτφου και το υπερβολικό διάςτθμα που χρειάςτθκε για τθν ζγκριςθ τθσ πατζντασ αποδείχκθκαν δυςτυχϊσ καταδικαςτικοί παράγοντεσ για τθν ιδζα του Piper. Βζβαια προτάςεισ πάνω ςτο ίδιο ηιτθμα είχαν παρουςιαςτεί και νωρίτερα, όπωσ το 1900, όταν θ εταιρεία Lohner είχε παρουςιάςει ςτθν Ζκκεςθ του Ραριςιοφ ζνα θλεκτρικό αυτοκίνθτο βαςιςμζνο ςτθ ιδζα ενόσ 25χρονου τότε μθχανικοφ, του ιδρυτι τθσ ομϊνυμθσ μετζπειτα κρυλικισ φίρμασ Ferdinand Porsche. Το αυτοκίνθτο αυτό διζκετε δφο θλεκτροκινθτιρεσ ενςωματωμζνουσ ςτισ πλιμνεσ των μπροςτινϊν τροχϊν, χωρίσ να γίνεται χριςθ κιβωτίου ταχυτιτων, θμιαξονίων ι διαφορικοφ. Το 1902 θ Lohner παρουςίαςε και υβριδικι τετρακίνθτθ ζκδοςθ του μοντζλου τθσ με θλεκτροκινθτιρεσ ςε όλουσ τουσ τροχοφσ, όπου ζνασ βενηινοκινθτιρασ κινοφςε τθν απαραίτθτθ για τθν παραγωγι τθσ απαιτοφμενθσ θλεκτρικισ ενζργειασ γεννιτρια. Στθν πορεία παρουςιάςτθκαν διάφορα πρωτότυπα, όπωσ του Krieger to 1903, ορόςθμο όμωσ ςτθν εξζλιξθ των υβριδικϊν οχθμάτων αποτζλεςε το 1917, όταν θ Woods Motor Vehicle Company παρουςίαςε το μοντζλο Dual Power. Κερδίηοντασ τισ εντυπϊςεισ χάρθ ςτθν ευφυι καταςκευι του και τον απλό χειριςμό του, το Dual Power διζκετε βενηινοκινθτιρα και θλεκτροκινθτιρα οι οποίοι μποροφςαν να λειτουργιςουν ανεξάρτθτα ο ζνασ από τον άλλο. 40

Ζνασ μαγνθτικόσ ςυμπλζκτθσ που ςυνζδεε και απομόνωνε τουσ δφο κινθτιρεσ με το ςφςτθμα μετάδοςθσ μζςω δφο διακοπτϊν ςτο τιμόνι, ζδινε τθ δυνατότθτα ςτον οδθγό να επιλζξει μεταξφ του θλεκτροκινθτιρα και του βενηινοκινθτιρα για τθν κίνθςθ του οχιματοσ, ι και τουσ δφο όταν ικελε μζγιςτθ ιςχφ. Επιπλζον, όταν το αυτοκίνθτο επιβράδυνε, ο οδθγόσ μποροφςε να φορτίςει τισ μπαταρίεσ του οχιματοσ εμπλζκοντασ τον θλεκτροκινθτιρα, ο οποίοσ ςε αυτιν τθν περίπτωςθ λειτουργοφςε ωσ γεννιτρια. Δυςτυχϊσ θ υβριδικι τεχνολογία ζπεςε ςε τζλμα, υποςκελιηόμενθ από τθν ραγδαία εξάπλωςθ των βενηινοκινθτιρων. Οι ρυπογόνοι κινθτιρεσ εςωτερικισ καφςθσ κυριάρχθςαν ςτθν αγορά και μοιραία τα υβριδικά προγράμματα και οι λοιπζσ εναλλακτικζσ τεχνολογίεσ τζκθκαν ςτο περικϊριο. Τα οχιματα υδρογόνου είναι οχιματα που χρθςιμοποιοφν κυψζλεσ καυςίμων και υδρογόνο ωσ καφςιμο. Ζχουν πλεονεκτιματα όπωσ: Απόδοςθ καυςίμων 40-60% Μθδενικζσ εκπομπζσ CO 2 όταν θ θλεκτρικι ενζργεια παράγεται ςε κυψζλθ καυςίμων Αλλά και μειονεκτιματα όπωσ: Υψθλό κόςτοσ Κατα πόςο ζχουν αντοχι οι κυψζλεσ καυςίμων Υποδομζσ αποκικευςθσ και ανεφοδιαςμοφ Θ 2 Καιρικζσ ςυνκικεσ (θ εςωτερικι μεμβράνθ πρζπει να παραμείνει υγρι για να λειτουργιςει θ κυψζλθ). Αυτι τθν ςτιγμι μόνο δφο εταιρείεσ ζχουν ςε παραγωγι υβριδικά αυτοκίνθτα: θ Toyota (μαηί με τθ κυγατρικι τθσ Lexus) και θ Honda. Τα αυτοκίνθτα αυτά πωλοφνται ςχεδόν ςε όλο τον κόςμο και παρόλο που είναι ςχετικά ακριβά, οι τιμζσ τουσ είναι κάκε άλλο παρά εξωφρενικζσ. Στο δρόμο που χάραξαν οι Λάπωνεσ κινοφνται τϊρα και οι περιςςότεροι καταςκευαςτζσ, με ςτόχο να εντάξουν ςτθ γκάμα τουσ ζνα υβριδικό μοντζλο ςτο εγγφτερο ι απϊτερο μζλλον. Στθ χϊρα μασ θ διάδοςθ και θ χριςθ των υβριδικϊν αυτοκινιτων δεν είναι ακόμα αυτι που κα ζπρεπε, ςε ςφγκριςθ πάντα με άλλεσ χϊρεσ. Αν και οι πωλιςεισ τουσ αυξάνονται αναλογικά και ςτθν Ελλάδα, ωςτόςο και αυτό το χρόνο όπωσ δείχνουν τα πράγματα κα παραμείνουν κάτω από τισ 500 μονάδεσ. Σε άλλεσ χϊρεσ, τα δεδομζνα είναι ακόμθ πιο ευνοϊκά για τα υβριδικά αυτοκίνθτα. Στο Λονδίνο τα οχιματα του είδουσ ζχουν απαλλαγι και από τα διόδια, ενϊ ςτθν πολιτεία τθσ Καλιφόρνια θ ςτάκμευςι τουσ είναι ελεφκερθ και χωρίσ οικονομικζσ επιβαρφνςεισ. Τα υβριδικά διακζτουν όλα εκείνα τα ςτοιχεία που κα τουσ επιτρζψουν να πρωταγωνιςτιςουν ςτθν τρζχουςα δεκαετία. Χωρίσ να χρθςιμοποιοφν επαναςτατικι ι 41

ριηοςπαςτικι τεχνολογία, επιτυγχάνουν εντοφτοισ με ζξυπνεσ λφςεισ τθν χρυςι τομι μεταξφ επιδόςεων και κατανάλωςθσ. Τα ςθμερινά δεδομζνα δείχνουν ότι ςφντομα κα κάνουν τθν εμφάνιςι τουσ και κακαρόαιμεσ ςπορ καταςκευζσ με υβριδικά κινθτιρια ςφνολα, δείχνοντασ το δρόμο για πρωταγωνιςτικό ρόλο που αναμζνονται να διαδραματίςουν κάποια ςτιγμι ςτο μζλλον. 1.2.6.2) Χριςθ του υδρογόνου ωσ εναλλακτικό καφςιμο ςτισ εναζριεσ μεταφορζσ Στο επίπεδο των εκπομπϊν διοξειδίου του άνκρακα πρόςφατθ δθμοςκόπθςθ, που πραγματοποιικθκε ςτθ Βρετανία, κατζγραψε αφξθςθ των απόψεων όςων πιςτεφουν ότι τα αεροςκάφθ μολφνουν περιςςότερο το περιβάλλον, ςε ςφγκριςθ π.χ. με τισ εκπομπζσ βλαβερϊν ρφπων από τα αυτοκίνθτα. Σε ζρευνα που είχε πραγματοποιθκεί τον Αφγουςτο του 2006 το 39% των ερωτθκζντων πίςτευε ότι τα αυτοκίνθτα μολφνουν περιςςότερο από τα αεροςκάφθ ζναντι 35% που υποςτιριηε το αντίκετο. Πταν θ ίδια ερϊτθςθ τζκθκε ςε δθμοςκόπθςθ τον Αφγουςτο του 2007, τα ποςοςτά των απόψεων είχαν αντιςτραφεί, κακϊσ αυτοί που πιςτεφουν ότι τα αυτοκίνθτα μολφνουν περιςςότερο μειϊκθκαν ςτο 34%, ενϊ το ποςοςτό των απόψεων που αποδίδουν μεγαλφτερθ περιβαλλοντολογικι ρφπανςθ από τα αεροςκάφθ αυξικθκε ςτο 40%. Ροςοςτό 47% των ερωτθκζντων πιςτεφει ότι οι πτιςεισ με αεροςκάφθ πρζπει να περιοριςτοφν για τθν προςταςία του περιβάλλοντοσ, ενϊ το 23% των ερωτθκζντων υποςτιριξε ότι οι τιμζσ ςτα αεροπορικά ειςιτιρια πρζπει να αυξθκοφν, προκειμζνου να περιοριςτοφν οι αεροπορικζσ μετακινιςεισ. Το ποςοςτό των Βρετανϊν που διλωςαν ότι κα περιόριηαν τα ταξίδια τουσ με αεροςκάφθ αυξικθκε από 12% το 2006 ςε 15% το 2007. Ραράλλθλα οι ςυμμετζχοντεσ ςτισ δθμοςκοπιςεισ υποςτιριξαν ωσ εναλλακτικζσ λφςεισ για τθν ενίςχυςθ των μζτρων προςταςίασ του περιβάλλοντοσ τθν αφξθςθ των δαπανϊν για τα δθμόςια λεωφορεία (ποςοςτό 60%) και τα τρζνα (ποςοςτό 56%). Οι δθμοςκοπιςεισ ζδειξαν επίςθσ ότι οι Βρετανοί εμπιςτεφονται περιςςότερο τισ περιβαλλοντολογικζσ οργανϊςεισ, για να μάκουν τθν αλικεια για το περιβάλλον, ζναντι των κυβερνθτικϊν ανακοινϊςεων. Οι επιςτθμονικζσ εκτιμιςεισ του βρετανικοφ υπουργείου Μεταφορϊν για το 2005 ζδειξαν ότι τα αυτοκίνθτα παριγαγαν 69,9 εκατ. τόνουσ διοξειδίου του άνκρακα, ενϊ τα αεροςκάφθ των εςωτερικϊν αλλά και διεκνϊν πτιςεων ιταν υπεφκυνα για τισ εκπομπζσ ςτθν ατμόςφαιρα 37,5 εκατ. τόνων CO2. Ρζρα από τθ διαφοροποίθςθ των απόψεων μεταξφ των δθμοςκοπιςεων και των επιςτθμονικϊν δεδομζνων, το ηιτθμα τθσ χριςθσ εναλλακτικϊν καυςίμων ςτισ πτιςεισ των αεροςκαφϊν απαςχολεί ζντονα τθν αεροπορικι βιομθχανία αλλά και τισ καταςκευάςτριεσ εταιρείεσ κατά τα τελευταία χρόνια, ςτοχεφοντασ τόςο ςτθν προςταςία του περιβάλλοντοσ όςο και ςτθν υιοκζτθςθ λφςεων για τθ μείωςθ του λειτουργικοφ κόςτουσ των αεροςκαφϊν μακροπρόκεςμα. Αξιοςθμείωτθ περίπτωςθ χριςθσ εναλλακτικϊν καυςίμων από αεροςκάφοσ ζχει να κάνει με ζνα UAV : ζνα μθ επανδρωμζνο αεροςκάφοσ του αμερικανικοφ πολεμικοφ ναυτικοφ, το οποίο χρθςιμοποιεί κυψζλεσ καυςίμων (fuel cells) υδρογόνου. Το εν λόγω αεροςκάφοσ, Ion 42

Tiger UAV, το οποίο αναπτφχκθκε από το Εργαςτιριο Ερευνϊν Ναυτικοφ, ζμεινε 23 ϊρεσ και 17 λεπτά ςτον αζρα, απλά και μόνο με το πρϊτο, βαςικό του φορτίο καυςίμου. Αν και βρίςκεται προσ το παρόν πιο κάτω από τα (ενεργά ςτο οπλοςτάςιο των ΘΡΑ) Predator και Reaper (30-36 ϊρεσ αυτονομίασ) που χρθςιμοποιοφν κινθτιρεσ με ςυμβατικά καφςιμα, το ςφςτθμα προϊκθςισ του αποδείχτθκε τζςςερισ φορζσ πιο αποδοτικό ςε ςχζςθ με αυτοφσ, αν λθφκοφν υπόψθ παράγοντεσ όπωσ το βάροσ και τα πτθτικά χαρακτθριςτικά. Και άλλοι είχαν πειραματιςτεί με εναλλακτικά καφςιμα αεροςκαφϊν ςτο παρελκόν: χαρακτθριςτικά παραδείγματα αποτελοφν θ Ν. Αφρικι, που χρθςιμοποιοφςε καφςιμα που είχαν παραχκεί φςτερα από απόςταξθ του άνκρακα και θ Boeing που, ςε ςυνεργαςία με τισ Air New Zealand και Virgin Atlantic είχε αναπτφξει ζνα είδοσ βιοκαυςίμου. 1.3) Νομοκεςία Σαν Εναλλακτικά Καφςιμα κεωροφνται το Υγραζριο, το Φυςικό αζριο, τα Γαλακτϊματα και το Υδρογόνο - όταν αυτό δεν προζρχεται από ανανεϊςιμεσ πθγζσ. Σαν Ανανεϊςιμα Καφςιμα κεωροφνται τα Βιοκαφςιμα και το Υδρογόνο - όταν αυτό προζρχεται από ανανεϊςιμεσ πθγζσ. (ΣΕΕΡΕ) Τον Μάϊο 2003, θ Ευρωπαϊκι Επιτροπι υιοκζτθςε τθν Οδθγία 2003/30/ΕΚ (ΕΚ 2003) ςχετικά με τθν προϊκθςθ τθσ χριςθσ βιοκαυςίμων ι άλλων ανανεϊςιμων καυςίμων για τισ μεταφορζσ. Θ Οδθγία κζτει ςυγκεκριμζνο ελάχιςτο ποςοςτό βιοκαυςίμων ςε αντικατάςταςθ του ντίηελ και τθσ βενηίνθσ, το οποίο ζχει τεκεί ςε ιςχφ από το 2005. Τα προτεινόμενα ποςοςτά για τθ διείςδυςθ των βιοκαυςίμων ςτα καφςιμα μεταφορϊν ξεκινοφν από το 2% για το 2005 και φτάνουν το 5.75% για το 2010. Τα κράτθ μζλθ οφείλουν να πάρουν μζτρα με προτεινόμενο εργαλείο τα πολυετι προγράμματα αποφορολόγθςθσ - για τθν επίτευξθ των ςτόχων αυτϊν. Για το βιοντίηελ ζχει ιδθ κεςπιςτεί πρότυπο (ΕΝ 14214), και ζχει τροποποιθκεί το πρότυπο του Ντιηελ (ΕΝ 590) ϊςτε να επιτρζπει τθν ανάμιξθ μζχρι 5%. Ραράλλθλα προετοιμάηεται και το πρότυπο τθσ βιοαικανόλθσ. Υπάρχει μια αλματϊδθσ ανάπτυξθ τθσ παραγωγισ και χριςθσ βιοκαυςίμων ςτθν Ε.Ε. ςαν ςυνζπεια τθσ οδθγίασ. (ΣΕΕΡΕ) Αναλυτικότερα, ςφμφωνα με τθν Οδθγία βιοκαυςίμων 2003/30/EΚ, ςτο άρκρο 1 αναφζρεται ότι «θ παροφςα οδθγία επιδιϊκει να προάγει τθ χριςθ βιοκαυςίμων ι άλλων ανανεϊςιμων καυςίμων προσ αντικατάςταςθ του πετρελαίου ντίηελ ι τθσ βενηίνθσ ςτισ μεταφορζσ ςε κάκε κράτοσ μζλοσ, προκειμζνου να ςυμβάλλει ςτθν επίτευξθ ςτόχων, όπωσ θ τιρθςθ των δεςμεφςεων ςχετικά με τισ κλιματικζσ μεταβολζσ, θ φιλικι προσ το περιβάλλον αςφάλεια του εφοδιαςμοφ και θ προϊκθςθ ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ». Στθ ςυνζχεια μποροφμε να αναφζρουμε κάποιουσ οριςμοφσ των εναλλακτικϊν καυςίμων, οι οποίοι αναφζρονται ςτο άρκρο 2 τθσ προαναφερκείςασ οδθγίασ: 43

«βιοκαφςιμα»: υγρό ι αζριο καφςιμο για τισ μεταφορζσ το οποίο παράγεται από βιομάηα «βιομάηα»: το βιοαποικοδομιςιμο κλάςμα προϊόντων, αποβλιτων και καταλοίπων από γεωργικζσ (ςυμπεριλαμβανομζνων φυτικϊν και ηωικϊν ουςιϊν), δαςοκομικζσ και ςυναφείσ βιομθχανικζσ δραςτθ-ριότθτεσ, κακϊσ και το βιοαποικοδομιςιμο κλάςμα των βιομθχανικϊν και αςτικϊν αποβλιτων «άλλα ανανεϊςιμα καφςιμα»: ανανεϊςιμα καφςιμα εκτόσ των βιοκαυςίμων, που προζρχονται από ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ, όπωσ αυτζσ ορίηονται ςτθν οδθγία 2001/77/ΕΚ (2), και χρθςιμο-ποιοφνται ςτισ μεταφορζσ «ενεργειακό περιεχόμενο»: θ κατϊτερθ κερμογόνοσ δφναμθ ενόσ καυςίμου Στα βιοκάυςιμα ανικουν τα παρακάτω προϊόντα: α)«βιοαικανόλθ»: αικανόλθ θ οποία παράγεται από βιομάηα ι/και από το βιοαποικοδομιςιμο κλάςμα αποβλιτων, για χριςθ ωσ βιοκαφςιμο. β) «ντίηελ βιολογικισ προζλευςθσ»: μεκυλεςτζρασ ο οποίοσ παράγεται από φυτικά ι ηωικά ζλαια, ποιότθτασ ντίηελ, για χριςθ ωσ βιοκαφςιμο. γ) «βιοαζριο»: καφςιμο αζριο το οποίο παράγεται από βιομάηα ι/και από το βιοαποικοδομιςιμο κλάςμα αποβλιτων, το οποίο μπορεί να κακαριςτεί φτάνοντασ ποιότθτα φυςικοφ αερίου, για χριςθ ωσ βιοκαφςιμο ι ξυλαζριο. δ) «βιομεκανόλθ»: μεκανόλθ θ οποία παράγεται από βιομάηα, για χριςθ ωσ βιοκαφςιμο. ε) «βιοδιμεκυλαικζρασ»: διμεκυλαικζρασ ο οποίοσ παράγεται από βιομάηα, για χριςθ ωσ βιοκαφςιμο. ςτ) «βιο-εσβε (αικυλοτριτοβουτυλαικζρασ)»: ΕΤΒΕ ο οποίοσ παράγεται από βιοαικανόλθ. Το κατ' οίκον ποςοςτό βιο-ετβε το οποίο υπολογίηεται ωσ βιοκαφςιμο ανζρχεται ςε 47 %. η) «βιο-μσβε (μεκυλοτριτοβουτυλαικζρασ)»: καφςιμο το οποίο παράγεται από βιομεκανόλθ. Το κατ' οίκον ποςοςτό βιο-μτβε που υπολογίηεται ωσ βιοκαφςιμο ανζρχεται ςε 36 %. θ) «ςυνκετικά βιοκαφςιμα»: ςυνκετικοί υδρογονάνκρακεσ ι μείγματα ςυνκετικϊν υδρογονανκράκων που ζχουν παραχκεί από βιομάηα. κ) «βιοχδρογόνο»: υδρογόνο το οποίο παράγεται από βιομάηα ι/και από βιοαποικοδομιςιμο κλάςμα αποβλιτων για χριςθ ωσ βιοκαφςιμο. ι) «κακαρά φυτικά ζλαια»: ζλαια από ελαιοφχα φυτά, παραγόμενα με ςυμπίεςθ, ζκκλιψθ ιανάλογεσ μεκόδουσ, φυςικά ιεξευγενιςμζνα αλλά μθ χθμικϊσ τροποποιθμζνα, όταν είναι 44

ςυμβατά με τον τφπο του οικείου κινθτιρα και τισ αντίςτοιχεσ προχποκζςεισ όςον αφορά τισ εκπομπζσ Το υδρογόνο ζχει αποτελζςει αντικείμενο εκτεταμζνθσ ζρευνασ ωσ δυνθτικό καφςιμο για οχιματα με κινθτιρα κατά τθ διάρκεια των τελευταίων ετϊν. Αυτό οφείλεται κυρίωσ ςτισ απαιτιςεισ τθσ αμερικανικισ νομοκεςίασ από τουσ καταςκευαςτζσ αυτοκινιτων να αρχίςουν να ειςαγάγουν «οχιματα μθδενικϊν εκπομπϊν» ςτθν αγορά. Το υδρογόνο που χρθςιμοποιείται ςε κυψζλεσ καυςίμου, όπου το μόνο «προϊόν καφςθσ» είναι το νερό, προςφζρει αυτι τθ δυνατότθτα. (COM 547 2001) Θ χριςθ του υδρογόνου ωσ καυςίμου κίνθςθσ δεν περιορίηεται ςε κυψζλεσ καυςίμου. Το υδρογόνο είναι ζνα άριςτο καφςιμο για ζναν ςυμβατικό βενηινοκινθτιρα. Χάρθ ςτο πολφ χαμθλότερο κόςτοσ του κινθτιρα καφςεωσ ςε ςχζςθ με τθν κυψζλθ καυςίμου, αυτό φαίνεται να είναι θ προτιμθτζα επιλογι, ωςότου κάποια μελλοντικι εξζλιξθ μειϊςει ςθμαντικά το κόςτοσ των κυψελϊν καυςίμου ι / και βελτιϊςει τθν απόδοςθ ενεργειακισ μετατροπισ τουσ. Χρθςιμοποιοφμενο ςε κινθτιρεσ καφςεωσ, το υδρογόνο προκαλεί το ςχθματιςμό NOx, που, ωςτόςο, δεδομζνου ότι είναι ο μόνοσ ρφποσ που ςχθματίηεται, μπορεί να καταναλωκεί ςχεδόν πλιρωσ χωρίσ ιδιαίτερο πρόβλθμα. Αρκετοί μεγάλοι καταςκευαςτζσ αυτοκινιτων ζχουν ιδθ προβεί ςε υψθλζσ επενδφςεισ ςτθν τεχνολογία του υδρογόνου / κυψελϊν καυςίμου και με τθν προχπόκεςθ ότι οι προβλεπόμενεσ εξελίξεισ κα ρίξουν το κόςτοσ παραγωγισ κατά ζνα ςυντελεςτι 10 ι περιςςότερο για τα ςυςτιματα κυψελϊν καυςίμου, μπορεί να αναμζνει κανείσ μαηικι παραγωγι επιβατικϊν αυτοκινιτων υδρογόνου ςε τρία ζωσ τζςςερα ζτθ. (COM 547 2001) Ρρζπει να τονιςτεί, ωςτόςο, ότι το υδρογόνο δεν αποτελεί ενεργειακι πθγι, αλλά ενεργειακό φορζα. Ραρότι ςυχνά αναφζρεται ότι το υδρογόνο μπορεί να εξαχκεί από το νερό, κανονικά από κακαρά χθμικι ζννοια, αυτό είναι εντελϊσ άςχετο. Κάκε παραγωγι υδρογόνου απαιτεί πθγζσ ενζργειασ, ακριβϊσ με τον τρόπο του άλλου μεγάλου ενεργειακοφ φορζα, του θλεκτριςμοφ. Ππωσ και για τον θλεκτριςμό, το πλεονζκτθμα τθσ χριςθσ του υδρογόνου ωσ καυςίμου, όςον αφορά ςτθν αςφάλεια του εφοδιαςμοφ ι ςτισ εκπομπζσ αερίων του κερμοκθπίου, εξαρτάται από τον τρόπο με τον οποίο το υδρογόνο παράγεται. Εάν παράγεται με άνκρακα ωσ πθγι ενζργειασ, ενιςχφει τθν αςφάλεια του εφοδιαςμοφ αλλά προκαλεί υψθλότερεσ εκπομπζσ CO2. Εάν παράγεται από μθ ορυκτό καφςιμο (πυρθνικό ι ανανεϊςιμο), ενιςχφει τθν αςφάλεια του εφοδιαςμοφ και τθν μείωςθ των εκπομπϊν CO2, αλλά μόνο ςτο μζτρο που θ πθγι του μθ ορυκτοφ καυςίμου είναι πρόςκετθ ςε ότι ςε διαφορετικι περίπτωςθ κα χρθςιμοποιοφταν για τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ. Αυτό ςθμαίνει ότι κάκε εκτίμθςθ των πλεονεκτθμάτων τθσ μεταςτροφισ ςε υδρογόνο ωσ καφςιμο για τισ μεταφορζσ περιλαμβάνει ςειρά υποκζςεων ςχετικά με μακροπρόκεςμεσ μελλοντικζσ εξελίξεισ τθσ ενεργειακισ πολιτικισ, οι οποίεσ προσ το παρόν είναι αρκετά αβζβαιεσ. (COM 547 2001) 45

Το υδρογόνο ωσ μελλοντικόσ φορζασ ενζργειασ ευρείασ κλίμακασ ζχει το πλεονζκτθμα (όπωσ και ο θλεκτριςμόσ) ότι επιτρζπει τθν παραγωγι από όποια πθγι ενζργειασ μπορεί να φανταςτεί κανείσ και (ςε αντίκεςθ με τον θλεκτριςμό) επιτρζπει τθν αποκικευςθ του για χρόνο. Ωςτόςο, κα πρζπει να ανταγωνιςτεί τθν μελλοντικι γενιά θλεκτριςμοφ από χαμθλισ περιεκτικότθτασ ςε άνκρακα (φυςικό αζριο) ι μθδενικισ περιεκτικότθτασ ςε άνκρακα (πυρθνικι, ανανεϊςιμεσ) πθγζσ ενζργειασ, και ζτςι κα προςφζρει μόνο ζνα πλεονζκτθμα, εάν θ παραγωγι του υδρογόνου βαςίηεται ςε πρόςκετουσ ενεργειακοφσ πόρουσ με μθδενικι περιεκτικότθτα ςε άνκρακα ι / και πρόςκετεσ προμικειεσ φυςικοφ αερίου. Στθν τελευταία περίπτωςθ, απομζνει να αποδειχκεί αν θ άμεςθ χριςθ του φυςικοφ αερίου ωσ καφςιμο ςτισ μεταφορζσ ι μετατροπι του ςε υδρογόνο και θ επακόλουκθ χριςθ του ςε μια κυψζλθ καυςίμου προςφζρει το μεγαλφτερο ςυνολικό πλεονζκτθμα. (COM 547 2001) Θ ευρείασ κλίμακασ παραγωγι υδρογόνου από φυςικό αζριο ι από θλεκτριςμό με θλεκτρόλυςθ είναι πλιρωσ ανεπτυγμζνεσ βιομθχανικζσ διαδικαςίεσ με μικρό περικϊριο για ςθμαντικι τεχνολογικι πρόοδο ι μείωςθ κόςτουσ. Το μεγαλφτερο πλεονζκτθμα του υδρογόνου ωσ ενεργειακοφ φορζα ζγκειται ςτο ότι προςφζρει ζναν ευζλικτο δεςμό με τθν αποκθκευτικι ικανότθτα, ςε μια αποκεντρωμζνθ χωρίσ ορυκτά καφςιμα αγορά ενζργειασ. Θ διανομι του υδρογόνου μζςω αγωγϊν αποτελεί επίςθσ μια δοκιμαςμζνθ τεχνολογία. Θ δθμιουργία ενόσ ευρζοσ δικτφου διανομισ εξαρτάται μόνο από τθν φπαρξθ μιασ επαρκϊσ μεγάλθσ πελατειακισ βάςθσ. Μζχρι τότε, θ διανομι μζςω δεξαμενϊν ςε πρατιρια καυςίμων φαίνεται πιο πικανι εναλλακτικι λφςθ. (COM 547 2001) Θ αποκικευςθ επαρκϊν ποςοτιτων καυςίμου ςτο αυτοκίνθτο είναι ζνα άλλο πρόβλθμα που δεν ζχει βρει ακόμθ ικανοποιθτικι λφςθ. Επειδι το υδρογόνο ζχει μόνο το 30% του ενεργειακοφ περιεχόμενου του φυςικοφ αερίου ςε ογκομετρικι βάςθ, το δοχείο αερίου που απαιτείται για τθν αποκικευςθ μιασ επαρκοφσ ποςότθτασ γίνεται πολφ μεγάλο και βαρφ. Υπάρχουν διαφορετικζσ τεχνικζσ για τθν αποκικευςθ υδρογόνου ςτο όχθμα, αλλά μζχρι ςτιγμισ καμία δε χρθςιμοποιεί ςοβαρά υψθλισ πίεςθσ (ζωσ και 350 bar) δοχεία. (COM 547 2001) Εν κατακλείδι, είναι προφανζσ ότι τα δυνθτικά πλεονεκτιματα του υδρογόνου ωσ καυςίμου κίνθςθσ κα αξιοποιθκοφν μόνο αν επιτευχκεί περαιτζρω τεχνολογικι ανάπτυξθ τθσ αποκικευςθσ υδρογόνου και τεχνολογίασ κυψελϊν καυςίμου και μετά από δαπανθρζσ επενδφςεισ ςτθν παραγωγι υδρογόνου και εγκαταςτάςεισ διανομισ. Ενϊ άλλα εναλλακτικά καφςιμα μποροφν να εφαρμοςτοφν ςτθ βάςθ ενόσ ι περιςςότερων από δφο υφιςτάμενων οχθμάτων (βιο-καφςιμα), ι διακζςιμων καυςίμων (φυςικό αζριο), ι διακζςιμθσ υποδομισ διανομισ (βιοκαφςιμα και εν μζρει φυςικό αζριο), θ τεχνολογία κυψελϊν υδρογόνου απαιτεί τα πάντα να είναι αναπτυχκοφν ι να δθμιουργθκοφν από το μθδζν. Ρζρα από τθ ςυηιτθςθ, αυτό είναι θ πιο ενδιαφζρουςα εναλλακτικι πρόταςθ για τθ ςυμβατικι βενηίνθ ι ντίηελ κινθτιρα αυτοκινιτου και κεωρείται ευρζωσ ότι το υδρογόνο ωσ καφςιμο κίνθςθσ κα χρειαςτεί πολλά χρόνια για να εφαρμοςτεί ςε πλιρθ εμπορικι κλίμακα. Ρεραιτζρω πρόοδοσ ςτισ τεχνολογίεσ υδρογόνου και κυψελϊν καυςίμου κα μποροφςε να προκφψει με 46

εκατοντάδεσ εκατομμφρια ευρϊ που επενδφονται από τθν αυτοκινθτοβιομθχανία και κα υποςτθριχκεί μζςω προγραμμάτων πλαιςίων τθσ ΕΕ. Θ επιταχυνόμενθ ειςαγωγι τουσ ςτθν αγορά κα γίνει ςταδιακά πιο εκτεταμζνθ. Θ Επιτροπι προσ το παρόν ςυγχρθματοδοτεί ζνα μεγάλο πρόγραμμα 30 λεωφορείων με υδρογόνο ςε 10 πόλεισ ςε όλθ τθν Ευρϊπθ, προκειμζνου να βοθκιςει ςτθν απόκτθςθ πρακτικϊν εμπειριϊν ςε αυτι τθ νζα τεχνολογία. Μια ευρεία δζςμευςθ από τισ κυβερνιςεισ τθσ ΕΕ για χρθματοδοτικι ενίςχυςθ ςτθν ειςαγωγι των υδρογονοκίνθτων οχθμάτων κα παρείχε τθν απαιτοφμενθ υποςτιριξθ για τθν περαιτζρω ανάπτυξθ αυτισ τθσ τεχνολογίασ. (COM 547 2001) 47

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο Μζκοδοι παραγωγισ Τδρογόνου 2.1) Ειςαγωγι / υνολικι παραγωγι Σφμφωνα με το Υπουργείο Ενζργειασ των ΘΡΑ, θ παγκόςμια ετιςια παραγωγικι ικανότθτα του Θ 2 προςεγγίηει ςιμερα τα 400 διςεκατομμφρια m 3. Αυτι θ ποςότθτα ιςοδυναμεί με 360 εκατομμφρια τόνουσ ιςοδφναμου πετρελαίου, ι με το 10% τθσ παγκόςμιασ παραγωγισ πετρελαίου το 1999. Το μεγαλφτερο μζροσ αυτισ τθσ ποςότθτασ υδρογόνου παράγεται ςτισ πετροχθμικζσ βιομθχανίεσ, χρθςιμοποιϊντασ κυρίωσ υδρατμοφσ για τθν αναμόρφωςθ του φυςικοφ αερίου. Το υδρογόνο καταναλϊνεται ςυνικωσ επιτόπου και δεν πωλείται ςτθν αγορά. Χρθςιμοποιείται κυρίωσ ωσ πρϊτθ φλθ για τον εξευγενιςμό του πετρελαίου (π.χ. υδρογονοαποκείωςθ) και για τθν παραςκευι λιπαςμάτων, πλαςτικϊν, διαλυτϊν, και άλλων βιομθχανικϊν προϊόντων. Μόνο το 5% του υδρογόνου μπορεί να χαρακτθριςτεί ωσ "εμπορικό προϊόν" και να μεταφερκεί αλλοφ ςε υγρι ι ςε αζρια μορφι. Το υδρογόνο αποτελεί ζναν υψθλισ ποιότθτασ δευτερεφων ενεργειακό φορζα και δεν πρζπει να κεωρείται ωσ πρωτογενισ πθγι ενζργειασ. Επομζνωσ, πρζπει να παραχκεί από μία άλλθ πρϊτθ φλθ, γεγονόσ που κζτει προκλιςεισ και πολυπλοκότθτα, αλλά ςυγχρόνωσ προςφζρει τθν δυνατότθτα να χρθςιμοποιθκεί ζνα διαφοροποιθμζνο ενεργειακό μίγμα που κα μειϊςει τθν εξάρτθςθ από τισ ειςαγωγζσ πετρελαίου, κα μειϊςει τισ εκπομπζσ αερίων που ςυμβάλλουν ςτο φαινόμενο του κερμοκθπίου και κα αποτελεί ζνα βιϊςιμο ενεργειακό ςφςτθμα. Σχεδόν το 50% του υδρογόνου που παράγεται ςε όλο τον κόςμο προζρχεται από το φυςικό αζριο, κυρίωσ μζςω τθσ αναμόρφωςθσ του μεκανίου. Το υπόλοιπο υδρογόνο παράγεται από πετρζλαιο (30%), το περιςςότερο εκ του οποίου καταναλϊνεται ςε εφαρμογζσ υδρογονοεπεξεργαςίασ ςε διυλιςτιρια πετρελαίου, από άνκρακα (19%) κυρίωσ για τθν παραςκευι αμμωνίασ, ενϊ το υπόλοιπο 4% μζςω τθσ θλεκτρόλυςθσ του νεροφ. Στισ Θνωμζνεσ Ρολιτείεσ, μόνο το 1% τθσ πρωτογενοφσ ενζργειασ και το 5% του φυςικοφ αερίου ςιμερα χρθςιμοποιοφνται για τθν παραγωγι υδρογόνου. Το υδρογόνο που παράγεται ςτισ Θνωμζνεσ Ρολιτείεσ καταναλϊνεται ςε μια ποικιλία εφαρμογϊν τθσ αγοράσ. Αυτά περιλαμβάνουν: 49% για παραςκευι αμμωνίασ (NH3), για χριςθ ωσ ψυκτικό μζςο και ωσ λίπαςμα, 37%, για διφλιςθ πετρελαίου, 8%, για παραγωγι μεκονάλθσ, και περίπου 6% για διάφορεσ μικροφ όγκου χριςεισ. *20] Γενικότερα, το υδρογόνο μπορεί να παραχκεί από μία ποικιλία ευρζωσ διακζςιμων πρϊτων υλϊν ςυμπεριλαμβανομζνων των διάφορων ορυκτϊν καυςίμων και των ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ, με χριςθ διαφορετικϊν τεχνολογιϊν ανά περίπτωςθ: Ορυκτά καφςιμα (αναμόρφωςθ του φυςικοφ αερίου, αεριοποίθςθ άνκρακα), 48

Ανανεϊςιμθ και πυρθνικι ενζργεια (διεργαςίεσ αξιοποίθςθσ τθσ βιομάηασ, φωτο-θλεκτρόλυςθ, βιολογικι παραγωγι, διάςπαςθ του νεροφ ςε υψθλι κερμοκραςία), Θλεκτρικι ενζργεια (θλεκτρόλυςθ του νεροφ) Κάκε μία από τισ παραπάνω τεχνολογίεσ βρίςκεται ςε ζνα διαφορετικό ςτάδιο ανάπτυξθσ και κάκε μία διακρίνεται από τισ διαφορετικζσ τεχνικοοικονομικζσ προκλιςεισ. Θ διακεςιμότθτα των πρϊτων υλϊν, θ ωριμότθτα τθσ τεχνολογίασ, οι εφαρμογζσ και θ ηιτθςθ τθσ αγοράσ, ο τρόποσ διαχείριςθσ και το κόςτοσ δφναται να επθρεάςουν τθν απόφαςθ για τθν βζλτιςτθ επιλογι τεχνολογίασ για παραγωγι υδρογόνου. Μια επιςκόπθςθ των διαφόρων πρϊτων υλϊν και των τεχνολογιϊν που ςχετίηονται με τθν παραγωγι υδρογόνου παρουςιάηεται ςτθν παρακάτω εικόνα. Εικόνα 2.1: Πρϊτεσ φλεσ και εναλλακτικζσ διεργαςίεσ για παραγωγι του υδρογόνου 49

Στθν αγορά είναι ιδθ διακζςιμεσ διάφορεσ τεχνολογίεσ για τθ βιομθχανικι παραγωγι του υδρογόνου. Θ πρϊτθ εμπορικι τεχνολογία, που χρονολογείται από τισ αρχζσ τθσ δεκαετίασ του '20, είναι θ θλεκτρόλυςθ του νεροφ. Εντοφτοισ, ςτθ δεκαετία του '60, θ βιομθχανικι παραγωγι του υδρογόνου άρχιςε να μετατοπίηεται προσ τθν χριςθ του φυςικοφ αερίου, το οποίο αποτελεί ςιμερα τθν κυριότερθ πρϊτθ φλθ για τθν παραγωγι υδρογόνου. Γενικά, όλεσ οι πικανζσ μζκοδοι παραγωγισ υδρογόνου μποροφν να ταξινομθκοφν ςε βραχυπρόκεςμεσ (2010), μεςοπρόκεςμεσ (2010 2020) και μακροπρόκεςμεσ (2020 2030) τεχνολογίεσ (Εικόνα 2.2). Εικόνα 2.2: Βραχυ-, Μζςο-, και Μακροπρόκεςμεσ τεχνολογίεσ παραγωγισ Η2. 50

Οι εμπορικζσ μζκοδοι παραγωγισ υδρογόνου είναι: Θ αναμόρφωςθ υδρογονανκράκων με ατμό Θ μερικι οξείδωςθ αεριοποίθςθ βαρζων υδρογονανκράκων (πετρζλαιο) Θ θλεκτρόλυςθ του νεροφ Το υδρογόνο μπορεί να παραχκεί από τα περιςςότερα ορυκτά καφςιμα (π.χ. κάρβουνο, φυςικό αζριο, πετρζλαιο, κ.λπ.). Θ πολυπλοκότθτα των διεργαςιϊν ποικίλλει. Δεδομζνου ότι το διοξείδιο του άνκρακα παράγεται ωσ παραπροϊόν, το CO2 πρζπει να ςυλλζγεται και να αποκθκεφεται προκειμζνου να εξαςφαλιςτεί μια βιϊςιμθ (με μθδενικζσ εκπομπζσ) διεργαςία. Θ βιωςιμότθτα τθσ διεργαςίασ κα διαφζρει ανάλογα με το μζγεκοσ τθσ κλίμακασ, δθλαδι ςε κεντρικζσ ι κατανεμθμζνεσ εγκαταςτάςεισ παραγωγισ υδρογόνου. Το διοξείδιο του άνκρακα είναι ζνα κφριο παραπροϊόν ςε όλεσ τισ τεχνολογίεσ παραγωγισ υδρογόνου που βαςίηονται ςτα ορυκτά καφςιμα. Θ ποςότθτα του CO2 ποικίλει ανάλογα με τθν αναλογία υδρογόνου/άνκρακα ςτο χρθςιμοποιοφμενο καφςιμο. Συνεπϊσ, για να αναπτυχκεί μια βιϊςιμθ (με μθδενικζσ εκπομπζσ) τεχνολογία για τθν παραγωγι του υδρογόνου, το CO2 πρζπει να ςυλλζγεται και να αποκθκεφεται. Θ δζςμευςθ του άνκρακα από τθν παραγωγι του υδρογόνου περιλαμβάνει τθν απομάκρυνςθ των ανκρακοφχων προϊόντων από τα απαζρια του αεριοποιθτι ι του ατμοαναμορφωτι του μεκανίου και τθν αποκικευςι τουσ ςε υπόγεια μθ πλθρωμζνα πεδία εξόρυξθσ πετρελαίου ι αερίου, βακιά κοιτάςματα άνκρακα ι ςε βακφ ωκεανό. Διάφορεσ εταιρείεσ παραγωγισ ενζργειασ και θλεκτρικισ ιςχφοσ επιδιϊκουν τθν δζςμευςθ του άνκρακα, αν και οι τεχνολογίεσ αυτζσ αναμζνεται να καταςτοφν εμπορικά βιϊςιμεσ τθν επόμενθ δεκαετία. Το υδρογόνο μπορεί να παραχκεί από τθν διάςπαςθ του νεροφ μζςω διάφορων διεργαςιϊν που εκτείνονται από τθν θλεκτρόλυςθ του νεροφ, φωτο(θλιακι)-θλεκτρόλυςθ, φωτοβιολογικι παραγωγι ζωσ τθν διάςπαςθ του νεροφ ςε υψθλι κερμοκραςία. Μια άλλθ μζκοδοσ για να παραχκεί υδρογόνο είναι με τα βακτθρίδια και τα άλγθ. Τα κυανοβακτιρια, που είναι άφκονοι ςτθ Γθ, μονοκφτταροι οργανιςμοί, παράγουν υδρογόνο μζςω τθσ κανονικισ μεταβολικισ λειτουργίασ τουσ. Τα κυανοβακτιρια μποροφν να αναπτυχκοφν ςτον αζρα ι το νερό, και περιζχουν τα ζνηυμα που απορροφοφν το φωσ του ιλιου για τθν ενζργεια και τθ διάςπαςθ των μορίων του νεροφ, παράγοντασ κατά ςυνζπεια το υδρογόνο. Δεδομζνου ότι το κυανοβακτιριο παίρνει το νερό και το αποςυνκζτουν ςε υδρογόνο, τα απόβλθτα τουσ που είναι περιςςότερο νερό, γίνεται τροφι για τον επόμενο μεταβολιςμό. 51

Οι βαςικζσ τεχνολογίεσ παραγωγισ υδρογόνου περιλαμβάνουν: Τθν αεριοποίθςθ του άνκρακα (με προαιρετικζσ τθν ςυμπαραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ και τθν δζςμευςθ του άνκρακα), Τθν αναμόρφωςθ του φυςικοφ αερίου με ατμό (με προαιρετικι τθ δζςμευςθ και αποκικευςθ του άνκρακα), Τθν αεριοποίθςθ τθσ βιομάηασ, Τισ πυρθνικζσ διεργαςίεσ (κερμοχθμικι διεργαςία Κείου-Λωδίου υψθλϊν κερμοκραςιϊν, ςυμβατικι θλεκτρόλυςθ του νεροφ και θλεκτρόλυςθ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ), Τθν θλεκτρόλυςθ με τθ χριςθ ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ (με προαιρετικι τθν ςυμπαραγωγι). Ραρακάτω ςυνοψίηονται οι πικανοί τρόποι παραγωγισ υδρογόνου: Εικόνα 2.3: Πικανοί τρόποι παραγωγισ υδρογόνου 2.2) Παραγωγι από το φυςικό αζριο/υδρογονάνκρακεσ Ζναντι των υπολοίπων ορυκτϊν καυςίμων, το φυςικό αζριο αποτελεί μία ιδανικι, από οικονομικι άποψθ, πρϊτθ φλθ για τθν παραγωγι υδρογόνου, επειδι είναι ευρζωσ διακζςιμο, είναι εφκολο να διαχειριςτεί και ζχει υψθλι αναλογία υδρογόνου-άνκρακα, θ οποία ελαχιςτοποιεί το ςχθματιςμό CO2 ωσ παραπροϊόν. Το υδρογόνο ςιμερα μπορεί να παραχκεί από το φυςικό αζριο χρθςιμοποιϊντασ τισ παρακάτω διεργαςίεσ: Αναμόρφωςθ με ατμό (αναμόρφωςθ του μεκανίου με ατμό, SMR). Μερικι οξείδωςθ (POX). Αυτόκερμθ αναμόρφωςθ (ATR). 52

Αν και ζχουν αναπτυχκεί διάφορεσ εναλλακτικζσ τεχνικζσ παραγωγισ, καμία από αυτζσ με τα ςθμερινά δεδομζνα δε κεωρείται εμπορικι. Ρερίπου το 80% του υδρογόνου που παράγεται ςε όλο τον κόςμο προζρχεται από το φυςικό αζριο και το πετρζλαιο. Εργοςτάςια εμπορικισ παραγωγισ υδρογόνου μποροφν να οικοδομθκοφν χρθςιμοποιϊντασ αναμόρφωςθ ατμοφ μεκανίου (SMR), ατμοφ / οξυγόνου αναμόρφωςθ (SMR/O 2 R), και αυτό-κερμικισ αναμόρφωςθσ (ATR) τεχνολογία με φυςικό αζριο, υγραζριο, ι νάφκα. Μερικισ οξείδωςθσ (POX) τεχνολογία μπορεί να χρθςιμοποιθκεί με φυςικό αζριο, νάφκα, ι βαρείσ υδρογονάνκρακεσ, ωσ πρϊτεσ φλεσ. *20] 2.2.1) Αναμόρφωςθ με ατμό Θ αναμόρφωςθ του μεκανίου (φυςικοφ αερίου) με ατμό είναι θ ςυνθκζςτερα χρθςιμοποιθμζνθ και λιγότερο δαπανθρι μζκοδοσ για τθν παραγωγι υδρογόνου. Είναι μία από τισ κυριότερεσ διεργαςίεσ που χρθςιμοποιοφνται ςτισ πετροχθμικζσ και χθμικζσ βιομθχανίεσ για παραγωγι Θ2 ςε μεγάλθ κλίμακα. Διάφορεσ εταιρείεσ αναπτφςςουν μικρισ κλίμακασ ςυςκευζσ αναμόρφωςθσ του μεκανίου με ατμοφσ ςε αποκεντρωμζνουσ ςτακμοφσ καυςίμων, οι οποίοι μποροφν να αποδειχκοφν θ πλζον βιϊςιμθ, βραχυπρόκεςμα, επιλογι παραγωγισ υδρογόνου. Θ SMR περιλαμβάνει τθν ενδόκερμθ αναμόρφωςθ του μεκανίου με ατμό προσ παραγωγι αερίου ςφνκεςθσ (μίγμα υδρογόνου και μονοξειδίου άνκρακα Εξ. (1) ). Σε αυτό το ςθμείο πρζπει να τονιςτεί ότι το μεκάνιο αποτελεί το κφριο ςυςτατικό του φυςικοφ αερίου. Θ κερμότθτα παρζχεται ςυχνά από τθν καφςθ ενόσ ποςοςτοφ τθσ τροφοδοςίασ. Θ διεργαςία πραγματοποιείται ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ από 700 ζωσ 850 ο C και ςε πιζςεισ από 3 ζωσ 25 bar. Το προϊόν τθσ αντίδραςθσ (αζριο ςφνκεςθσ) περιζχει περίπου 12% CO, που μπορεί να μετατραπεί περαιτζρω ςε CO2 και περίςςεια H2 μζςω τθσ αντίδραςθσ μετατόπιςθσ του υδραερίου, με περίςςεια ατμοφ Εξ. (2). CH4 + H2O + κερμότθτα CO + 3H2 (1) CO + H2O CO2 + H2 + κερμότθτα (2) Σχήμα 2.1: Αναμόρφωςθ μεκανίου με ατμό 53

Σε αυτι τθ διαδικαςία, κερμικι ενζργεια χρθςιμοποιείται για τθν εξαγωγι υδρογόνου από το ςυςτατικό του άνκρακα του φυςικοφ αερίου ι άλλων υδρογονανκράκων, όπωσ προπάνιο ι νάφκα. Θ διαδικαςία αναμόρφωςθσ του μεκανίου με ατμό περιλαμβάνει τθν αντίδραςθ του φυςικοφ αερίου και του ατμοφ ςε καταλφτθ νικελίου. Το πρϊτο βιμα τθσ αντίδραςθσ είναι θ μετατροπι του μεκανίου ςε υδρογόνο και μονοξείδιο του άνκρακα. Στο δεφτερο βιμα, που ονομάηεται "αντίδραςθ μετατόπιςθσ», αντιδρά το μονοξείδιο του άνκρακα και νερό (ατμόσ) για να ςχθματίςουν διοξείδιο του άνκρακα και υδρογόνο. Αυτζσ οι αντιδράςεισ γίνονται ςε κερμοκραςίεσ 200 C (392 F) ι περιςςότερο και απαιτοφν κερμότθτα. Σθμαντικζσ βιομθχανικζσ χριςεισ του υδρογόνου ςυμβαίνουν ςε εγκαταςτάςεισ αμμωνίασ και ςτθν αφαίρεςθ του κείου από το πετρζλαιο κατά τθ διαδικαςία διφλιςθσ. Μια μεγάλθσ κλίμακασ εφαρμογι του υδρογόνου κεωρείται εκείνθ που χρθςιμοποιεί περιςςότερο από 1,5 εκατομμφρια κυβικά μζτρα ανά θμζρα (50 εκατομμφρια κυβικά πόδια θμερθςίωσ). Σε αυτζσ τισ περιπτϊςεισ, το υδρογόνο ςυνικωσ παράγεται ςτο χϊρο όπου κα χρθςιμοποιθκεί. [11] Θ αναμόρφωςθ ατμοφ του μεκανίου (SMR) είναι μια από τισ πιο ςθμαντικζσ βιομθχανικζσ διαδικαςίεσ παραγωγισ υδρογόνου ςιμερα. Τα βαςικά ςτάδια τθσ ςυμβατικισ SMR φαίνονται ςτο διάγραμμα 2.1. Αρχικά, το αζριο ςφνκεςθσ παράγεται από τθν αναμόρφωςθ με ατμό του μεκανίου. Κατόπιν, επιπλζον υδρογόνο παράγεται από τθν αντίδραςθ του αερίου ςφνκεςθσ ςε ζνα ι πολλοφσ μετατροπείσ (μεταλλάκτεσ) μετατόπιςθσ. Τελικά το αζριο κακαρίηεται με απομάκρυνςθ του διοξειδίου του άνκρακα, μεκανοποίθςθ και ψφξθ. Τα ζξι βαςικά ςτάδια τθσ διαδικαςίασ είναι τα εξισ: 1. Αναμόρφωςθ. Το μεκάνιο τροφοδοςίασ αποκειϊνεται και αναμιγνφεται με υπζρκερμο ατμό. Θ ενδόκερμθ αντίδραςθ αναμόρφωςθσ γίνεται ςτουσ 900 ο C πάνω από καταλφτθ νικελίου ςτον αναμορφωτιρα: CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 Το ακατζργαςτο αζριο ςφνκεςθσ εξζρχεται ςτουσ 370 ο C και 3,5 MPa. Ατμόσ παράγεται ςτο λζβθτα για ςυμπίεςθ και stripping του CO 2. Θ απαιτοφμενθ κερμότθτα παρζχεται από καφςθ μεκανίου: CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O 2. Μετατόπιςθ υψθλισ κερμοκραςίασ. Σε υψθλζσ κερμοκραςίεσ πάνω από τον καταλφτθ ςτο μετατροπζα μετατόπιςθσ, το 94% του CO ςτο ακατζργαςτο αζριο αντιδρά με εξϊκερμθ αντίδραςθ μετατόπιςθσ νεροφ-αερίου ςτουσ 200 ο 400 ο C: CO + H 2 O CO 2 + H 2 Το αζριο εξζρχεται από τον αντιδραςτιρα μετατόπιςθσ υψθλισ κερμοκραςίασ ςτουσ 220 C, και προκερμαίνει τισ τροφοδοςίεσ του λζβθτα και του μεκανοποιθτι. 54

3. Μετατόπιςθ χαμθλισ κερμοκραςίασ. Ράνω από χαμθλισ κερμοκραςίασ καταλφτθ, το 83% του υπόλοιπου CO ςτο ακάκαρτο (ακατζργαςτο) αζριο αντιδρά με αντίδραςθ μετατόπιςθσ. Το αζριο εξζρχεται ςε χαμθλι κερμοκραςία 150 C από τον αντιδραςτιρα μετατόπιςθσ και προκερμαίνει τθ τροφοδοςία. 4. Απομάκρυνςθ διοξειδίου του άνκρακα. Το ακατζργαςτο αζριο ςυμπιζηεται ςε 3,5 MPa με χριςθ φυγοκεντρικϊν ςυμπιεςτϊν ατμοφ. Το πρωτεφον αραιωτικό, CO2, αφαιρείται ςε καταιωνιςτιρα με τθ διαδικαςία μονοαικανολαμίνθσ. Το τελικό περιεχόμενο CO2 του ακατζργαςτου αερίου είναι 0,1% κατά βάροσ. Ο ατμόσ παρζχει τθν απαιτοφμενθ ενζργεια για τον απογυμνωτι CO2 (1910 kj kg -1 CO2 ανακτθμζνα). 5. Μεκανοποίθςθ. Ο ατμόσ προκερμαίνει τθν τροφοδοςία του μεκανοποιθτι ςτουσ 350 C και 2,4MPa. Το υπολειμματικό CO μετατρζπεται ςε ζνα μεκανοποιθτι, με τθν εξισ εξϊκερμθ αντίδραςθ μεκανοποίθςθσ πάνω από τον καταλφτθ: CO + 3H 2 CΘ 2 + H 2 Ο 6. Ψφξθ. Το καυτό αζριο προϊόν προκερμαίνει το νερό τροφοδοςίασ και ψφχεται ςτουσ 25 C με νερό ψφξθσ. Το νερό διαχωρίηεται και το προϊόν που περιζχεται 97% Θ2 κατά βάροσ, εξζρχεται ςτουσ 25 ο C και 2,4MPa. Θ βαςικι γενικι χθμικι αντίδραςθ για τθν SMR μπορεί να προκφψει από τθν άκροιςθ των αντιδράςεων αναμόρφωςθσ και μετατόπιςθσ. CH 4 + 2H 2 O CO 2 + 4H 2 Ζχει παρατθρθκεί ςε αυτιν τθν εξίςωςθ ότι, ςε μια βάςθ άτομο, 50% του υδρογόνου προζρχεται από το H 2 O, και 50% από το CH 4. Δθλαδι, τα CH 4 και 2H 2 O ςυμβάλλουν το κακζνα τζςςερα άτομα H ςτο προϊόν υδρογόνου. Reformer Shift Converter Purification Unit CH 4 H 2 H 2 O CO 2 Διάγραμμα 2.1: Απλοποιθμζνθ διαδικαςία παραγωγισ υδρογόνου με SMR (Rosen 1990) 55

2.2.2) Μερικι οξείδωςθ Θ διεργαςία τθσ μερικισ οξείδωςθσ χρθςιμοποιείται ςτα διυλιςτιρια για τθ μετατροπι των υδρογονανκρακικϊν παραπροϊόντων ςε υδρογόνο, CO, CO2 και νερό. Το μεκάνιο μπορεί να μετατραπεί ςε υδρογόνο μζςω τθσ μερικισ οξείδωςθσ, θ οποία μπορεί να πραγματοποιθκεί καταλυτικά ι μθ καταλυτικά ι με ςυνδυαςμό και των δφο. Θ μερικι οξείδωςθ είναι μια διεργαςία αναμόρφωςθσ ςτθν οποία τα καφςιμα καίγονται μερικϊσ (το οξυγόνο που τροφοδοτείται ςτο ςφςτθμα είναι υπό-ςτοιχειομετρικό) ςε μια εξϊκερμθ αντίδραςθ που παρζχει τθν απαιτοφμενθ κερμότθτα για άλλεσ αντιδράςεισ ςτο ςφςτθμα αναμόρφωςθσ ϊςτε να παραχκεί μονοξείδιο του άνκρακα και υδρογόνο εξίςωςθ 3. Σε αυτι τθ διεργαςία παράγεται κερμότθτα και ωσ εκ τοφτου είναι δυνατόσ ζνασ πιο ςυνεκτικόσ ςχεδιαςμόσ δεδομζνου ότι δεν υπάρχει περαιτζρω ανάγκθ για τθν κζρμανςθ του αντιδραςτιρα. Τζλοσ, το CO που παράγεται μετατρζπεται ςε H2. CH4 + ½ O2 CO + 2H2 + κερμότθτα (3) 2.2.3 Αυτόκερμθ αναμόρφωςθ Θ αυτόκερμθ μετατροπι του μεκανίου ςε H2 πραγματοποιείται ςτουσ 850 ο C, όπου ςυνδυάηονται οι διεργαςίεσ τθσ μερικισ οξείδωςθσ και τθσ καταλυτικισ αναμόρφωςθσ. Με χριςθ τθσ μεκόδου αυτισ είναι δυνατό να επιτευχκεί μετατροπι μεκανίου 60-65% με εκλεκτικότθτα 80% προσ παραγωγι υδρογόνου. Σφμφωνα με το μθχανιςμό τθσ διαδοχικισ καφςθσ/αναμόρφωςθσ του μεκανίου, το CH4 αρχικά οξειδϊνεται προσ CO2 και H2Ο, ενϊ παράγεται αζριο ςφνκεςθσ από τθν περαιτζρω διεργαςία αναμόρφωςθσ του υδρογονάνκρακα. Ο δεφτεροσ μθχανιςμόσ βαςίηεται ςτθν άμεςθ μερικι οξείδωςθ του CH4, όπου το CO2 και το H2Ο παράγονται μζςω των παράλλθλων αντιδράςεων καφςθσ ι από τθν περαιτζρω οξείδωςθ του CO και του H2. Τα βιματα τθσ βαςικισ επεξεργαςίασ που είναι κοινά και ςτθ SMR και ςτθν ATR είναι: Συμπίεςθ φυςικοφ αερίου Κακαριςμόσ φυςικοφ αερίου (δθλαδι, αφαίρεςθ κείου) Καταλυτικι αναμόρφωςθ ατμοφ του μεκανίου προσ υδρογόνο και μονοξείδιο του άνκρακα (CO) Νεροφ-ατμοφ μετατόπιςθ για μετατροπι του CO ςε CO2 και επιπλζον υδρογόνο Κακαριςμόσ αζριου υδρογόνου Θ διαφορά μεταξφ των SMR και ATR είναι το πϊσ παρζχεται θ κερμότθτα για να ενεργοποιθκεί θ ενδόκερμθ αντίδραςθ αναμόρφωςθσ ατμοφ. Σε SMR, ο καταλφτθσ περιζχεται ςε ςωλινεσ που κερμαίνονται από ζνα εξωτερικό καυςτιρα. Στο ATR, ζνα μζροσ του φυςικοφ αερίου καίγεται για τθν αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ τθσ διαδικαςίασ του φυςικοφ αερίου, πριν ζρκει ςε επαφι με τον καταλφτθ. Θ αναμόρφωςθ είναι μια 56

ϊριμθ τεχνολογία, και το κόςτοσ τθσ υδρογόνου είναι ευαίςκθτο ςτο κόςτοσ τθσ πρϊτθσ φλθσ (του φυςικοφ αερίου). [20] 2.3) Αεριοποίθςθ άνκρακα Ο άνκρακασ μπορεί επίςθσ να αναμορφωκεί για να παραχκεί υδρογόνο, μζςω ποικίλων διεργαςιϊν αεριοποίθςθσ (π.χ. ςτακερισ κλίνθσ, ρευςτοςτερεάσ κλίνθσ κ.α.). Θ ςυγκεκριμζνθ διεργαςία εφαρμόηεται εμπορικά αλλά μπορεί να κεωρθκεί ανταγωνιςτικότερθ τθσ αναμόρφωςθσ του μεκανίου μόνο ςε περιπτϊςεισ όπου το φυςικό αζριο είναι ακριβό. Το μζγεκοσ των παγκόςμιων αποκεμάτων άνκρακα ζχει προτρζψει τουσ επιςτιμονεσ να προτείνουν ότι ο άνκρακασ μπορεί να κεωρθκεί ωσ κφρια πρϊτθ φλθ για τθν παραγωγι υδρογόνου, το οποίο κα μποροφςε να επιτρζψει ςε χϊρεσ όπωσ θ Κίνα ι θ Λνδία να ςτραφοφν προσ τθν οικονομία υδρογόνου. Εντοφτοισ, αυτό κα απαιτοφςε τθν δζςμευςθ του άνκρακα που απελευκερϊνεται από τθν αεριοποίθςθ. Αυτό ίςωσ διαδραματίςει ζναν ςυμπλθρωματικό ρόλο προκειμζνου να απαλλαχκεί το ενεργειακό μίγμα από τον άνκρακα και να βελτιωκεί θ απόδοςθ τόςο ςτθν παροχι όςο και ςτθ ηιτθςθ. Θ αεριοποίθςθ του άνκρακα είναι μια διεργαςία που μετατρζπει το ςτερεό άνκρακα ςε ζνα αζριο μίγμα που αποτελείται κυρίωσ από Θ2, CO, CO2 και CH4. Μια χαρακτθριςτικι αντίδραςθ που περιγράφει τθν παραπάνω διεργαςία παρουςιάηεται ςτθν Εξ. (5) ςτθν οποία ο άνκρακασ μετατρζπεται ςε αζριο ςφνκεςθσ: C(s) + H2O + κερμότθτα CO + H2 (5) Τα ςυςτιματα που βαςίηονται ςτθν αεριοποίθςθ μποροφν να χρθςιμοποιοφν όλεσ τισ πρϊτεσ φλεσ με βάςθ τον άνκρακα, ςυμπεριλαμβανομζνου του γαιάνκρακα, οπτάνκρακα πετρελαίου, τθσ βιομάηασ, των οικιακϊν και επικίνδυνων αποβλιτων, κλπ., και είναι θ μόνθ προθγμζνθ τεχνολογία παραγωγισ ενζργειασ ικανι για ςυμπαραγωγισ μιασ μεγάλθσ ποικιλίασ εμπορευμάτων και υψθλισ ποιότθτασ προϊόντων ςε αντιμετϊπιςθ των μελλοντικϊν απαιτιςεων τθσ αγοράσ. Τα ςυςτιματα αεριοποίθςθσ είναι οι πιο αποτελεςματικζσ και περιβαλλοντικά φιλικζσ τεχνολογίεσ για τθν παραγωγι χαμθλοφ κόςτουσ θλεκτρικισ ενζργειασ και άλλων προϊόντων και μποροφν πολφ εφκολα να προςαρμοςτοφν για τθ ςυγκζντρωςθ και απομόνωςθ του CO 2. Οι επιλογζσ τθσ διαδικαςίασ αεριοποίθςθσ απεικονίηονται ςτο διάγραμμα 2.2. Κατά τθ διαδικαςία, οι πρϊτεσ φλεσ με βάςθ τον άνκρακα μετατρζπονται ςε ζναν αεριοποιθτι παρουςία ατμοφ και οξυγόνου ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ και μζτρια πίεςθ ςε αζριο ςφνκεςθσ, ζνα μίγμα μονοξειδίου του άνκρακα και υδρογόνου. 57

Διάγραμμα 2.2: φςτθμα αεριοποίθςθσ Θ χθμεία τθσ αεριοποίθςθσ είναι αρκετά πολφπλοκθ και περιλαμβάνει πολλοφσ χθμικζσ αντιδράςεισ. Στα αρχικά ςτάδια τθσ αεριοποίθςθσ, θ αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ τθσ πρϊτθσ φλθσ ςτθν αεριοποιθτι ξεκινά τθν απαεριοποίθςθ τθσ πρϊτθσ φλθσ και το ςπάςιμο των αςκενζςτερων χθμικϊν δεςμϊν για να παραγάγει πίςςεσ, ζλαια, φαινόλεσ και αζριουσ υδρογονανκράκεσ. Τα προϊόντα αυτά γενικά αντιδροφν περαιτζρω για να ςχθματίςουν H2, CO και CO 2. Ο ςτακεροποιθμζνοσ άνκρακασ που παραμζνει μετά τθν απαεριοποίθςθ αντιδρά με το οξυγόνο (Ο 2 ), τον ατμό, το CO 2 και το H 2 για να ςυμβάλει περαιτζρω ςτο τελικό μείγμα αερίων. Θ νεροφ-αερίου αντίδραςθ μετατόπιςθσ αλλάηει τθν H 2 / CO αναλογία ςτο τελικό μίγμα, αλλά δεν επθρεάηει ςε μεγάλο βακμό τθ κερμογόνο δφναμθ του αερίου ςφνκεςθσ. Ο ςχθματιςμόσ μεκανίου μζςω δφο αντιδράςεων μεκανοποίθςθσ ευνοείται από υψθλζσ πιζςεισ και χαμθλζσ κερμοκραςίεσ και είναι επομζνωσ ςθμαντικόσ ςτα ςυςτιματα αεριοποίθςθσ χαμθλότερθσ κερμοκραςίασ. Ο ςχθματιςμόσ μεκανίου είναι μια εξόχωσ εξϊκερμθ αντίδραςθ, θ οποία δεν καταναλϊνει οξυγόνο και επομζνωσ αυξάνει τθν απόδοςθ τθσ αεριοποίθςθσ και τθν τελικι κερμογόνο δφναμθ του αερίου ςφνκεςθσ. Ανάλογα με τθν τεχνολογία αεριοποίθςθσ που εφαρμόηεται, ςθμαντικζσ ποςότθτεσ νεροφ (H 2 O), CO 2 και μεκανίου (CH 4 ) μπορεί να είναι παρόντεσ ςτθ ςφνκεςθ του αερίου κακϊσ και ίχνθ πολλϊν άλλων ςυςτατικϊν. 58

Το αζριο ςφνκεςθσ πρζπει να κακαρίηεται από αυτζσ τα ίχνθ ςυςτατικϊν ςε προκακοριςμζνα επίπεδα με περαιτζρω κατάντθ επεξεργαςία. Μόλισ το αζριο ςφνκεςθσ κακαριςτεί επαρκϊσ, υπάρχουν διάφορεσ επιλογζσ για τθν αξιοποίθςι του, όπωσ θ παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ με ενςωματωμζνθ αεριοποίθςθ ςυνδυαςμζνου κφκλου (IGCC) ι θ παραγωγι υδρογόνου και αναμορφϊςιμων υγρϊν καυςίμων. Για τθν παραγωγι υδρογόνου, θ αζριο ςφνκεςθσ οδθγείται ςτον αντιδραςτιρα μετατόπιςθσ νεροφ-αερίου όπου το CO ςτο αζριο αντιδρά με το νερό πάνω από ζνα καταλφτθ για τθν παραγωγι επιπλζον Θ 2 και CO 2. Τα H 2 και CO 2, ςτθ ςυνζχεια διαχωρίηονται και το υδρογόνο χρθςιμοποιείται ςτθν τουρμπίνα αερίου, υψθλισ απόδοςθσ κυψζλεσ καυςίμου, ι διανζμεται για χριςθ ωσ καφςιμο ςτον τομζα των μεταφορϊν, ενϊ οι εκπομπζσ CO 2 μποροφν να απομονωκοφν. Για τθν παραγωγι ενόσ αναμορφϊςιμου υγροφ καυςίμου, το αζριο ςφνκεςθσ εν μζρει μετατοπίηεται ςε μα προκακοριςμζνθ H 2 / CO αναλογία και ςτθ ςυνζχεια καταλυτικά μετατρζπεται ςε κορεςμζνουσ υδρογονάνκρακεσ μζςω τθσ ςυμβατικισ Fischer-Tropsch ςφνκεςθσ. Το προϊόν τθσ Fischer-Tropsch μπορεί ςτθ ςυνζχεια να αποςταλεί ςτο ςθμείο χριςθσ, όπου κα αναμορφωκεί καταλυτικά για τθν παραγωγι του απαιτοφμενου υδρογόνου. Άλλα αναμορφϊςιμα υγρά καφςιμα όπωσ θ μεκανόλθ μποροφν επίςθσ να παραχκοφν από αζριο ςφνκεςθσ με τθν κατάλλθλθ επιλογι καταλυτϊν και ςυνκθκϊν τθσ διαδικαςίασ. Λόγω τθσ μοναδικισ τθσ διαδικαςίασ και των περιβαλλοντικϊν χαρακτθριςτικϊν, θ αεριοποίθςθ κεωρείται βαςικι τεχνολογία για τθ μετάβαςθ ςε μια οικονομία υδρογόνου ςτισ Θνωμζνεσ Ρολιτείεσ. 2.4) Ηλεκτρόλυςθ νεροφ Μια ελπιδοφόροσ και ιςτορικι μζκοδοσ για τθν παραγωγι υδρογόνου είναι θ θλεκτρόλυςθ του νεροφ, μια θλεκτροχθμικι διεργαςία, θ οποία περιλαμβάνει τθ χριςθ θλεκτρικισ ενζργειασ για τον διαχωριςμό του νεροφ ςτα ςυςτατικά του, π.χ. ςε υδρογόνο και οξυγόνο, όπωσ απεικονίηεται ςτθν Εξ. (6). Σιμερα, περίπου 4% τθσ παγκόςμιασ παραγωγισ υδρογόνου παράγεται από τθν θλεκτρόλυςθ του νεροφ. Αυτι θ διεργαςία είναι ιδθ οικονομικά αποδοτικι για τθν παραγωγι υπερ-κακαροφ υδρογόνου ςε μικρζσ ποςότθτεσ, εντοφτοισ, εξακολουκεί να παραμζνει ακριβι για εφαρμογζσ μεγαλφτερθσ κλίμακασ, λόγω κυρίωσ τθσ απαιτοφμενθσ θλεκτρικισ ενζργειασ, θ οποία κοςτίηει αυτιν τθν περίοδο τρεισ ζωσ πζντε φορζσ περιςςότερο ζναντι των αντίςτοιχων πρϊτων υλϊν ορυκτϊν καυςίμων. Θ2Ο + θλεκτριςμόσ H2 + ½ O2 (6) Θ ςυνολικι ενζργεια που απαιτείται για τθν θλεκτρόλυςθ του νεροφ αυξάνεται ελάχιςτα με τθ κερμοκραςία, ενϊ θ απαιτοφμενθ θλεκτρικι ενζργεια μειϊνεται. Μια διεργαςία θλεκτρόλυςθσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ πικανόν να είναι προτιμθτζα όταν υπάρχει διακζςιμθ κερμότθτα υψθλισ κερμοκραςίασ. 59

Διάγραμμα 2.3: Συπικι ςυςκευι θλεκτρόλυςθσ [25] 2.4.1) Αλκαλικι θλεκτρόλυςθ Αλκαλικζσ ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ. Οι αλκαλικζσ ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ είναι παρόμοιεσ με τισ ΕΜ ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ, αλλά χρθςιμοποιοφν ζνα αλκαλικό διάλυμα (νατρίου ι υδροξειδίου του καλίου) που ενεργεί ωσ θλεκτρολφτθσ. Αυτζσ οι ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ διατίκενται ςτο εμπόριο πολλά χρόνια. [13] Οι αλκαλικζσ ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ χρθςιμοποιοφν ζνα υδατικό διάλυμα KOH ωσ θλεκτρολφτθ. Θ αλκαλικι θλεκτρόλυςθ είναι θ καταλλθλότερθ για ςτακερζσ εφαρμογζσ που διεξάγονται ςε πιζςεισ μζχρι 25 bar. Οι αλκαλικζσ ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ ζχουν εμπορευματοποιθκεί εδϊ και πολφ καιρό. Οι ακόλουκεσ θλεκτροχθμικζσ αντιδράςεισ πραγματοποιοφνται μζςα ςτθν κυψζλθ αλκαλικισ θλεκτρόλυςθσ: Θλεκτρολφτθσ: 4H2O 4H+ + 4OH- (7) Κάκοδοσ: 4H+ + 4e- 2H2 (8) Άνοδοσ: 4OH- O2 + 2H2O + 4e- (9) Συνολικι Αντίδραςθ: 2H2O O2 + 2H2 (10) 60

Συνικωσ, οι εμπορικζσ διατάξεισ θλεκτρόλυςθσ αποτελοφνται από ζνα πλικοσ θλεκτρολυτικϊν κυψελϊν ςε μορφι ςυςτοιχίασ. Οι αλκαλικζσ ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ περιζχουν τα κφρια ςυςτατικά που παρουςιάηονται ςτθν Εικόνα 2.4. Οι ςθμαντικότερεσ προκλιςεισ για το μζλλον είναι να ςχεδιαςτοφν και να καταςκευαςτοφν αλκαλικζσ ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ με το χαμθλότερο κόςτοσ αλλά με υψθλότερθ ενεργειακι απόδοςθ. Εικόνα 2.4: Διάγραμμα ροισ μίασ αλκαλικισ ςυςκευισ θλεκτρόλυςθσ για τθν παραγωγι Η2 2.4.2) Ηλεκτρόλυςθ ςε πολυμερικισ μεμβράνθσ θλεκτρολφτεσ (PEM) ΕΜ ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ. Σε μια πολυμερικισ μεμβράνθσ (ΕΜ, Proton Exchange Membrane) ςυςκευι θλεκτρόλυςθσ, ο θλεκτρολφτθσ είναι ζνα υλικό πλαςτικό ειδικότθτασ ςτερεοφ. Οι PEM ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ μποροφν να ςχεδιαςτοφν για να λειτουργοφν ςε πιζςεισ μζχρι αρκετζσ εκατοντάδεσ bar, και είναι κατάλλθλεσ τόςο για ςτακερζσ όςο και για κινθτζσ εφαρμογζσ. Τα ςθμαντικότερα πλεονεκτιματα των PEM ςε ςχζςθ με τισ αλκαλικζσ ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ είναι ευελιξία τουσ όςον αφορά τθν λειτουργία τουσ ςε ζνα μεγάλο εφροσ δυναμικοτιτων, θ αςφάλεια τουσ λόγω τθσ απουςίασ του θλεκτρολφτθ KOH, θ ςυνεκτικότερθ καταςκευι λόγω των υψθλότερων πυκνοτιτων ιςχφοσ που είναι δυνατό να επιτευχκοφν και οι υψθλότερεσ πιζςεισ λειτουργίασ (καμία ανάγκθ για περαιτζρω ςυμπίεςθ). Νερό αντιδρά ςτθν άνοδο για να ςχθματιςτεί οξυγόνο και κετικά φορτιςμζνα ιόντα υδρογόνου (πρωτόνια). Τα θλεκτρόνια ρζουν μζςω ενόσ εξωτερικοφ κυκλϊματοσ και τα ιόντα υδρογόνου κινοφνται επιλεκτικά μζςω τθσ ΕΜ προσ τθν κάκοδο. Στθν κάκοδο, τα ιόντα υδρογόνου αντιδροφν με τα θλεκτρόνια από το εξωτερικό κφκλωμα για να ςχθματίςουν αζριο υδρογόνο. Ανοδικι Αντίδραςθ: 2H2O O2 + + + 4H-4E 61

Αντίδραςθ κακόδου: 4H + + 4e- 2H2 [13] 2.4.3) Ηλεκτρόλυςθ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ (SOEC) Θ υψθλισ κερμοκραςίασ θλεκτρόλυςθ του ατμοφ βαςίηεται ςτθν αντίςτροφθ λειτουργία μιασ κυψζλθσ καυςίμου υψθλισ κερμοκραςίασ. Θ θλεκτρικι ενζργεια που απαιτείται για να διαχωριςτεί το νερό ςτουσ 1000 ο C είναι αρκετά χαμθλότερθ από τθν θλεκτρόλυςθ ςτουσ 100 ο C. Αυτό ςθμαίνει ότι μια υψθλισ κερμοκραςίασ ςυςκευι θλεκτρόλυςθσ μπορεί να λειτουργιςει ςε ςθμαντικά υψθλότερεσ αποδόςεισ από μια διάταξθ θλεκτρόλυςθσ που λειτουργεί ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ. Μια χαρακτθριςτικι τεχνολογία αυτισ τθσ κατθγορίασ είναι θ κυψζλθ θλεκτρόλυςθσ ςτερεοφ θλεκτρολφτθ (SOEC). Στερεοφ οξειδίου ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ. Οι ςτερεοφ οξειδίου ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ, που χρθςιμοποιοφν ζνα ςτερεό κεραμικό υλικό, ωσ θλεκτρολφτθ που μεταδίδει επιλεκτικά αρνθτικά φορτιςμζνα ιόντα οξυγόνου ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ, παράγουν υδρογόνου με ζναν ελαφρϊσ διαφορετικό τρόπο. Νερό ςτθν κάκοδο αντιδρά με τα θλεκτρόνια από το εξωτερικό κφκλωμα για να ςχθματίςει αζριο υδρογόνο και αρνθτικά φορτιςμζνα ιόντα οξυγόνου. Τα ιόντα οξυγόνου περνοφν μζςα από τθ μεμβράνθ και αντιδροφν ςτθν άνοδο για να ςχθματίςει αζριο οξυγόνο και να δϊςει τα θλεκτρόνια ςτο εξωτερικό κφκλωμα. Στερεοφ οξειδίου ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ πρζπει να λειτουργοφν ςε κερμοκραςίεσ αρκετά υψθλζσ για να λειτουργοφν ςωςτά οι μεμβράνεσ ςτερεοφ οξειδίου (περίπου 500 C-800 C, ςε ςφγκριςθ με τισ ΕΜ ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ, που λειτουργοφν ςτουσ 80 C-100 C, και τισ αλκαλικζσ ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ, οι οποίεσ λειτουργοφν ςτουσ 100 C-150 C). Οι ςτερεοφ οξειδίου ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ μποροφν να χρθςιμοποιοφν αποτελεςματικά τθ διακζςιμθ κερμότθτα ςε αυτζσ τισ υψθλζσ κερμοκραςίεσ (από διάφορεσ πθγζσ, ςυμπεριλαμβανομζνθσ τθσ πυρθνικισ ενζργειασ) για να μειϊςουν τθν ποςότθτα τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ που απαιτείται για τθν παραγωγι υδρογόνου από το νερό. [13] 2.5) Παραγωγι υδρογόνου από ΑΠΕ Οι ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ μποροφν να είναι μικρζσ ςε μζγεκοσ για μικρισ κλίμακασ παραγωγι υδρογόνου. Θ ζρευνα είναι ςε εξζλιξθ να εξετάςει τθ μεγάλθσ κλίμακασ θλεκτρόλυςθ που κα μποροφςε να ςυνδζεται άμεςα με ανανεϊςιμεσ ι άλλεσ φιλικζσ προσ το περιβάλλον πθγζσ ενζργειασ. Θ παραγωγι υδρογόνου ςε αιολικό πάρκο παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ είναι ζνα τζτοιο παράδειγμα. [13] Θ παραγωγι υδρογόνου με θλεκτρόλυςθ μπορεί να οδθγιςει ςε μθδενικζσ εκπομπζσ αερίων κερμοκθπίου, ανάλογα με τθν πθγι θλεκτρικισ ενζργειασ που κα χρθςιμοποιθκεί. 62

Θ πθγι τθσ απαιτοφμενθσ θλεκτρικισ ενζργειασ ςυμπεριλαμβανομζνου του κόςτουσ και τθσ απόδοςθσ, όςο και των εκπομπϊν από τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ πρζπει να λαμβάνεται υπόψθ όταν εκτιμϊνται τα οφζλθ από τθν παραγωγι υδρογόνου με θλεκτρόλυςθ. [13] Σε πολλζσ περιοχζσ τθσ χϊρασ, το ςθμερινό δίκτυο θλεκτρικισ ενζργειασ δεν είναι ιδανικό για τθν παροχι τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ που απαιτείται για τθν θλεκτρόλυςθ εξαιτίασ των αερίων κερμοκθπίου που απελευκερϊνονται και τθσ ποςότθτασ ενζργειασ που απαιτείται για τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ. Θ παραγωγι υδρογόνου με θλεκτρόλυςθ ςυνδυάηεται με ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ (άνεμοσ) και πυρθνικι ενζργεια. Αυτζσ οι μζκοδοι ςυνεπάγονται ςχεδόν μθδενικζσ εκπομπζσ κερμοκθπίου και κριτιρια ρφπων. (Hydrogen Production Electrolytic Processes)Ενϊ θ θλεκτρόλυςθ του νεροφ είναι θ ακριβότερθ διεργαςία παραγωγισ υδρογόνου ςιμερα, κυρίωσ λόγω τθσ απαιτοφμενθσ θλεκτρικισ ενζργειασ, το ςυνολικό κόςτοσ αναμζνεται να μειωκεί λαμβάνοντασ υπόψθ τθν υψθλι απόδοςθ των νζων ςυςτθμάτων και τθν ζνταξθ των ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ, οι οποίεσ είναι δυνατό να ςυνδυαςτοφν με τθν θλεκτρόλυςθ του νεροφ. Το κόςτοσ τθσ θλεκτρόλυςθσ που βαςίηεται ςτθν θλιακι και αιολικι ενζργεια είναι ακόμα υψθλό, αλλά αναμζνεται να μειωκεί ςτο μιςό κατά τθ διάρκεια τθσ επόμενθσ δεκαετίασ. Επιπλζον, επειδι το υδρογόνο παράγεται επιτόπου και κατά παραγγελία, δεν απαιτείται οφτε θ μεταφορά του οφτε και θ αποκικευςθ του, κακιςτϊντασ το υδρογόνο που παράγεται από τθν θλεκτρόλυςθ οικονομικά βιϊςιμο και ανταγωνιςτικό. Τα οικονομικά μεγζκθ είναι δυνατό να βελτιωκοφν επίςθσ με τθν αναμενόμενθ μελλοντικι μαηικι παραγωγι (οικονομίεσ κλίμακασ) των μικρϊν ςυςκευϊν θλεκτρόλυςθσ, οι οποίεσ κα δφνανται να κλιμακϊνονται από μικρζσ ςε μεγάλεσ μονάδεσ με ςχετικά απλό τρόπο, κα χρθςιμοποιοφν λιγότερο ακριβι ενζργεια (και υδροθλεκτρικι) τισ ϊρεσ αιχμισ, και κα επιτυγχάνουν αποδόςεισ τθσ τάξθσ του 70 85%. Θ θλεκτρόλυςθ από ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ είναι δυνατό να οδθγιςει ςε ζναν κακαρό κφκλο υδρογόνου (Εικόνα 2.5). Υδρογόνο από τθν θλιακι και τθν αιολικι ενζργεια κα μποροφςε να καλφψει μελλοντικζσ ενεργειακζσ απαιτιςεισ, αν και το κόςτοσ παράδοςθσ τθσ ενζργειασ μπορεί να είναι υψθλότερο ςε ςχζςθ με τθν περίπτωςθ παραγωγισ υδρογόνου με τθν μζκοδο SMR. Σε βάκοσ χρόνου, το υδρογόνο κα παρζχει επίςθσ ζνα ιδεατό μζςο αποκικευςθσ για ανανεϊςιμθ ενζργεια. Το υδρογόνο αναμζνεται να επιτρζψει τθν ζνταξθ ςτο ενεργειακό ςφςτθμα, ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ με μθ-μόνιμθ παροχι (ιλιοσ, άνεμοσ). Κατά ςυνζπεια, μποροφμε να οραματιςτοφμε ζνα φωτοβολταϊκό θλιακό πάνελ (ι ζναν ανεμόμυλο) ςυνδεδεμζνο με μία αντιςτρεπτισ λειτουργίασ κυψζλθ καυςίμου/κυψζλθ θλεκτρόλυςθσ, που χρθςιμοποιεί ζνα μζροσ τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ για να παραγάγει Θ 2 κατά τθ διάρκεια τθσ θμζρασ (ι ςε ανζμουσ με υψθλι ταχφτθτα), και να καταναλϊνει το υδρογόνο κατά τθ διάρκεια τθσ νφχτασ (ι απουςία αζρα) για να παραγάγει θλεκτρικι 63

ενζργεια. Ραρά τθν αναμφιςβιτθτθ μειωμζνθ απόδοςθ αυτοφ του ςυςτιματοσ, είναι ςαφζσ ότι κα αποτελοφςε μία αδιάλειπτθ παροχι θλεκτρικισ ενζργειασ. Εικόνα 2.5: Ηλεκτρόλυςθ που τροφοδοτείται από ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ. 2.5.1) Αιολικι παραγωγι Το αυτόνομο ςφςτθμα αιολικισ παραγωγισ υδρογόνου αναπτφςςεται γφρω από ζνα κεντρικό ςτακμό dc θ τάςθ του οποίου επιβάλλεται από μολφβδου-οξζοσ ςυςτοιχία μπαταρίασ, αναγκαία για τθ διατιρθςθ τθσ παραγωγισ υδρογόνου ςε ςυνκικεσ νθνεμίασ. Χρθςιμοποιϊντασ κατάλλθλουσ ςτατικοφσ μετατροπείσ, ο ςτακμόσ dc ςυνδζει τθ μονάδα μετατροπισ τθσ αιολικισ ενζργειασ (WECM) και τθ μονάδα παραγωγισ υδρογόνου. Συγκεκριμζνα, το προθγοφμενο είναι χτιςμζνο γφρω από μια ςτακεροφ βιματοσ τριπτζρυγθ τουρμπίνα που ςυνδζεται άμεςα με ζναν πολυπολικό μόνιμο μαγνιτθ ςφγχρονθσ γεννιτριασ (PMSG). Αυτό το μθχάνθμα είναι θλεκτρικά ςυνδεδεμζνο με το ςτακμό DC μζςω ενόσ ανορκωτι και μιςισ γζφυρασ DC / DC μετατροπζα. Αυτι θ ςυγκεκριμζνθ διάταξθ επιτρζπει τον ζλεγχο του ςθμείου λειτουργίασ του ςτροβίλου και κατά ςυνζπεια τθσ παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ μζςω του κφκλου του DC / DC μετατροπζα. Από τθν άλλθ πλευρά, θ μονάδα παραγωγισ υδρογόνου αποτελείται από μια Hoerner αλκαλικι ςυςκευι θλεκτρόλυςθσ θλεκτρικά τροφοτοφνται από το ςτακμό DC μζςω ενόσ DC / DC μετατροπζα υποβιβαςμοφ. [22] 64

Διάγραμμα 2.4: Αυτόνομο ςφςτθμα αιολικισ παραγωγισ υδρογόνου 2.5.2) Ηλιακι παραγωγι Θ χριςθ τθσ θλιακισ ενζργειασ για τθν παραγωγι υδρογόνου μπορεί να γίνει με δφο τρόπουσ: τθν θλεκτρόλυςθ του νεροφ με χριςθ παραγόμενθσ θλιακισ θλεκτρικισ ενζργειασ και άμεςθ θλιακι τθ διάςπαςθ του νεροφ. Στθν περίπτωςθ παραγόμενθσ θλιακισ θλεκτρικισ ενζργειασ, αναφερόμαςτε ςε PV-θλεκτρόλυςθ. Θ μζκοδοσ λειτουργεί. Στθν πράξθ, πρϊτθ φορά αποδείχκθκε ςτο Florida Solar Energy Center το 1983 με χρθματοδότθςθ μζςω του Διαςτθμικοφ Κζντρου τθσ NASA ςτο Κζνεντι. Αν και τεχνολογικά εφικτι, δεν είναι ακόμθ οικονομικά βιϊςιμθ. Εκτόσ από το κόςτοσ, υπάρχει το ερϊτθμα γιατί θ χριςθ τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ, ενόσ πολφ αποτελεςματικοφ φορζα ενζργειασ, για τθν παραγωγι υδρογόνου, ενόσ άλλου φορζα ενζργειασ, και ςτθ ςυνζχεια να το μετατρζπουν πίςω ςε θλεκτρικι ενζργεια πάλι για χριςθ; Με άλλα λόγια, θ θλεκτρικι ενζργεια είναι τόςο πολφτιμθ, ωσ θλεκτρικι ενζργεια, το πιο επικυμθτό φορζα ενζργειασ μασ, που δε μπορεί να κζλουμε να τθ χρθςιμοποιιςουμε για οτιδιποτε άλλο εκτόσ από αυτό. Αυτό ιςχφει ιδιαίτερα εάν θ θλεκτρικι ενζργεια παράγεται από φωτοβολταϊκά. Τα PV ωσ πθγι ενζργειασ καλφπτουν τα φορτία αιχμισ των ςυςκευϊν κλιματιςμοφ κοινισ ωφζλειασ του ζκνουσ. Είναι πολφ καλφτερθ θ χριςθ τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ των φωτοβολταϊκϊν ωσ θλεκτρικι ενζργεια, δεδομζνου ότι είναι πολφ ςπάταλο να χρθςιμοποιείται με άλλο τρόπο. Ρότε ζχει νόθμα να παράγεται υδρογόνο από παραγόμενθ θλιακι θλεκτρικι ενζργεια; Θ απάντθςθ είναι όταν κα κελιςουμε να παράγουμε υδρογόνο κάκε φορά που θ θλεκτρικι ενζργεια δε μπορεί να χρθςιμοποιθκεί εκτόσ αιχμισ ςε απομακρυςμζνεσ περιοχζσ, και κατά τθ διάρκεια εποχιακϊν διακυμάνςεων. 65

Διάγραμμα 2.5: Χριςεισ Φ/Β θλεκτρικισ ενζργειασ [9] 2.5.2.1) Φωτοβολταϊκζσ μονάδεσ Εικόνα 2.6: http://www.google.gr/imgres?imgurl=http://www.petervaldivia.com/technology/energy/im age/solar/... 66

Εικόνα 2.7: Λειτουργία βαςικοφ Φ/Β κελιοφ Θ εικόνα 2.7 απεικονίηει τθ λειτουργία ενόσ βαςικοφ φωτοβολταϊκοφ κελιοφ, που ονομάηεται επίςθσ και θλιακό κελί. Τα θλιακά κελιά καταςκευάηονται από ίδια είδθ υλικϊν θμιαγωγϊν, όπωσ το πυρίτιο, που χρθςιμοποιείται ςτθ βιομθχανία μικροθλεκτρονικισ. Για τα θλιακά κελιά, ζνα λεπτό ςάντουιτσ θμιαγωγϊν είναι ειδικά επεξεργαςμζνο για να ςχθματίηει ζνα θλεκτρικό πεδίο, κετικό από τθ μία πλευρά και αρνθτικό από τθν άλλθ. Πταν το φωσ προςπίπτει ςτο θλιακό κελί, τα θλεκτρόνια από τα άτομα ςτο υλικό των θμιαγωγϊν χτυπιόνται χαλαρά. Αν θλεκτρικοί αγωγοί ςυνδεκοφν με τισ κετικζσ και αρνθτικζσ πλευρζσ, ςχθματίηοντασ ζνα θλεκτρικό κφκλωμα, τα θλεκτρόνια μποροφν να ςυλλθφκοφν με τθ μορφι θλεκτρικοφ ρεφματοσ - δθλαδι, θλεκτρικι ενζργεια. Αυτι θ θλεκτρικι ενζργεια μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για να τροφοδοτιςει ζνα φορτίο, όπωσ μια λάμπα ι ζνα θλεκτρικό εργαλείο. Ζνασ αρικμόσ θλιακϊν κελιϊν είναι θλεκτρικά ςυνδεδεμζνα μεταξφ τουσ και τοποκετοφνται ςε μια δομι ςτιριξθσ ι πλαίςιο που ονομάηεται φωτοβολταϊκι μονάδα. Μονάδεσ ζχουν ςχεδιαςτεί για να παρζχουν θλεκτρικι ενζργεια ςε μια ςυγκεκριμζνθ τάςθ, όπωσ ζνα κοινό ςφςτθμα 12 βολτ. Το ρεφμα που παράγεται εξαρτάται άμεςα από το πόςο φωσ πζφτει πάνω ςτθ μονάδα. [18] 67

Εικόνα 2.8: Φωτοβολταϊκζσ μονάδεσ Ρολλαπλζσ μονάδεσ μποροφν να ςυνδεκοφν μαηί για να ςχθματίςουν μια ςυςτοιχία. Σε γενικζσ γραμμζσ, όςο μεγαλφτερθ είναι θ ζκταςθ μιασ μονάδασ ι μιασ ςυςτοιχίασ, τόςθ περιςςότερθ θλεκτρικι ενζργεια κα παραχκεί. Φωτοβολταϊκζσ μονάδεσ και ςυςτοιχίεσ παράγουν ςυνεχοφσ ρεφματοσ (DC) θλεκτρικι ενζργεια. Μποροφν να ςυνδεκοφν τόςο ςε ςειριακζσ όςο και παράλλθλεσ θλεκτρικζσ ρυκμίςεισ για τθν παραγωγι οποιοδιποτε ςυνδυαςμό απαιτοφμενθσ τάςθσ και ρεφματοσ. [17] 68

Εικόνα 2.9: (Knier) Σιμερα, οι πιο ςυνθκιςμζνεσ φωτοβολταϊκζσ ςυςκευζσ χρθςιμοποιοφν ζνα μονό κόμβο, ι διαςφνδεςθ, για να δθμιουργιςουν θλεκτρικό πεδίο ςτο εςωτερικό ενόσ θμιαγωγοφ, όπωσ ζνα θλιακό κελί (εικόνα 2.9). Σε ζνα μονισ-διαςταφρωςθσ PV κελί, μόνο φωτόνια των οποίων θ ενζργεια είναι ίςθ ι μεγαλφτερθ από το κενό δεςμοφ του υλικοφ των κελιϊν μποροφν να ελευκερϊςουν θλεκτρόνιο για ζνα θλεκτρικό κφκλωμα. Με άλλα λόγια, θ φωτοβολταϊκι ανταπόκριςθ των μονισ-διαςταφρωςθσ κελιϊν περιορίηεται ςτο τμιμα του θλιακοφ φάςματοσ του οποίου θ ενζργεια είναι πάνω από το κενό δεςμοφ του απορροφθτικοφ υλικοφ, και χαμθλισ ενζργειασ φωτόνια δεν χρθςιμοποιοφνται. [17] Ζνασ τρόποσ να άρουμε αυτό το περιοριςμό είναι θ χριςθ δφο (ι περιςςότερων) διαφορετικϊν κελιϊν, με περιςςότερα από ζνα κενά δεςμϊν και περιςςότερεσ από μία διαςταυρϊςεισ, για να δθμιουργθκεί τάςθ. Αυτά αναφζρονται ωσ κελιά «πολλαπλϊν διαςταυρϊςεων" (ονομάηονται επίςθσ «καταρράκτθσ» ι «παράλλθλα» κφτταρα). Οι ςυςκευζσ πολλαπλϊν διαςταυρϊςεων μποροφν να επιτφχουν υψθλότερθ ςυνολικι απόδοςθ μετατροπισ, επειδι μποροφν να μετατρζψουν μεγαλφτερο μζροσ του φάςματοσ ενζργειασ του φωτόσ ςε θλεκτρικι ενζργεια. [17] Ππωσ φαίνεται ςτθν εικόνα 2.10, μια ςυςκευι πολλαπλισ διαςταφρωςθσ είναι μια ςτοίβα κελιϊν μόνθσ-διαςταφρωςθσ κατά φκίνουςα ςειρά κενοφ δεςμοφ (Eg). Θ κορυφι των κελιϊν ςυλλαμβάνει τα υψθλισ ενζργειασ φωτόνια και περνάει το υπόλοιπο των φωτονίων για να απορροφθκεί από τα κελιά χαμθλότερου κενοφ δεςμοφ. 69

Εικόνα 2.10: υςκευι πολλαπλισ διαςτάυρωςθσ Διάγραμμα 2.6: Συπικζσ καμπφλεσ ζνταςθσ- τάςθσ, ιςχφοσ- τάςθσ (Gibson, Kelly 2008) 70

Μακροςκοπικά, ζνα θλιακό κελί μοντελοποιείται με τθ βοικεια τθσ χαρακτθριςτικισ του καμπφλθσ ζνταςθσ τάςθσ (I Vcurve) ι ιςχφοσ τάςθσ P V (P V curve). Τυπικζσ καμπφλεσ παρουςιάηονται ςτο διάγραμμα 2.6. Χαρακτθριςτικά μεγζκθ αποτελοφν: Θ τάςθ ανοιχτοφ κυκλϊματοσ V oc : είναι θ τάςθ που επικρατεί ςτθν ζξοδο ενόσ θλιακοφ κελιοφ όταν τα δφο άκρα του είναι ανοιχτά Το ρεφμα βραχυκφκλωςθσ I sc : είναι το ρεφμα που διαρρζει το θλιακό κελί όταν τα δυο άκρα του βραχυκυκλωκοφν. Θ μζγιςτθ ιςχφσ του κελιοφ P mpp (maximum power point) : είναι θ μζγιςτθ ιςχφσ του θλιακοφ κελιοφ που αντιςτοιχεί ςε τάςθ V mpp και ζνταςθ I mpp. Με ςτόχο τθ δυνατότθτα ςφγκριςθσ διαφορετικϊν κελιϊν ι και πάνελ υπό κοινζσ ςυνκικεσ, ζχουν οριςτεί οι λεγόμενεσ Ρρότυπεσ Συνκικεσ Ελζγχου, περιςςότερο γνωςτζσ ωσ STC ςυνκικεσ από τα αρχικά των λζξεων Standard Test Conditions. Οι ςυνκικεσ αυτζσ αντιςτοιχοφν ςε: Ζνταςθ προςπίπτουςασ θλιακισ ακτινοβολίασ ίςθσ προσ 1000W/m 2. Κερμοκραςία κελιοφ ίςθ προσ 25 C. Μάηα αζρα (air mass) ίςθ προσ 1.5 Θ μάηα αζρα είναι μία παράμετροσ που πρακτικά ςχετίηεται με τθ διαδρομι τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ διαμζςου τθσ ατμόςφαιρασ. Ζτςι όταν ο ιλιοσ βρίςκεται κάκετα ςτθν επιφάνεια τθσ γθσ, θ θλιακι ακτινοβολία περνάει μόνο μία φορά διαμζςου του ατμοςφαιρικοφ αζρα, γεγονόσ που δθλϊνεται ωσ ΑΜ=1. Ο παράγων ΑΜ=1.5, που χρθςιμοποιείται ωσ πρότυπθ ςυνκικθ για τον χαρακτθριςμό των θλιακϊν κελιϊν αντιςτοιχεί ςε γωνία του ιλιου ίςθ προσ 41,8 ο ωσ προσ τον ορίηοντα. [2 ; 12] Λδιαίτερθ αναφορά πρζπει να γίνει ςτον παράγοντα τθσ κερμοκραςίασ κελιοφ, θ οποία είναι ςυνικωσ κατά 25 30 ο C υψθλότερθ από τθ κερμοκραςία περιβάλλοντοσ. Ζτςι ςυνικωσ οι καταςκευαςτζσ παρζχουν και τα δεδομζνα ιςχφοσ ςτισ λεγόμενεσ NOCT ςυνκικεσ (Normal Operating Cell Temperature), οι οποίεσ αντιςτοιχοφν ςε κερμοκραςία κελιοφ περί τουσ 45 48 ο C για κερμοκραςία περιβάλλοντοσ 20 ο C, ζνταςθ ακτινοβολίασ 800W/m 2, ΑΜ=1,5 και ταχφτθτα ανζμου 1m/sec. Τα δεδομζνα αυτά παρζχουν μία περιςςότερο ρεαλιςτικι εικόνα τθσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ από τα θλιακά κελιά, αναφορικά με τισ επικρατοφςεσ περιβαλλοντικζσ ςυνκικεσ. [2] Τα θλιακά κελιά χρθςιμοποιοφνται ςπάνια μόνα τουσ. Συνικωσ, κελιά με τα ίδια χαρακτθριςτικά ςυνδζονται θλεκτρικά μεταξφ τουσ ϊςτε να προκφψει μεγαλφτερθ ιςχφσ με τθ μορφι ενόσ φωτοβολταϊκοφ πάνελ. Τα πάνελ ςτθ ςυνζχεια ςυνδυάηονται μεταξφ τουσ ϊςτε να προκφψουν οι φωτοβολταϊκοί ςτακμοί. Τα θλιακά κελιά μποροφν να ςυνδεκοφν ςε ςειρά ι παράλλθλα. 71

Θ παράλλθλθ ςφνδεςθ κελιϊν αυξάνει τθν ζνταςθ ρεφματοσ. Θ τάςθ ςτα άκρα του ςυνδυαςμοφ παραμζνει θ ίδια με τθν τάςθ του κάκε κελιοφ. Ζτςι θ χαρακτθριςτικι ρεφματοσ-τάςθσ του ςυνδυαςμοφ προκφπτει από τθν άκροιςθ των τιμϊν ρεφματοσ για τθν ίδια τιμι τάςθσ. Θ παράλλθλθ ςφνδεςθ κελιϊν δεν χρθςιμοποιείται ςυνικωσ κακϊσ θ μεγαλφτερθ ζνταςθ ρεφματοσ απαιτεί και μεγαλφτερεσ διατομζσ αγωγϊν, ενϊ και οι απϊλειεσ αυξάνονται με τθ μείωςθ τθσ τάςθσ. Για τουσ παραπάνω λόγουσ, θ ςφνδεςθ των κελιϊν γίνεται ςυνικωσ εν ςειρά. Στθ ςφνδεςθ κελιϊν ςε ςειρά υπάρχει θ ίδια ροι ρεφματοσ ανά κελί ενϊ θ τάςθ είναι ίςθ με το άκροιςμα των τάςεων των κελιϊν. Αντίςτοιχα, θ χαρακτθριςτικι ρεφματοσ-τάςθσ του ςυνδυαςμοφ προκφπτει από το άκροιςμα των τιμϊν τάςεων των καλιϊν για τθν ίδια τιμι ζνταςθσ ρεφματοσ. [2] 2.5.3) Τδρογόνο από βιομάηα Θ βιομάηα είναι μια ανανεϊςιμθ πθγι ενζργειασ που κα μποροφςε να διαδραματίςει ζναν ουςιαςτικό και ςθμαντικό ρόλο ςε ζνα διαφοροποιθμζνο και βιϊςιμο ενεργειακό μίγμα. Ωσ βιομάηα μπορεί να οριςτεί οποιαδιποτε ανανεϊςιμθ πθγι άνκρακα, όπωσ τα ξφλα, τα υπολείμματα από το ξφλο, οι γεωργικοί καρποί και τα υπολείμματά τουσ, ι αλλιϊσ θ φλθ που ζχει βιολογικι (οργανικι) προζλευςθ. Τα βιομθχανικά και αςτικά απόβλθτα κεωροφνται επίςθσ ςυχνά ωσ βιομάηα λόγω των υψθλϊν ποςοςτϊν τουσ ςε οργανικά απόβλθτα. Ραράλλθλα, το χαρτί και τα απόβλθτα του, τα απόβλθτα ςφαγείων, τα οργανικά απόβλθτα βιομθχανιϊν τροφίμων (π.χ. τυρόγαλα, κατςίγαροσ), τα απόβλθτα φυτικά λάδια και τα υπολείμματα τροφίμων κεωροφνται βιομάηα και μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν με διαφορετικοφσ τρόπουσ ςε διαφορετικά ςυςτιματα βιοενζργειασ για τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ, κερμότθτασ και καυςίμων κίνθςθσ. Ριο ςυγκεκριμζνα οι βαςικζσ πρϊτεσ φλεσ τισ βιομάηασ προζρχονται από: Σθν υλοτομία και τθ βιομθχανία επεξεργαςίασ ξφλου: Τα ξυλϊδθ υπολείμματα που λαμβάνονται από τθν επεξεργαςία του ξφλου (πριονίδι, ροκανίδι, κρφμματα ξφλου, κλπ.), κακϊσ και υπολείμματα ξυλείασ που παράγονται κατά τθν υλοτόμθςθ των δζντρων και είναι ακατάλλθλα για περαιτζρω επεξεργαςία, μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν με διαφορετικοφσ τρόπουσ για τθν παραγωγι βιοενζργειασ, είτε για τθν παραγωγι θλεκτρικοφ ρεφματοσ ι για να καλφψει ανάγκεσ κζρμανςθσ. Ζτςι, όταν αναφερόμαςτε ςτο ξφλο ωσ ανανεϊςιμο καφςιμο δεν εννοοφμε, φυςικά, τθν αλόγιςτθ υλοτόμθςθ των δαςϊν, αλλά τθν ενεργειακι αξιοποίθςθ παραπροϊόντων ξφλου, τα οποία παραμζνουν, ςυνικωσ, ανεκμετάλλευτα. 72

Σισ γεωργικζσ δραςτθριότθτεσ: Αντίςτοιχα με τα παραπροιόντα τθσ βιομθχανίασ ξφλου, τα υπολείμματα από τισ γεωργικζσ δραςτθριότθτεσ, όπωσ π.χ. το άχυρο, μπορεί να χρθςιμοποιθκεί εναλλακτικά, για τθν παραγωγι φιλικισ προσ το περιβάλλον ενζργειασ και καφςιμθσ φλθσ. Εκτόσ από το άχυρο, τα κλαδζματα από τισ δενδρϊδεισ καλλιζργειεσ, αντί να παραμζνουν ςτουσ αγροφσ και να αποτελοφν εςτίεσ ανάπτυξθσ πυρκαγιϊν, μποροφν να αξιοποιθκοφν και να μετατραποφν ςε υψθλισ ποιότθτασ ςτερεά βιοκαφςιμα, προςφζροντασ, ταυτόχρονα, ζνα επιπλζον ζςοδο για τουσ παραγωγοφσ.οι καλλιζργειεσ ενεργειακϊν φυτϊν αποτελοφν επίςθσ, μια πρακτικι παραγωγισ βιομάηασ. Είναι, δε, αρκετά διαδεδομζνθ, τα τελευταία χρόνια ακόμα και ςτθ χϊρα μασ όπου πραγματοποιείται για τθν παραγωγι υγρϊν βιοκαυςίμων. Οι ενεργειακζσ καλλιζργειεσ μποροφν επίςθσ να χρθςιμοποιθκοφν για τθν παραγωγι ενζργειασ, εναλλακτικϊν αζριων βιοκαυςίμων (βιοαζριο) κακϊσ και ςτερεϊν βιοκαυςίμων (pellets).για τθν παραγωγι των ςτερεϊν βιοκαυςίμων ζχει, επίςθσ, ξεκινιςει θ εγκατάςταςθ δενδρωδϊν καλλιεργειϊν ταχείασ ανάπτυξθσ. Σισ κτθνοτροφικζσ δραςτθριότθτεσ: Το βαςικό απόβλθτο όλων των κτθνοτροφικϊν δραςτθριοτιτων είναι θ ηωικι κοπριά. Το ηιτθμα τθσ αποτελεςματικισ διαχείριςθσ τθσ γίνεται ακόμα πιο ζντονο κατά τθν μαηικι εκτροφι ηϊων (ςυνικωσ βοοειδϊν, χοίρων και πουλερικϊν) ςε περιοριςμζνουσ και ςυςτεγαςμζνουσ χϊρουσ. Ο ιδανικότεροσ τρόποσ διαχείριςθσ αυτϊν των αποβλιτων είναι θ χρθςιμοποίθςι τουσ για τθν παραγωγι βιοενζργειασ. Ριο ςυγκεκριμζνα, με τθ βοικεια τθσ τεχνολογίασ τθσ αναερόβιασ χϊνευςθσ τα υγρά ηωικά απόβλθτα μετατρζπονται ςε βιοαζριο, ζνα εναλλακτικό και «πράςινο» βιοκαφςιμο. Μετά τθν παραγωγι του, το βιοαζριο τροφοδοτείται ςε ςφςτθμα ςυμπαραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ και κερμότθτασ, από τθν πϊλθςθ των οποίων προκφπτουν τα πολφ ςθμαντικά ζςοδα τθσ μονάδασ βιοαερίου.επιπλζον ζςοδα μποροφν να προκφψουν από τθν εμπορικι εκμετάλλευςθ του χωνεμζνου υπολείμματοσ τθσ κοπριάσ ωσ βιολογικό λίπαςμα. Θ βιομάηα, ςυνεπϊσ, που λαμβάνεται από τθν εκτροφι ηϊων ωσ απόβλθτο, όχι μόνο δεν είναι άχρθςτθ, αλλά αποτελεί μια πολφ ςθμαντικι πθγι εςόδων για τον παραγωγό κακϊσ και ζνα τρόπο παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ με φιλικό για το περιβάλλον και τον άνκρωπο τρόπο. Συνιςτά ζναν ανεκμετάλλευτο πλοφτο, τον οποίο ζχουν αναγνωρίςει όλεσ οι αναπτυγμζνεσ χϊρεσ εδϊ και χρόνια, γι αυτό και επενδφουν ςε αυτόν διαρκϊσ. Σθ βιομθχανία παραγωγισ τροφίμων: Τα απόβλθτα των βιομθχανιϊν παραγωγισ τροφίμων, είτε βρίςκονται ςε ςτερεά ι ςε υγρι μορφι, μποροφν να αξιοποιθκοφν ενεργειακά, επίςθσ μζςω τθσ τεχνολογίασ τθσ αναερόβιασ χϊνευςθσ και τθσ παραγωγισ βιοαερίου. Ζτςι, υγρά απόβλθτα που φθμίηονται για το υψθλό ρυπαντικό τουσ φορτίο (π.χ. τυρόγαλα, κατςίγαροσ, απόβλθτα ςφαγείων, απόβλθτα χυμοποιείων, ηυκοποιείων και βιομθχανιϊν επεξεργαςίασ φροφτων και λαχανικϊν) 73

και τθν ζντονθ ρφπανςθ που προκαλοφν κατά τθν ανεξζλεγκτθ διάκεςθ τουσ, ςταματοφν, πλζον, να αποτελοφν πρόβλθμα για τουσ παραγωγοφσ κακϊσ μετατρζπονται ςε θλεκτρικι ενζργεια. Με αυτόν τον τρόπο διαχείριςθσ των αποβλιτων προκφπτουν πολλαπλά οφζλθ: διακόπτεται θ περιβαλλοντικι υποβάκμιςθ των υδάτινων αποδεκτϊν από τθν λειτουργία των ρυπογόνων βιομθχανιϊν με τρόπο που όχι μόνο δεν κοςτίηει ςτον παραγωγό του αποβλιτου, αλλά του προςφζρει επιπλζον ζςοδα από τθν πϊλθςθ τθσ εναλλακτικισ ενζργειασ και τθν αποφυγι των υψθλϊν προςτίμων που οφείλει να πλθρϊνει για τθν ακατάλλθλθ διάκεςθ των αποβλιτων του. Αντιςτοίχωσ και για τα ςτερεά οργανικά απόβλθτα βιομθχανιϊν τροφίμων, υπάρχουν αποτελεςματικζσ τεχνολογίεσ χριςθσ τουσ για τθν παραγωγι βιοαερίου και θλεκτρικισ ενζργειασ.για τθν εγκατάςταςθ μιασ τεχνολογικά άρτιασ μονάδασ παραγωγισ βιοενζργειασ είναι, ςυνικωσ, αναγκαία θ ςυνεργαςία των παραγωγϊν των ηωικϊν αποβλιτων με εκείνουσ των οργανικϊν βιομθχανικϊν αποβλιτων για τθν καταςκευι μονάδασ ςυνδυαςμζνθσ αναερόβιασ χϊνευςθσ. Ρζραν των περιβαλλοντικϊν, και τα οικονομικά οφζλθ του φορζα που κα επενδφςει ςτθν υλοποίθςθ μιασ τζτοιασ μονάδασ εναλλακτικισ θλεκτροπαραγωγισ, είναι ςθμαντικά υψθλότερα. Σιμερα θ βιομάηα αποτελεί το 14% τθσ παγκόςμιασ κατανάλωςθσ ενζργειασ. Οι πρϊτεσ φλεσ τθσ βιομάηασ μποροφν να μετατραποφν ςε προθγμζνα βιοκαφςιμα με τθ χριςθ κερμοχθμικϊν και βιολογικϊν διεργαςιϊν. Θ καφςθ, θ πυρόλυςθ, θ ταχεία πυρόλυςθ (flash pyrolysis ι liquefaction) και θ αεριοποίθςθ είναι οι τζςςερισ κερμοχθμικζσ διεργαςίεσ. Θ άμεςθ βιοφωτόλυςθ, θ ζμμεςθ βιοφωτόλυςθ, θ βιολογικι αντίδραςθ μετατόπιςθσ του υδραερίου, θ φωτοηφμωςθ και θ ηφμωςθ απουςία φωτόσ ανικουν ςτισ βιολογικζσ διεργαςίεσ. Ππωσ προαναφζραμε, θ βιομάηα είναι μια πθγι ενζργειασ που ανανεϊνεται ςυνεχϊσ λόγω τθσ φωτοςυνκετικισ ικανότθτασ των φυτικϊν οργανιςμϊν. Με τθ φωτοςφνκεςθ δεςμεφεται θ θλιακι ενζργεια και μετατρζπεται ςε χθμικι. Θ παραγωγι κερμικισ ιςχφοσ 10.000MW από βιομάηα αποτζλεςε για τθν Ευρωπαϊκι επιτροπι τθν κυριότερθ ίςωσ δράςθ για τθν Εκςτρατεία Απογείωςθσ των ΑΡΕ ςτθν Ευρϊπθ και του διπλαςιαςμοφ του μεριδίου των ανανεϊςιμων πθγϊν από το 6% ςτο 12% τθσ ακακάριςτθσ ενεργειακισ ηιτθςθσ τθσ Ευρωπαϊκισ Ζνωςθσ εϊσ το 2010. Θ χριςθ τθσ καλφπτει περίπου το 4% τθσ ςυνολικισ ενζργειασ που καταναλϊνεται ςτισ ΘΡΑ και το 45% των ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ. Οι αντίςτοιχεσ τιμζσ τθσ ΕΕ είναι 3% και 68%, ενϊ αυτζσ τθσ Ελλάδασ είναι 3,3% και 50% αντίςτοιχα (2000). Οι διεργαςίεσ για τθν παραγωγι του υδρογόνου από βιομάηα μποροφν να διακρικοφν ςε τρεισ κατθγορίεσ: 74

Άμεςοι μζκοδοι παραγωγισ (π.χ., αεριοποίθςθ, πυρόλυςθ όμοια με αυτι ςτθν περίπτωςθ του άνκρακα). Ζμμεςοι τρόποι παραγωγισ μζςω τθσ αναμόρφωςθσ των παραγόμενων βιοκαυςίμων (π.χ. βιοαζριο, βιοζλαιο). Διεργαςίεσ μεταβολιςμοφ για τθν διάςπαςθ του νεροφ μζςω τθσ φωτοςφνκεςθσ, ι για τθν διεξαγωγι τθσ αντίδραςθσ μετατόπιςθσ του υδραερίου με χριςθ φωτοβιολογικϊν οργανιςμϊν. Θ καφςθ αφορά ςτθν άμεςθ οξείδωςθ τθσ βιομάηασ με αζρα για να μετατρζψει τθ χθμικι ενζργεια τθσ βιομάηασ ςε κερμότθτα, μθχανικι ι θλεκτρικι ενζργεια χρθςιμοποιϊντασ εξοπλιςμό όπωσ οι ςόμπεσ, οι φοφρνοι, οι λζβθτεσ ι οι αεριοςτρόβιλοι. Διάγραμμα 2.7: Η άμεςθ καφςθ αντιςτοιχεί ςτθν οξείδωςθ τθσ βιομάηασ με περίςςεια αζρα, θ οποία παρζχει κερμά καυςαζρια που χρθςιμοποιοφνται για τθν παραγωγι ατμοφ ςτουσ τομείσ εναλλαγισ κερμότθτασ των λεβιτων. Κατόπιν ο ατμόσ χρθςιμοποιείται για τθν θλεκτροπαραγωγι, εκτονοφμενοσ μζςω ατμοςτροβίλου ς ζναν κφκλο Rankine. 75

Διάγραμμα 2.8: Παραγωγι υδρογόνου από βιομάηα μζςω θλεκτρόλυςθσ Δεδομζνου ότι θ ενεργειακι απόδοςθ είναι χαμθλι (10 30%) και τα προϊόντα τθσ διεργαςίασ αποτελοφν αζριουσ ρφπουσ, θ καφςθ δεν μπορεί να κεωρθκεί ωσ θ καταλλθλότερθ διεργαςία για τθν βιϊςιμθ παραγωγι υδρογόνου. Κατά τθν ταχεία πυρόλυςθ τθσ βιομάηασ, αυτι κερμαίνεται ςτουσ 525-600 0 Κ ςε πίεςθ 50-200 bar απουςία αζρα. Ζνασ διαλφτθσ ι ζνασ καταλφτθσ μπορεί να προςτεκεί ςτθ διεργαςία. Τα μειονεκτιματα τθσ διεργαςίασ τθσ ταχείασ πυρόλυςθσ τθσ βιομάηασ αφοροφν ςτισ δυςκολίεσ που πρζπει να αντιμετωπιςτοφν προκειμζνου να επιτευχκοφν οι επικυμθτζσ ςυνκικεσ λειτουργίασ και ςτθν αναμενόμενθ χαμθλι παραγωγι υδρογόνου. Επομζνωσ, θ διεργαςία τθσ ταχείασ πυρόλυςθσ τθσ βιομάηασ δεν ευνοεί τθν παραγωγι υδρογόνου. Άλλεσ κερμοχθμικζσ (πυρόλυςθ και αεριοποίθςθ) και βιολογικζσ (βιο-φωτόλυςθ, βιολογικι αντίδραςθ μετατόπιςθσ του υδραερίου ηφμωςθ) διεργαςίεσ είναι εφικτζσ και ζχουν ςυγκεντρϊςει τθν προςοχι και το ενδιαφζρον πολλϊν για τθν παραγωγι υδρογόνου. 2.5.3.1) Ζφμωςθ βιομάηασ Οι βιολογικζσ μζκοδοι περιλαμβάνουν παραγωγι υδρογόνου με ηφμωςθ, φωτοςφνκεςθ, βιολογικζσ αντιδράςεισ μετατόπιςθσ νεροφ-αερίου. Υδρογόνο με ηφμωςθ μπορεί να 76

παραχκεί από αναερόβιουσ οργανιςμοφσ και / ι ηφμωςθ φωτογραφία. Επίςθσ, πολλοί φωτοτροπικοί οργανιςμοί μποροφν να παράγουν υδρογόνο με τθ βοικεια τθσ θλιακισ ενζργειασ που ονομάηεται φωτοςφνκεςθ μετατροπισ. [15] Θ ηφμωςθ είναι μια αναερόβια διεργαςία απουςία φωτόσ, όμοια με τθν αναερόβια χϊνευςθ, για τθν παραγωγι Θ 2. Τα βακτιρια που παράγουν το H 2 ςτο ςκοτάδι μποροφν να καλλιεργθκοφν ςε κακαρζσ καλλιζργειεσ ι να εμφανιςτοφν ςε μικτζσ καλλιζργειεσ, όπωσ θ αναερόβια χϊνευςθ τθσ λυματολάςπθσ ενόσ βιολογικοφ κακαριςμοφ. Το μεγαλφτερο μζροσ τθσ παραγωγισ του Θ 2 με αυτι τθν διαδικαςία προζρχεται από τον αναερόβιο μεταβολιςμό ενηφμων που προκφπτουν κατά τθ διάρκεια του καταβολιςμοφ των διάφορων υποςτρωμάτων. Αντίκετα από τθ βιο-φωτόλυςθ που παράγει μόνο H 2, τα προϊόντα τθσ ηφμωςθσ απουςίασ φωτόσ είναι ςυνικωσ H 2 και CO 2 που ςυνδυάηονται με άλλα αζρια, όπωσ το CH 4 ι το H 2 S, ανάλογα με τθν αντίδραςθ και το χρθςιμοποιοφμενο υπόςτρωμα. Θ ποςότθτα του παραγόμενου υδρογόνου από τθ ηφμωςθ απουςία φωτόσ εξαρτάται από το ph, τον υδραυλικό χρόνο παραμονισ (HRT) και τθ μερικι πίεςθ του αερίου. Για τθ βζλτιςτθ παραγωγι υδρογόνου, το ph πρζπει να διατθρείται μεταξφ 5 και 6. Θ μερικι πίεςθ του H 2 είναι μια ακόμα ςθμαντικι παράμετροσ που επθρεάηει τθν παραγωγι υδρογόνου. Πταν θ ςυγκζντρωςθ του υδρογόνου αυξάνεται, θ αντίδραςθ μετατοπίηεται προκειμζνου να παραγάγει περιςςότερα οξειδωμζνα υποςτρϊματα, όπωσ λακτόηθ, αικανόλθ, ακετόνθ, βουτανόλθ ι αλανίνθ, τα οποία, ςτθ ςυνζχεια, μειϊνουν τθν αναμενόμενθ παραγωγι υδρογόνου. 2.5.3.2) Αεριοποίθςθ βιομάηασ Θ ςυμβατικι αεριοποίθςθ χρθςιμοποιείται ωσ μια παλιά τεχνολογία, όπου θ βιομάηα κερμαίνεται ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ και απελευκερϊνει εφφλεκτα αζρια. Αζρασ, ατμόσ ι οξυγόνο μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν ωσ παράγοντασ αεριοποίθςθσ για αφξθςθ τθσ ενεργειακισ αξίασ. [15] Θ κερμοχθμικι μζκοδοσ τθσ αεριοποίθςθσ αφορά ςτθν μετατροπι μίασ ανκρακοφχασ τροφοδοςίασ ςε ζνα χαμθλοφ ι μζςου ενεργειακοφ περιεχομζνου αζριο μίγμα μζςω τθσ μερικισ οξείδωςθσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Θ αεριοποίθςθ του άνκρακα είναι μία κακιερωμζνθ τεχνολογία και κατά ςυνζπεια και θ τεχνολογία τθσ αεριοποίθςθσ τθσ 77

βιομάηασ ζχει ωφελθκεί ςθμαντικά από τθν υφιςτάμενθ τεχνογνωςία. Εντοφτοισ, οι δφο τεχνολογίεσ δεν είναι δυνατό να ςυγκρικοφν άμεςα λόγω των διαφορετικϊν ιδιοτιτων ςτθν πρϊτθ φλθ (π.χ. ενεργότθτα του απανκρακϊματοσ, γενικι ςφςταςθ τροφοδοςίασ, ςφςταςθ τζφρασ, περιεκτικότθτα ςε υγραςία, πυκνότθτα). Θ αεριοποίθςθ τθσ βιομάηασ είναι μια ενδόκερμθ κερμικι διεργαςία κατά τθν οποία θ ςτερει βιομάηα μετατρζπεται ςε καφςιμο αζριο. Το παραγόμενο αυτό αζριο αποτελεί μίγμα πολλϊν καφςιμων (και μθ) αερίων: μονοξείδιο και διοξείδιο του άνκρακα (CO, CO 2 ), υδρογόνο (H 2 ), μεκάνιο (CH 4 ), υδρατμοί (H 2 O), ίχνθ υδρογονανκράκων (π.χ. C 2 H 6, C 2 H 4 ) και άηωτο (N 2, ςε περίπτωςθ που για τθν διεργαςία χρθςιμοποιείται αζρασ και όχι κακαρό οξυγόνο). Ρζραν των παραπάνω ενϊςεων ςτο αζριο προϊόν εμφανίηονται και διάφοροι επιμολυντζσ κυριότεροι εκ των οποίων είναι θ ςωματίδια πίςςασ, τζφρα, αμμωνία, οξζα και ςφνκετοι υδρογονάνκρακεσ. Το καφςιμο προϊόν τθσ διεργαςίασ αεριοποίθςθσ ονομάηεται αζριο ςφνκεςθσ (syngas). Σε περίπτωςθ που θ διεργαςία γίνει με τθ χριςθ αζρα (θ πιο οικονομικι και ςυνικθσ επιλογι), το αζριο ςφνκεςθσ περιζχει περίπου 40% Ν 2, πράγμα που μειϊνει τθ κερμαντικι αξία του αερίου από 13 MJ/ m 3 ςε 7 MJ/ m 3. Πταν χρθςιμοποιείται κακαρό οξυγόνο αντί για αζρασ, θ κερμογόνοσ δφναμθ του αερίου μπορεί ακόμα και να τριπλαςιαςκεί. Και ςτισ δυο περιπτϊςεισ, πάντωσ, θ κερμογόνοσ δφναμθ κάνει το αζριο ςφνκεςθσ κατάλλθλο για τθν παραγωγι κερμότθτασ ι θλεκτριςμοφ, με κατάλλθλθ χριςθ του ςε καυςτιρεσ και αεριοςτρόβιλουσ. Για τθ μετατροπι του αερίου ςφνκεςθσ γίνονται οι αντιδράςεισ: CO + H 2 O (αζριο) CO 2 + H 2 CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O Θ πρϊτθ αντίδραςθ είναι απαραίτθτθ για τθν αφξθςθ του Θ 2 ςτο μίγμα, ςτθν αναλογία περίπου 1CO:3H 2. Θ δεφτερθ είναι ιςχυρά εξϊκερμθ αντλιδραςθ γι αυτό πρζπει να απάγεται κερμότθτα, ϊςτε θ κερμοκραςία να διατθρείται γφρω ςτουσ 4000 0 C. Θ μετατροπι ςε μεκανόλθ γίνεται ςφμφωνα με τθν αντίδραςθ: CO 2 + 2H 2 CH 3 OH Θ αντίδραςθ αυτι, όπωσ και οι προθγοφμενεσ, γίνεται παρουςία κατάλλθλων καταλυτϊν. Το τελικό προϊόν περιζχει ςαν πρόςμιξθ αικανόλθ, νερό και ανϊτερεσ αλκοόλεσ, αλλά θ περιεκτικότθτα ςε μεκανόλθ είναι 98% περίπου. Για τθν μετατροπι ςε αμμωνία απαιτείται απομάκρυνςθ όλου του CO, το οποίο μετατρζπεται κατά το μεγαλφτερο μζροσ ςε CO 2 και δίνει Θ 2 : 78

CO + H 2 O CO 2 + H 2 N 2 + 3H 2 2NH 3 Από χθμικισ πλευράσ, θ διεργαςία τθσ αεριοποίθςθσ τθσ βιομάηασ είναι αρκετά ςφνκετθ και περιλαμβάνει, κατά ςειρά, τα ακόλουκα επιμζρουσ ςτάδια: αποςφνκεςθ τθσ οργανικισ βιομάηασ ςε μθ ςυμπυκνϊςιμο αζριο, υδρατμοφσ και πίςςα, κερμικι διάςπαςθ των ατμϊν ςε αζριο ςφνκεςθσ και πίςςα, αεριοποίθςθ τθσ πίςςασ και μερικι οξείδωςθ του αερίου ςφνκεςθσ, των ατμϊν και τθσ πίςςασ. Θ απαιτοφμενθ κερμότθτα για τθν αεριοποίθςθ τθσ βιομάηασ παρζχεται από τθν καφςθ μζρουσ τθσ αρχικισ ποςότθτασ τθσ βιομάηασ. Διάγραμμα 2.9: Διαδικαςία αναμόρφωςθσ Κακοριςτικό ρόλο ςτθ διεργαςία αεριοποίθςθσ ζχει και το είδοσ τθσ φυτικισ βιομάηασ. Οι ιδιότθτεσ τθσ μπορεί να διαφζρουν ςθμαντικά αναλόγωσ τθν προζλευςθ τθσ βιομάηασ, με άμεςθ ςυνζπεια ςτθν τεχνολογία τθσ διεργαςίασ και τθν βιωςιμότθτα τθσ μονάδασ. Οι 79

παράμετροι τθσ βιομάηασ που εξετάηονται περιςςότερο είναι θ υγραςία του υλικοφ, θ περιεκτικότθτα τθσ ςε τζφρα, θ ςτοιχειακι τθσ ανάλυςθ, θ κερμογόνοσ δφναμι τθσ, θ πυκνότθτα και θ κοκκομετρία τθσ. Αναφορικά με το είδοσ και τον ςχεδιαςμό του αντιδραςτιρα αεριοποίθςθσ, οι παραλλαγζσ και θ κατθγοριοποίθςθ τουσ, φςτερα από πολλζσ δεκαετίεσ ζρευνασ ςτθν τεχνολογία αεριοποίθςθσ είναι πολλζσ. Ζτςι, οι αντιδραςτιρεσ αυτοί διακρίνονται ανάλογα με το μζςο αεριοποίθςθσ (αζρασ, οξυγόνο ι ατμόσ), τον τρόπο παροχισ τθσ απαιτοφμενθσ κερμότθτασ (αυτοκερμικοί ι αλλοκερμικοί αεριοποιθτζσ), τθν πίεςθ λειτουργίασ (ατμοςφαιρικοί ι υπό πίεςθ αντιδραςτιρεσ) και τον ςχεδιαςμό τουσ (ςτακερισ ι ρευςτοποιθμζνθσ κλίνθσ). Ρρζπει να τονιςκεί ότι το αζριο ςφνκεςθσ δεν χρθςιμοποιείται απευκείασ, κακϊσ εξζρχεται από τον αντιδραςτιρα, ςτθσ μθχανζσ παραγωγισ ενζργειασ. Είναι απαιτοφμενθ θ προεπεξεργαςία του ϊςτε να μειωκοφν οι ποςότθτεσ των ακακαρςιϊν που περιζχονται ςε αυτό (πίςςα, αμμωνία, κείο, κ.λπ.) κακϊσ και θ ψφξθ του. Ραράλλθλα, εκτόσ του αερίου ςφνκεςθσ, θ διεργαςία παράγει και κάποιεσ ποςότθτεσ πίςςασ (θ ποςότθτασ τθσ οποίασ εξαρτάται από διάφορουσ παράγοντεσ όπωσ π.χ. το είδοσ τθσ βιομάηασ). Εξαιτίασ τθσ υψθλισ κερμογόνου δφναμθσ τθσ, ωσ βζλτιςτοσ τρόποσ διαχείριςισ τθσ πίςςασ κεωρείται θ ενεργειακι εκμεταλλευςι τθσ εντόσ τθσ μονάδασ αεριοποίθςθσ. Αναμφίβολα θ αεριοποίθςθ τθσ βιομάηασ είναι μια τεχνολογία πιο πολφπλοκθ και με λιγότερεσ εμπορικζσ εφαρμογζσ, ςε ςχζςθ με τθν ςυνικθ καφςθ τθσ βιομάηασ. Τα πλεονεκτιματα, όμωσ, που παρουςιάηει, με κυριότερο όλων τθν πολφ μεγάλθ αφξθςθ τθσ ενεργειακισ απόδοςθσ τθσ μονάδασ, ζχει οδθγιςει ςτον διαρκι πολλαπλαςιαςμό τζτοιου είδουσ μονάδων ςτθν «αιχμι τθσ τεχνολογίασ», τα τελευταία χρόνια. Χαρακτθριςτικό παράδειγμα αυτισ τθσ εξζλιξθσ είναι ότι το 2008, θ μονάδα ςυμπαραγωγισ θλεκτριςμοφ και κερμότθτασ μζςω αεριοποίθςθσ βιομάηασ ςτθν Yamagata τθσ Λαπωνίασ, βραβεφκθκε ωσ θ καλφτερθ μονάδα παραγωγι ενζργειασ από Ανανεϊςιμεσ Ρθγζσ παγκοςμίωσ, ςτα πλαίςια τθσ φθμιςμζνου ςυνεδρίου Power Gen Asia. Θ ςυγκεκριμζνθ μονάδα ζχει ιςχφ 2 MWe και επεξεργάηεται 60 τόνουσ chips ξφλου θμερθςίωσ. Αξίηει να αναφζρουμε ότι θ αεριοποίθςθ δεν ςθμαίνει αποτζφρωςθ. Θ αεριοποίθςθ μπορεί να μετατρζψει διάφορα γεωργικά υπολλείματα, ςκουπίδια, κλπ που διαφορετικά κα κάβονταν ι κα καίγονταν, ςε κακαρό αζριο ςφνκεςθσ και για αυτό το λόγο αποτελεί πολφ πιο εξελιγμζνθ μζκοδο ςε ςχζςθ με τθν αποτζφρωςθ. Θ αποτζφρωςθ χρθςιμοποιεί ωσ καφςιμο τα απορρίμματα. Με τθ χριςθ μεγάλων όγκων αζρα τα ςκουπίδια καίγονται και παράγεται διοξείδιο του άνκρακα και κερμότθτα. Αντικζτωσ, με τθν αεριοποίθςθ τα ςκουπίδια μετατρζπονται ςε αζριο ςφνκεςθσ, το οποίο ςτθ ςυνζχεια μπορεί να χρθςιμοποιθκεί ποικιλοτρόπωσ. Τα ςκουπίδια δθλαδι, είναι πρϊτθ φλθ και όχι καφςιμο για μια υψθλισ κερμοκραςίασ, χθμικι μετατροπι. Αντί, απλϊσ να παράγεται θλεκτριςμόσ και κερμότθτα, όπωσ γίνεται ςτισ εγκαταςτάςεισ καφςθσ 80

απορριμμάτων, το αζριο ςφνκεςθσ μπορεί να μετατραπεί ςε εξαιρετικά εμπορικά προϊόντα, όπωσ καφςιμα κίνθςθσ, χθμικά, λιπάςματα και υποκατάςτατο φυςικοφ αερίου. Επιπλζον, θ κφρια ανθςυχία από τθν αποτζφρωςθ των ςκουπιδιϊν είναι θ εκπομπζσ διοξίνων και φουρανίων, ειδικά από τθν καφςθ πλαςτικϊν κυρίωσ από PVC. Με τθν καφςθ δεν μπορεί να γίνει ζλεγχοσ αυτϊν των εκπομπϊν, ενϊ ο οποιοςδιποτε κακαριςμόσ γίνεται μετά τθν καφςθ. Ζνα ιςχυρό πλεονζκτθμα τθσ αεριοποίθςθσ, ζναντι τισ αποτζφρωςθσ, είναι το γεγονόσ ότι το παραγόμενο αζριο μπορεί να κακαριςτεί προτοφ χρθςιμοποιθκεί περαιτζρω. Θ αεριοποίθςθ είναι τελείωσ διαφορετικι από τθν αποτζφρωςθ αφοφ : Στισ υψθλζσ κερμοκραςίεσ ςτισ οποίεσ γίνεται θ αντίδραςθ, τα μεγάλα και επιμικθ μόρια, όπωσ αυτά των πλαςτικϊν, διαςπϊνται ολοκλθρωτικά ςτα ςυςτατικά του αερίου ςφνκεςθσ, το οποίο ςτθ ςυνζχεια κακαρίηεται πριν από οποιαδιποτε περαιτζρω χριςθ του. Οι διοξίνεσ και τα φουράνια χρειάηονται αρκετό οξυγόνο για να ςχθματιςτοφν, οπότε θ ανεπαρκισ ςε οξυγόνο ατμόςφαιρα του αεριοποιθτι δεν αποτελεί το ιδανικό περιβάλλον για τον ςχθματιςμό και τον επαναςχθματιςμό των τοξικϊν αυτϊν ουςιϊν. Οι διοξίνεσ απαιτοφν ίχνθ μετάλλων ςτθν εξάτμιςθ προκειμζνου να επαναςχθματιςτοφν. Το αζριο ςφνκεςθσ κακαρίηεται από οποιοδιποτε ίχνοσ πρόςμιξθσ ι ακακαρςίασ προτοφ χρθςιμοποιθκεί. Πταν το αζριο ςφνκεςθσ χρθςιμοποιείται κυρίωσ για τθν παραγωγι κερμότθτασ, μπορεί να κακαριςτεί όςο απαιτείται πριν αναφλεγεί, κάτι που δεν είναι εφικτό με τθν αποτζφρωςθ. Θ ςτάχτθ που παράγεται από τθν αεριοποίθςθ είναι διαφορετικι από αυτι τθσ αποτζφρωςθσ, αφοφ αυτι εξζρχεται από τον αεριοποιθτι ςε λιωμζνθ μορφι, ψφχεται και ςχθματίηει μια υαλϊδθ, μθ εκχυλίςιμθ ςκωρία, θ οποία μπορεί να χρθςιμοποιθκεί ωσ πρϊτθ φλθ για τςιμζντο, άςφαλτο κ.α. Θ μζκοδοσ τθσ αεριοποίθςθσ ζχει διάφορα περιβαλλοντικά πλεονεκτιματα όπωσ: Μειϊνει τθν ανάγκθ για τθν καταςκευι νζων ΧΥΤΑ Συμβάλλει ςτθν μείωςθ των εκπομπϊν μεκανίου από τθν αποςφνκεςθ των απορριμμάτων ςτουσ ΧΥΤΑ Μειϊνει τον κίνδυνο μόλυνςθσ του υδροφόρου ορίηοντα Εξάγει χριςιμθ ενζργεια από μια πρϊτθ φλθ με μθδενικι αξία και τθν μετατρζπει ςε προϊόντα υψθλισ αξίασ Ενιςχφει τα υφιςτάμενα προγράμματα ανακφκλωςθσ Μειϊνει τα κόςτθ μεταφοράσ των ςκουπιδιϊν, που πλζον δεν χρειάηεται να μεταφζρονται μακριά προκειμζνου να τφχουν επεξεργαςίασ Μειϊνει τθν ανάγκθ για ορυκτά καφςιμα 81

Ραρά το γεγονόσ ότι είναι πολφ παλιά μζκοδοσ, εκτόσ από τα πλεονεκτιματα που προαναφζρκθκαν, παρουςιάηει ςθμαντικά μειονεκτιματα και προβλιματα. Μερικά τεχνικά εμπόδια που παρουςιάηονται, τα οποία αποδίδονται ςτο ότι δεν υπάρχει ακόμα ςχετικι εμπειρία, ςχετίηονται με τθν τροφοδοςία, τον αεριογόνο αντιδραςτιρα, τον κακαριςμό του αερίου και τθ χρθςιμοποίθςθ του καφςιμου αερίου. 2.5.3.3) Πυρόλυςθ βιομάηασ Θ πυρόλυςθ αφορά ςτθν κερμικι διάςπαςθ που πραγματοποιείται απουςία οξυγόνου. Αποτελεί πάντα το πρϊτο βιμα ςε διεργαςίεσ καφςθσ και αεριοποίθςθσ, όπου ακολουκείται από τθ ςυνολικι ι μερικι οξείδωςθ των αρχικϊν προϊόντων. Θ χαμθλότερθ απαιτοφμενθ κερμοκραςία για τθ διεργαςία και οι μεγαλφτεροι χρόνοι παραμονισ ευνοοφν τθν παραγωγι ενεργοποιθμζνου άνκρακα. Θ υψθλι κερμοκραςία και οι μεγαλφτεροι χρόνοι παραμονισ αυξάνουν τθ μετατροπι τθσ βιομάηασ ςε βιοαζριο ενϊ μία μζςθ κερμοκραςία και μικρότεροι χρόνοι παραμονισ ευνοοφν τθν παραγωγι υγρϊν προϊόντων (π.χ. βιοζλαιο). Διάγραμμα 2.10: Αεριοποίθςθ βιομάηασ με ρευςτοποιθμζνεσ κλίνεσ Γενικά, τα κυριότερα αζρια προϊόντα που παράγονται από τθν πυρόλυςθ τθσ βιομάηασ είναι το H 2, το CO 2, το CO και διάφοροι αζριοι υδρογονάνκρακεσ, ενϊ ςτθν περίπτωςθ τθσ αεριοποίθςθσ τθσ βιομάηασ είναι το H 2, το CO 2, το CO και το N 2. Είναι πλζον γνωςτό ότι θ χριςθ ςυςτθμάτων αεριοποίθςθσ και πυρόλυςθσ επιτρζπει τθν αντιμετϊπιςθ πλικουσ 82

τεχνικϊν και μθ εμποδίων, υποδεικνφοντασ ουςιαςτικά τθν ταυτόχρονθ χριςθ και των δφο τεχνολογιϊν. Αντί τθσ άμεςθσ αεριοποίθςθσ τθσ βιομάηασ, μπορεί να χρθςιμοποιθκεί θ ταχεία πυρόλυςθ για να παραχκεί ζνα υγρό ενδιάμεςο προϊόν που ονομάηεται βιοζλαιο, από το οποίο μπορεί να παραχκεί υδρογόνο μζςω τθσ διεργαςίασ αναμόρφωςθσ με ατμό. Θ ταχεία πυρόλυςθ τθσ βιομάηασ (biomass fast pyrolysis) είναι μια διεργαςία κατά τθν οποία θ πρϊτθ φλθ κερμαίνεται ταχφτατα ςε κερμοκραςίεσ 450-500 C, ςε ςυνκικεσ ζλλειψθσ αζρα (οπότε και οξυγόνου). Σε αυτζσ τισ ςυνκικεσ παράγονται, ατμοί οργανικϊν ενϊςεων, μθ ςυμπυκνϊςιμα αζρια και ρευςτι πίςςα. Οι ατμοί των οργανικϊν ενϊςεων ςτθ ςυνζχεια ςυμπυκνϊνονται, παράγοντασ το ζλαιο πυρόλυςθσ (pyrolysis oil) ι βιοζλαιο (biooil). Στισ ςυνικεισ περιπτϊςεισ, περίπου 50-75% κατά βάροσ τθσ τροφοδοτοφμενθσ βιομάηασ μετατρζπεται ςε ζλαιο πυρόλυςθσ. Το τεράςτιο πλεονζκτθμα τθσ διεργαςίασ είναι ότι μετατρζπει οποιαδιποτε προβλθματικι ςτθ διαχείριςθ βιομάηα, διαφορετικισ προζλευςθσ, ςε ζνα κακαρό και ομοιογενζσ υγρό καφςιμο. Το ζλαιο πυρόλυςθσ μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για τθν παραγωγι ανανεϊςιμθσ ενζργειασ, καυςίμων ι χθμικϊν προϊόντων. Θ ενεργειακι πυκνότθτα του ελαίου (δθλαδι θ ενζργεια που αποδίδει ανά μονάδα όγκου του) είναι ζωσ 5 φορζσ μεγαλφτερθ από εκείνθ τθσ αρχικισ βιομάηασ, γεγονόσ που προςφζρει ουςιαςτικά διαχειριςτικά πλεονεκτιματα. Επιπρόςκετο πλεονζκτθμα είναι θ δυνατότθτα χριςθσ του ελαίου ςε υψθλότερθσ απόδοςθσ ςτροβίλουσ παραγωγισ ενζργειασ. Τζλοσ, θ δυνατότθτα μεταφοράσ του καυςίμου από το ςθμείο παραγωγισ του ςε διαφορετικι ςθμείο παραγωγισ ενζργειασ παρζχει μεγαλφτερθ ευελιξία ςτο ςφςτθμα διανομισ τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ, μειϊνοντασ αποφαςιςτικά τισ απϊλειεσ του δικτφου. Μεγάλθ ποικιλία διαφορετικϊν ειδϊν βιομάηασ μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν ςτθ διεργαςία. Για τθν επιτυχθμζνθ μετατροπι τθσ βιομάηασ είναι απαραίτθτθ θ προεπεξεργαςία τθσ: τεμαχιςμόσ τθσ ςε ομοιόμορφα μικρά κομμάτια (μικρότερα από 10 mm) και ξιρανςθ τθσ ϊςτε θ υγραςία τθσ να είναι μικρότερθ από 10%. Με ορκό ενεργειακό ςχεδιαςμό τθσ μονάδασ πυρόλυςθσ, θ απαιτοφμενθ κερμότθτα για τθν ξιρανςθ τθσ βιομάηασ μπορεί να προζλκει από τθν ίδια τθν μονάδα, μειϊνοντασ ζτςι τα λειτουργικά τθσ κόςτθ και ενιςχφοντασ το περιβαλλοντικό τθσ αποτφπωμα. Τα πλεονεκτιματα που ςυνοδεφουν τθν τεχνολογία ταχείασ πυρόλυςθσ τθσ βιομάηασ ζχουν οδθγιςει ςε ραγδαία αφξθςθ των ερευνθτικϊν προςπακειϊν ςτο αντικείμενο. Ωσ επιςτζγαςμα των προςπακειϊν αυτϊν, ζρχεται θ εμφάνιςθ των πρϊτων μονάδων πυρόλυςθσ τθσ βιομάηασ ςε εμπορικι, πλζον, κλίμακα. Στθν Αλμπζρτα του Καναδά, για παράδειγμα, βρίςκεται ςτθ φάςθ του ςχεδιαςμοφ και τθσ αδειοδότθςθσ θ μεγαλφτερθ μονάδα παραγωγισ ενζργειασ από πυρόλυςθ βιομάηασ. Θ ςυγκεκριμζνθ μονάδα κα επεξεργάηεται 400 τόνουσ βιομάηασ θμερθςίωσ (κυρίωσ πριονίδι και chips ξφλου) ενϊ 83

αναμζνεται ότι κα παράγει αρκετι ποςότθτα θλεκτρικισ ενζργειασ ϊςτε να καλυφκοφν πλιρωσ οι ετιςιεσ ανάγκεσ 3.800 κατοικιϊν. Ενϊ θ ζρευνα εςτιάηει ςτθν αεριοποίθςθ, ςυνζργειεσ με άλλεσ διεργαςίεσ παραγωγισ καυςίμων (βιοκαφςιμα) κα μποροφςαν να ανοίξουν το δρόμο ςε άλλεσ επιλογζσ και να επιταχφνουν τθν ανάπτυξθ τθσ ςυγκεκριμζνθσ αγοράσ. Γενικά, δεδομζνου ότι θ διακεςιμότθτα τθσ βαςικισ πρϊτθσ φλθσ είναι περιοριςμζνθ, θ παραγωγι υδρογόνου από βιομάηα δεν αναμζνεται να ωφελθκεί από τισ οικονομίεσ μεγάλθσ κλίμακασ. Το κόςτοσ αναμζνεται να είναι υψθλότερο ζναντι τθσ αεριοποίθςθσ του άνκρακα ι τθσ αναμόρφωςθσ του φυςικοφ αερίου. 2.5.3.4) SCWG Θ τρίτθ από τισ κερμοχθμικζσ μεκόδουσ είναι θ SCWG όπου το νερό είναι αναμίξιμο με οργανικι ουςία πάνω από το κρίςιμο ςθμείο. Αυτι θ μζκοδοσ προτιμάται ιδιαίτερα για τθ βιομάηα με υψθλι υγραςία. Ζνα από τα βαςικά ζργα ιταν θ υπερκρίςιμθ αεριοποίθςθ του ξφλου από τουσ Modell et al. και ζνα δίπλωμα ευρεςιτεχνίασ που εκδόκθκε για τθν εργαςία τουσ το 1978. Ανζφεραν τθν επίδραςθ τθσ κερμοκραςία και τθσ ςυγκζντρωςθσ ςτθν αεριοποίθςθ τθσ γλυκόηθσ ςφενδάμου και πριονιδίου ςτο νερό ςτθν περιοχι τθσ κρίςιμθσ κατάςταςθσ (374 ο C και 22MPa). Δε παράχκθκε ςτερεό υπόλειμμα ι char. Συγκεντρϊςεισ αζριου υδρογόνου ζωσ και 18% παρατθρικθκαν. [15] 84

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο Παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ από υδρογόνο 3.1) Κυψζλθ καυςίμου Το υδρογόνο μπορεί να χρθςιμοποιθκεί ςαν εναλλακτικό καφςιμο ςε πλικοσ (κατάλλθλα τροποποιθμζνων) τεχνολογιϊν καφςθσ όπωσ καταλυτικοφσ καυςτιρεσ, λζβθτεσ αερίου, αεροςτρόβιλουσ και κινθτιρεσ εςωτερικισ καφςθσ. Θ καφςθ του υδρογόνου παράγει νερό αλλά, λόγω των υψθλϊν κερμοκραςιϊν καφςθσ, παράγονται και οξείδια του αηϊτου. Οι κυψελίδεσ καυςίμου είναι μία ςχετικά πρόςφατθ τεχνολογία που επιτρζπει μζςω θλεκτροχθμικισ αντίδραςθσ τθν παραγωγι θλεκτρικοφ ρεφματοσ, με μόνο υποπροϊόν το νερό. Θ λειτουργία τθσ είναι αντίςτροφθ από αυτι μιασ θλεκτρολυτικισ μονάδασ και προςομοιάηει τθν λειτουργία μιασ μπαταρίασ, με τθν διαφορά ότι δεν ζχει τον περιοριςμό τθσ εξάντλθςθσ του καυςίμου μια και το καφςιμο (υδρογόνο) και το οξειδωτικό (αζρασ ι οξυγόνο) ειςάγονται ςυνεχϊσ ςτθν άνοδο και τθν κάκοδο και τα προϊόντα (θλεκτρικι ενζργεια και νερό) απομακρφνεται. Κζματα διακεςιμότθτασ καυςίμων αφ ενόσ αλλά και μείωςθσ των περιβαλλοντικϊν επιπτϊςεων από τθν χριςτθ ορυκτϊν καυςίμων αφ ετζρου, οδθγοφν ςτο ςυμπζραςμα ότι ςτο μζλλον το υδρογόνο που κα παράγεται από ΑΡΕ κα παίξει ςθμαντικό ρόλο: Μεςοπρόκεςμα, ωσ μζςο αποκικευςθσ ενζργειασ Μακροπρόκεςμα, ωσ κακαρό καφςιμο για απολεντρωμζνθ παραγωγι ενζργειασ ι για μεταφορζσ Οι κυψζλεσ καυςίμου μποροφν να χαρακτθριςτοφν ςαν κζντρα ενόσ ςυςτιματοσ το οποίο πραγματοποιεί μια χθμικι αντίδραςθ μεταξφ ενόσ καυςίμου και ενόσ οξειδωτικοφ παράγοντα με τθν ςυνειςφορά ενόσ καταλφτθ. Είναι θλεκτροχθμικζσ ςυςκευζσ οι οποίεσ αναλαμβάνουν τθ μετατροπι του καυςίμου ςε χριςιμθ θλεκτρικι ενζργεια. Οι κυψζλεσ καυςίμου χρθςιμοποιοφν γενικότερα υγρά ι αζρια καφςιμα, όπωσ το υδρογόνο, ι τουσ υδρογονάνακρακεσ, βιοκαφςιμα, αλκοόκεσ (μεκανόλθ, αικανόλθ) και το φυςικό αζριο. Θ πιο απλοϊκι μορφι τθσ κυψζλθσ καυςίμου, είναι θ κυψζλθ καυςίμου υδρογόνου που χρθςιμοποιεί ςαν καφςιμο το υδρογόνο και ςαν οξειδωτικό παράγοντα το οξυγόνο ι αζρα και ςαν προϊόν τθσ αντίδραςθσ παράγεται νερό και κερμότθτα. Υπάρχουν αρκετοί ςυνδυαςμοί καυςίμου και οξειδωτικοφ παράγοντα. Άλλεσ διατάξεισ κυψελϊν καυςίμου χρθςιμοποιοφν ςαν καφςιμο υδρογονάνκρακεσ ι αλκοόλεσ και ςαν οξειδωτικοφσ παράγοντεσ χλωρίδα ι διοξείδιο του χλωρίου. 85

Εικόνα 3.1: χθματικι παράςταςθ λειτουργίασ κυψζλθσ καυςίμου Οι κυψζλεσ καυςίμου κεωροφνται ωσ θ βζλτιςτθ τεχνολογία μετατροπισ ενζργειασ για τθν μεγιςτοποίθςθ τθσ απόδοςθσ ςε παραγόμενθ ιςχφ, με χριςθ του υδρογόνου ωσ καφςιμο [10]. Οι ςθμερινζσ κυψζλεσ καυςίμου επιτυγχάνουν αποδόςεισ τθσ τάξθσ των 40-55% ωσ προσ τθν κατϊτερθ κερμογόνο δφναμθ (LHV) ανεξάρτθτα από το μζγεκόσ τουσ, ενϊ οι υβριδικοί κφκλοι αεριοςτροβίλων- κυψελϊν καυςίμου είναι δυνατό να υπερβοφν το 70% με βάςθ τθν LHV (Εικόνα 3.2). Εικόνα 3.2: υγκριτικι απόδοςθ (% LHV) των ςυςτθμάτων παραγωγισ θλεκτρικισ ιςχφοσ ( U.S. DOE, 2002, IEA,2005) Ππωσ προαναφζραμε, οι κυψζλεσ καυςίμου είναι θλεκτροχθμικζσ διατάξεισ που μετατρζπουν τθ χθμικι ενζργεια των καυςίμων άμεςα ςε θλεκτρικι, παρακάμπτοντασ τουσ κερμοδυναμικοφσ περιοριςμοφσ που διζπουν τισ ςυμβατικζσ κερμικζσ μθχανζσ. 86

Αποτελοφνται από τον θλεκτρολφτθ, ο οποίοσ βρίςκεται ςε άμεςθ επαφι με δφο πορϊδθ θλεκτρόδια. Πλοι οι τφποι κυψελϊν καυςίμου ςυνδυάηουν το υδρογόνο και το οξυγόνο για να παράγουν ςυνεχζσ θλεκτρικό ρεφμα, νερό και κερμότθτα. Ανάλογα με τον τφπο του θλεκτρολφτθ λοιπόν, οι κυψζλεσ καυςίμου μποροφν να ταξινομθκοφν ςε (Ρίνακασ 3.1): Κυψζλεσ καυςίμου μεμβράνθσ ανταλλαγισ πρωτονίων (PEM) (ι κυψζλεσ καυςίμου πολυμερικοφ θλεκτρολφτθ PEFCs), οι οποίεσ αποτελοφνται από μία πολυμερικι μεμβράνθ αγωγό ιόντων Θ+, ωσ θλεκτρολφτθ. Μζςω αυτισ τθσ μεμβράνθσ τα πρωτόνια που παριχκθςαν ςτθν άνοδο μεταφζρονται ςτθν κάκοδο, θ οποία είναι εκτεκειμζνθ ςε ατμοςφαιρικό αζρα. Στθν κάκοδο τα πρωτόνια θλεκτροοξειδϊνονται προσ ςχθματιςμό νεροφ ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ. Κυψζλεσ καυςίμου ςτερεοφ θλεκτρολφτθ (SOFC), που χρθςιμοποιοφν κεραμικζσ μεμβράνεσ αγωγοφσ ιόντων οξυγόνου ωσ θλεκτρολφτθ. Το υδρογόνο θλεκτροοξειδϊνεται ςτθν άνοδο από τα ανιόντα οξυγόνου, Ο 2-, που προζρχονται από τθν αναγωγι που λαμβάνει χϊρα ςτθν πλευρά τθσ κακόδου, του οξυγόνου τθσ ατμόςφαιρασ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Κυψζλεσ καυςίμου τθγμζνων ανκρακικϊν αλάτων (MCFC), με χριςθ τθγμζνου ανκρακικοφ άλατοσ (ςε μιτρεσ LiAlO 2 ) ωσ θλεκτρολφτθ, ο οποίοσ άγει ανιόντα CO 32- που παράγονται ςτθν κάκοδο, θ οποία είναι εκτεκειμζνθ ςε μίγματα Ο 2 /CO 2. Τα ςυγκεκριμζνα ανιόντα θλεκτροοξειδϊνουν το Θ 2 ςτθν άνοδο ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Αλκαλικζσ κυψζλεσ καυςίμου (AFC), με ςυμπυκνωμζνο διάλυμα KOH (ςε μιτρεσ αςβζςτου) ωσ θλεκτρολφτθ, το οποίο άγει ανιόντα OH- που παράγονται ςτθν κάκοδο, θ οποία είναι εκτεκειμζνθ ςε μίγμα Ο 2 /Θ 2 Ο. Τα ανιόντα OH- ςτθν ςυνζχεια θλεκτρο οξειδϊνουν το Θ 2 (καφςιμο) ςτθν άνοδο ςε ενδιάμεςεσ κερμοκραςίεσ, και Κυψζλεσ καυςίμου φωςφορικοφ οξζοσ (PAFC) με ςυμπυκνωμζνο διάλυμα Θ 3 PO 4 (ςε μιτρεσ καρβιδίου του πυριτίου) ωσ θλεκτρολφτθ, το οποίο άγει κατιόντα Θ+ που παράγονται ςτθν άνοδο. Τα πρωτόνια οδεφουν προσ τθν κάκοδο, θ οποία εκτίκεται ςε ατμοςφαιρικό αζρα, όπου θλεκτρο-οξειδϊνονται προσ παραγωγι νεροφ ςε ενδιάμεςεσ κερμοκραςίεσ. 87

Πίνακας 3.1: Σφποι κυψελϊν καυςίμων Ανεξάρτθτα από το ςυγκεκριμζνο τφπο κυψελϊν καυςίμου, τα αζρια καφςιμα (ςυνικωσ υδρογόνο) και τα οξειδωτικά αζρια μίγματα (ςυνικωσ ατμοςφαιρικόσ αζρασ) τροφοδοτοφνται ςυνεχϊσ ςτθν άνοδο και ςτθν κάκοδο, αντίςτοιχα. Τα αζρια ρεφματα των αντιδρϊντων δεν αναμιγνφονται, δεδομζνου ότι τα διαχωρίηει ο θλεκτρολφτθσ. Θ θλεκτροχθμικι καφςθ του υδρογόνου και θ θλεκτροχθμικι αναγωγι του οξυγόνου, πραγματοποιοφνται ςτθν επιφάνεια των θλεκτροδίων, το πορϊδεσ των οποίων παρζχει τθν απαραίτθτθ επιφάνεια για αυτζσ τισ αντιδράςεισ προκειμζνου να ενιςχυκοφν κακϊσ επίςθσ και για να διευκολφνουν τθ μεταφορά μάηασ των αντιδρϊντων/προϊόντων από/προσ τον θλεκτρολφτθ προσ/από τθν αζρια φάςθ. Οι κυψζλεσ καυςίμου μετατρζπουν κατευκείαν τθ χθμικι ενζργεια του καυςίμου ςε θλεκτρικι, χωρίσ να μεςολαβεί ενδιάμεςθ μετατροπι ςε μθχανικι ενζργεια και αυτό το χαρακτθριςτικό τισ διαχωρίηει από τισ κερμικζσ μθχανζσ όπωσ οι μθχανζσ εςωτερικισ καφςθσ. Επομζνωσ τα ενδιάμεςα ςτάδια παραγωγισ μθχανικοφ ζργου και κερμότθτασ αποφεφγονται και θ απόδοςθ τθσ κυψζλθσ καυςίμου δεν περιορίηεται από τον κερμοδυναμικό κφκλο του Carnot. Αυτό ζχει ςαν αποτζλεςμα τθν επίτευξθ υψθλισ τιμισ απόδοςθσ ςυγκριτικά με μια ςυμβατικι μθχανι εςωτερικισ καφςθσ. Ππωσ αναφζραμε παραπάνω, οι κυψζλεσ καυςίμου ανζρχονται ςε πολλζσ ποκιλίεσ, όμωσ όλεσ δουλεφουν με ζνα ςυγκεκριμζνο τρόπο. Αποτελοφνται από τρία ςτοιχεία που ςυνδζονται μεταξφ τουσ. Τθν άνοδο, τον θλεκτρολφτθ και τθ κάκοδο. Το αποτζλεςμα είναι θ κατανάλωςθ του καυςίμου και παράλλθλα θ δθμιουργία νεροφ ι διοξειδίου του άνκρακα κακϊσ και θ παραγωγι του θλεκτρικοφ ρεφματοσ που κα τροφοδοτιςει θλεκτρικζσ ςυςκευζσ και το οποίο χαρακτθρίηεται ωσ παραγόμενο θλεκτρικό φορτίο. 88

Θ θλεκτροχθμικι αντίδραςθ ςτθ κυψζλθ καυςίμου ςυμβαίνει ανάμεςα ςτο θλεκτρόδιο και τον θλεκτρολφτθ και γι αυτό κα πρζπει να υπάρχουν πολλζσ περιοχζσ που να μπορεί θ ουςία που αντιδρά να ζρχεται ςε επαφι με το θλεκτρόδιο και τον θλεκτρολφτθ ταυτόχρονα. Αυτό ειναι ζνα χαρακτθριςτικό που αυξάνει τθν απόδοςθ τθσ κυψζλθσ. 3.1.1) ΡΕΜ (ανταλλαγισ πρωτονίων) Μικρο-πθγζσ ενζργειασ απαιτοφν υψθλισ πυκνότθτασ αποκζματα υδρογόνου, ζτςι ϊςτε να επιτευχκεί θ ςυνολικι ενεργειακι πυκνότθτα. Εάν είναι διακζςιμθ μικρο-αποκικευςθ υδρογόνου υψθλισ πυκνότθτασ, θ PEMFC κα γίνει πολλά υποςχόμενθ κυψζλθ καυςίμου για εμπορικι παραγωγι. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι αποκικευςθσ υδρογόνου. Το υδρογόνο μπορεί να αποκθκευτεί είτε ωσ ςυμπιεςμζνο αζριο ι ςε υγρι μορφι. Ωςτόςο, αυτζσ οι μορφζσ αποκικευςθσ είναι πολφ επικίνδυνεσ, λόγω τθσ εκρθκτικισ φφςθσ υδρογόνου. Υδρίδιο μετάλλου είναι μια απλι και αςφαλι μζκοδοσ αποκικευςθσ υδρογόνου. Ωςτόςο, το υδρίδιο μετάλλου πάςχει από υψθλό βάροσ ανά μονάδα αποκικευςθσ υδρογόνου και χαμθλι απόκριςθ ςε ξαφνικι αφξθςθ τθσ ηιτθςθσ υδρογόνου. Αποκικευςθ με τθ μορφι των υγρϊν καυςίμων, όπωσ υδρογονάνκρακεσ και αλκοόλεσ, ζχει ςθμαντικά υψθλότερθ ενεργειακι πυκνότθτα ςε ςχζςθ με το ςυμπιεςμζνο υδρογόνο και τα μεταλλικά υδρίδια. Ωςτόςο, μια μεταρρυκμιςτικι ςυςκευι για τθν παραγωγι υδρογόνου από υγρά καφςιμα, απαιτείται. Ο μεταρρυκμιςτισ είναι ζνα πολφ πολφπλοκο μθχάνθμα που αποτελείται από ψεκαςτιρεσ, κερμάςτρεσ, αντιδραςτιρεσ, καυςτιρεσ, εναλλάκτεσ κερμότθτασ, κακϊσ και ςυςκευζσ αφαίρεςθσ CO. Κατά ςυνζπεια, θ μείωςθ του ςυνολικοφ βάρουσ και των διαςτάςων του ςυςτιματοσ κυψελϊν καυςίμου είναι δφςκολθ λόγω των ςυςτατικϊν του μεταρρυκμιςτι του. Ζτςι, μια νζα γενιά μικρο-ςυςκευϊν υδρογόνου που χρειάηεται να αντιμετωπιςτοφν οι ελλείψεισ που αναφζρονται παραπάνω. Θ νζα ςυςκευι πρζπει να είναι απλι και λειτουργικι ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ. Χθμικά υδρίδια ζχουν χρθςιμοποιθκεί ωσ μια νζα πθγι υδρογόνου. Μεταξφ των διαφόρων χθμικϊν υδρίδιων, το υδροβοριοφχο νάτριο (NaBH4) είναι μια πολλά υποςχόμενθ πθγι υδρογόνου που περιζχει ςχετικά υψθλι περιεκτικότθτα ςε υδρογόνο. Αποκθκεφεται ςε υγρι φάςθ, και είναι ςτακερό και μθ εφφλεκτο αλκαλικό διάλυμα. Το NaBH4 είναι επίςθσ ανανεϊςιμο και φιλικό προσ το περιβάλλον καφςιμο. Ο ζλεγχοσ του ρυκμοφ παραγωγισ υδρογόνου είναι εφκολοσ με τθ χριςθ NaBH4 και κακαρό υδρογόνο μπορεί να παραχκεί. Θ παραγωγι υδρογόνου από διάλυμα NaBH4 χρθςιμοποιϊντασ καταλυτικι αντίδραςθ υδρόλυςθσ διερευνικθκε ευρζωσ, όπωσ φαίνεται παρακάτω. [21] Το υδρογόνο είναι το μόνο αζριο προϊόν τθσ αντίδραςθσ. Κακαρό υδρογόνο ωσ εκ τοφτου μπορεί να παραχκεί μετά από διαχωριςμό του βορικοφ νατρίου (NaBO2). Το NaBO2 μπορεί να ανακυκλωκεί ςε NaBH4. Ρρόςκετθ παροχι κερμότθτασ δεν είναι απαραίτθτθ, επειδι θ υδρόλυςθ NaBH4 είναι εξϊκερμθ αντίδραςθ που λαμβάνει χϊρα ςε κερμοκραςία 89

δωματίου. Ππωσ αναφζρκθκε προθγουμζνωσ, PEMFC είναι θ κφρια υποψιφια διακζςιμθ μικρο-ςυςκευι ωσ μικρο-πθγι υψθλισ πυκνότθτασ υδρογόνου. Τεχνολογία μικρο-θλεκτρομθχανικοφ ςυςτιματοσ (MEMS) ζχει χρθςιμοποιθκεί για τθν ανάπτυξθ μικροαντιδραςτιρα επειδι μειϊνει επαρκϊσ διαςτάςεισ τθσ ςυςκευισ. Ωςτόςο, μόνο λίγεσ μελζτεσ υπάρχουν όςον αφορά τουσ μικροαντιδραςτιρεσ για τθν παραγωγι υδρογόνου από NaBH4. Επιπλζον, θ ενςωμάτωςθ NaBH4 γεννθτριϊν υδρογόνου ςε πολφ μικρζσ κυψζλεσ καυςίμου τφπου PEM αναφζρεται ςπάνια. [21] Εικόνα 3.3: PEM μικρο-κυψζλεσ καυςίμου Το Σχιμα δείχνει το ςχεδιαςμό ςυςτιματοσ τφπου PEM μικρο-κυψελϊν καυςίμου. Το micro ςφςτθμα αποτελείται από τρία κφρια μζρθ: 1) μικρο-κυψζλθ καυςίμου τφπου PEM που παράγει θλεκτρικι ενζργεια, 2) μια NaBH4 γεννιτρια υδρογόνου ςε ςυνδυαςμό με διαχωριςτιρα υδρογόνου, και 3) ζνα ςφςτθμα διαχείριςθσ ιςχφοσ (PMS) που ςυνδζεται με μια βοθκθτικι μπαταρία. Οι διαδικαςίεσ λειτουργίασ ζχουν ωσ εξισ. Ρρϊτον, το διάλυμα NaBH4 τροφοδοτείται ςτθ γεννιτρια υδρογόνου με μικροαντλία ελεγχόμενθσ τροφοδοςίασ. Πταν το διάλυμα NaBH4 ζρκει ςε επαφι με τον καταλφτθ, αζριο υδρογόνο παράγεται με διάλυμα NaBO2. Το αζριο υδρογόνο περνά από διαχωριςτικι μεμβράνθ, ενϊ το διάλυμα NaBO2 επιςτρζφει ςτο δοχείο καυςίμου. Στθ ςυνζχεια, θ μικρο-κυψζλθ καυςίμου τφπου PEM παράγει θλεκτρικι ενζργεια χρθςιμοποιϊντασ αζριο υδρογόνο. Θ παραγόμενθ θλεκτρικι ενζργεια 90

αποκθκεφεται ςτθ ςυνζχεια ςε βοθκθτικι μπαταρία. Θ μικρο-κυψζλθ καυςίμου τφπου PEM παρζχει απευκείασ θλεκτρικι ενζργεια, ςε ονομαςτικι ιςχφ ηιτθςθσ. Πταν μια ξαφνικι αιχμι ιςχφοσ είναι αναγκαία, θ ιςχφσ εξόδου μικρο-κυψζλθσ καυςίμου και υβριδικισ μπαταρίασ παράγει ενζργεια μζςω των PMS [21] 3.1.2) SOFC (ςτερεοφ οξειδίου) Για τθν εμπορευματοποίθςθ τθσ τεχνολογίασ κυψζλθσ καυςίμου ςτερεοφ οξειδίου (SOFC), οικονομικζσ πθγζσ και διαδικαςίεσ για τθν παραγωγι υψθλισ ποιότθτασ υδρογόνου πρζπει να πρζπει να διερευνθκοφν. Ραραγωγι υδρογόνου από διάφορεσ ανανεϊςιμεσ πθγζσ, όπωσ θ αικανόλθ, διμεκυλαικζρασ, βιο-πετρελαίου και γλυκερόλθ (γλυκερίνθ) ζχουν ευρζωσ διερευνθκεί. Ρρόςφατα θ βουτανόλθ (n-βουτανόλθ) ζχει προτακεί ωσ ανανεϊςιμθ πρϊτθ φλθ για τθν παραγωγι υδρογόνου, επειδι θ βουτανόλθ μπορεί να παράγεται από ηφμωςθ γνωςτι ωσ "ΑΒΕ", που ονομάςτθκε ζτςι επειδι παράγει ακετόνθ, βουτανόλθ και αικανόλθ ςε αναλογίεσ 6:3:1 περίπου, και οι πρϊτεσ φλεσ του μπορεί να περιλαμβάνουν ηαχαρότευτλα, ηαχαροκάλαμο, καλαμπόκι, ςιτάρι και πικανά λιγνοκυτταρινοφχα βιομάηα. [22] Θ κυψζλθ καυςίμου ςτερεοφ οξειδίου (SOFC), είναι μια καλι εναλλακτικι λφςθ για εφαρμογι ςτθν αυτοκινθτοβιομθχανία λόγω τθσ υψθλισ πυκνότθτασ ιςχφοσ τουσ. Για τθν εμπορευματοποίθςθ αυτισ τθσ τεχνολογίασ, οικονομικζσ πθγζσ και διαδικαςίεσ για τθν παραγωγι υψθλισ ποιότθτασ υδρογόνου πρζπει να πρζπει να διερευνθκοφν. Ραραγωγι υδρογόνου από διάφορεσ ανανεϊςιμεσ πθγζσ, όπωσ θ αικανόλθ, διμεκυλαικζρασ, βιοπετρελαίου και γλυκερόλθ (γλυκερίνθ) ζχουν ευρζωσ διερευνθκεί. Ρρόςφατα θ βουτανόλθ (n-βουτανόλθ) ζχει προτακεί ωσ ανανεϊςιμθ πρϊτθ φλθ για τθν παραγωγι υδρογόνου, επειδι θ βουτανόλθ μπορεί να παράγεται από ηφμωςθ γνωςτι ωσ "ΑΒΕ", που ονομάςτθκε ζτςι επειδι παράγει ακετόνθ, βουτανόλθ και αικανόλθ ςε αναλογίεσ 6:3:1 περίπου, και οι πρϊτεσ φλεσ του μπορεί να περιλαμβάνουν ηαχαρότευτλα, ηαχαροκάλαμο, καλαμπόκι, ςιτάρι και πικανά λιγνοκυτταρινοφχα βιομάηα. Σε ςφγκριςθ με άλλα καφςιμα (π.χ. αικανόλθ και μεκανόλθ), θ βουτανόλθ (C4H10O) παρουςιάηει μια ςειρά από πλεονεκτιματα, όπωσ υψθλότερθ περιεκτικότθτα ςε υδρογόνο (13.51 wt.%) ςε ςφγκριςθ με τθσ αικανόλθσ (13.04 wt.%) και μεκανόλθσ (12,50 wt.%), τθ βελτίωςθ τθσ αςφάλειασ επειδι δεν είναι επικίνδυνα εφφλεκτο όπωσ είναι θ αικανόλθ, χαμθλότερθ πίεςθ ατμϊν, μεγαλφτερθ αντοχι ςτο νερό, κλπ.. Θ βουτανόλθ μπορεί να μετατραπεί ςε υδρογόνο (Θ2) μζςω αναμόρφωςθσ ατμοφ, μερικι οξείδωςθ, ξθρι αναμόρφωςθ και αυτοκερμικι αναμόρφωςθ. Θ διαδικαςία αναμόρφωςθσ παρζχει μεγαλφτερθ αποτελεςματικότθτα και ποιότθτα αναςχθματιςμοφ, δθλαδι, υψθλότερθ απόδοςθ παραγωγισ υδρογόνου, χαμθλότερο ποςοςτό παράπλευρων αντιδράςεων, αλλά θ διαδικαςία αυτι παρουςιάηει οριςμζνα μειονεκτιματα, όπωσ ότι είναι ενεργοβόρα και θ ςοβαρι απενεργοποίθςθ του καταλφτθ. Ωςτόςο, οι διαδικαςίεσ μερικισ οξείδωςθσ ζχουν αξία για γριγορο χρόνο εκκίνθςθσ, λόγω τθσ εξϊκερμθσ φφςθσ τθσ αντίδραςθσ οξείδωςθσ. Επιπλζον, θ μερικι οξείδωςθ του αντιδραςτιρα είναι πιο 91

ςυμπαγζσ από ζναν αναμορφωτι ατμοφ, επειδι δεν χρειάηεται θ ζμμεςθ προςκικθ κερμότθτασ μζςω ζναν εναλλάκτθ κερμότθτασ. Αν και μερικι οξείδωςθ του φυςικοφ αερίου (μεκάνιο), αικανόλθ, διμεκυλαικζρασ και γλυκερόλθ ζχουν διρευνθκεί εκτενϊσ, υπάρχουν ελάχιςτεσ αναφορζσ για θ μερικι οξείδωςθ τθσ βουτανόλθσ (POB). [22] Διάγραμμα 3.1: Απλοποιθμζνο διάγραμμα POB SOFC ςυςτιματοσ καυςίμου βουτανόλθσ 92

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο Αποκικευςθ και μεταφορά υδρογόνου 4.1) Αποκικευςθ υδρογόνου 4.1.1) Δεξαμενζσ ςυμπιεςμζνου αζριου υδρογόνου Θ ενεργειακι πυκνότθτα του αζριου υδρογόνου μπορεί να βελτιωκεί με τθν αποκικευςθ του υδρογόνου ςε υψθλότερεσ πιζςεισ. Θ υψθλότερθ πίεςθ απαιτεί βελτιϊςεισ του υλικοφ και του ςχεδιαςμό του, προκειμζνου να διαςφαλιςτεί θ ακεραιότθτα τθσ δεξαμενισ. Ρρόοδοσ ςτθ τεχνολογία ςυμπίεςθσ απαιτείται επίςθσ για τθ βελτίωςθ τθσ αποτελεςματικότθτασ και τθ μείωςθ του κόςτουσ παραγωγισ υψθλισ πίεςθσ υδρογόνου. Ενιςχυμζνεσ με ίνεσ άνκρακα 5000-psi και 10.000-psi δεξαμενζσ ςυμπιεςμζνου αζριου υδρογόνου βρίςκονται υπό καταςκευι από τθν Quantum Technologies και άλλοι. Τζτοιεσ δεξαμενζσ χρθςιμοποιοφνται ιδθ ςε πρωτότυπα οχιματα που κινοφνται με υδρογόνο. Θ εςωτερικι επζνδυςθ τθσ δεξαμενισ είναι ζνα υψθλοφ μοριακοφ βάρουσ πολυμερζσ που χρθςιμοποιείται ωσ φράγμα ςτθ διαπερατότθτα του αζριου υδρογόνου. Ζνα ςφνκετο κζλυφοσ ινϊν άνκρακα / εποξειδικισ ρθτίνθσ τοποκετείται πάνω από τθν επζνδυςθ και αποτελεί τθν πίεςθ του ςυςτατικοφ αερίου που φζρει θ δεξαμενι. Τζλοσ, ζνα εξωτερικό περίβλθμα τοποκετείται ςτθ δεξαμενι για προςκροφςεισ και αντίςταςθ ςτθ φκορά. Ο ρυκμιςτισ πίεςθσ για τθ δεξαμενι 10.000-psi βρίςκεται ςτο εςωτερικό τθσ δεξαμενισ. Υπάρχει επίςθσ ζνασ εςωτερικόσ αιςκθτιρασ κερμοκραςίασ τθσ δεξαμενισ αερίου για τθν παρακολοφκθςθ τθσ κερμοκραςίασ τθσ δεξαμενισ αερίου κατά τθ διάρκεια τθσ πλιρωςθσ τθσ. Θ αυτονομία οχθμάτων κυψελϊν καυςίμου με δεξαμενζσ ςυμπιεςμζνου υδρογόνου εξαρτάται, φυςικά, με τον τφπο του οχιματοσ, το ςχεδιαςμό, και τθ ποςότθτα και τθ πίεςθ του αποκθκευμζνου υδρογόνου. Με τθν αφξθςθ τθσ ποςότθτασ και τθσ πίεςθσ του υδρογόνου, μια μεγαλφτερθ αυτονομία μπορεί να επιτευχκεί, αλλά εισ βάροσ του κόςτουσ και του πολφτιμου χϊρου ςτο εςωτερικό του οχιματοσ. Θ ογκομετρικι χωρθτικότθτα, θ υψθλι πίεςθ, και το κόςτοσ είναι επομζνωσ, οι βαςικζσ προκλιςεισ για δεξαμενζσ ςυμπιεςμζνου υδρογόνου. Οι χρόνοι ανεφοδιαςμοφ, οι κυρϊςεισ ςυμπίεςθσ ενζργειασ, και οι απαιτιςεισ διαχείριςθσ κερμότθτασ κατά τθ διάρκεια τθσ ςυμπίεςθσ πρζπει επίςθσ να λαμβάνονται υπόψθ όςο θ μάηα και θ πίεςθ του υδρογόνου ςτο όχθμα αυξάνεται. Δφο προςεγγίςεισ υπάρχουν για να αυξθκεί θ ςτακμικι και ογκομετρικι χωρθτικότθτα των δεξαμενϊν αποκικευςθσ ςυμπιεςμζνου αερίου από τα ςθμερινά τουσ επίπεδα. Θ πρϊτθ προςζγγιςθ αφορά κρυο-ςυμπιεςμζνεσ δεξαμενζσ. Αυτό βαςίηεται ςτο γεγονόσ ότι, ςε ςτακερι πίεςθ και τον όγκο, θ ογκομετρικι χωρθτικότθτα του αερίου αυξάνεται όςο θ κερμοκραςία ςτθ δεξαμενι μειϊνεται. Ζτςι, με ψφξθ μιασ δεξαμενισ ψφξθσ από τθ κερμοκραςία δωματίου ςτθ κερμοκραςία υγροφ αηϊτου (77 Κ), θ ογκομετρικι τθσ 93

χωρθτικότθτα κα αυξθκεί κατά ζνα ςυντελεςτι τζςςερα, αν και το ςφςτθμα ογκομετρικισ χωρθτικότθτασ κα είναι μικρότερο από αυτό που οφείλεται ςτον αυξθμζνο όγκο που απαιτείται για τθν ψφξθ του ςυςτιματοσ. Θ δεφτερθ προςζγγιςθ περιλαμβάνει τθν ανάπτυξθ ςυμβατϊν δεξαμενϊν. Οι παροφςεσ δεξαμενζσ υγρισ βενηίνθσ ςτα οχιματα είναι πολφ ςυμβατζσ, ϊςτε να παίρνουν το μζγιςτο διακζςιμο χϊρο του οχιματοσ. Οι δομζσ ςυμβατισ δεξαμενισ βαςίηονται ςτθ κζςθ των τοιχωμάτων ςτιριξθσ. Εςωτερικζσ κυτταρικοφ-τφπου δομζσ τφπου μποροφν επίςθσ να είναι μια δυνατότθτα για μεγαλφτερουσ βακμοφσ προςαρμοςτικότθτασ. Δεξαμενζσ ςυμπιεςμζνου υδρογόνου *5000 psi (~ 35 MPa) και 10.000 psi (~ 70 MPa)+ ζχουν πιςτοποιθκεί παγκοςμίωσ, ςφμφωνα με το ISO 11439 (Ευρϊπθ), NGV-2 (ΘΡΑ), και Reijikijun Betten (Λςλανδία), πρότυπα που ζχουν εγκρικεί από τθν TUV (Γερμανία) και το Υψθλισ Ρίεςθσ Φυςικοφ Αερίου Λνςτιτοφτο για τθν αςφάλεια τθσ Λαπωνίασ (KHK). Οι δεξαμενζσ ζχουν δοκιμαςτεί ςε πολλά πρωτότυπα οχιματα κυψελϊν καυςίμου και είναι εμπορικά διακζςιμεσ. Σφνκετα, 10.000-psi δεξαμενζσ ζχουν 2,35 ςυντελεςτι αςφαλείασ (23.500 psi πίεςθ διάρρθξθσ), όπωσ απαιτείται από τισ ευρωπαϊκζσ προδιαγραφζσ του Ολοκλθρωμζνου Ρρογράμματοσ Υδρογόνου. 4.1.2) Δεξαμενζσ υγροφ υδρογόνου Θ ενεργειακι πυκνότθτα του υδρογόνου μπορεί να βελτιωκεί με τθν αποκικευςθ του υδρογόνου ςε υγρι κατάςταςθ. Ωςτόςο, τα ηθτιματα με τισ LH2 δεξαμενζσ είναι θ εξάτμιςθ του υδρογόνου, θ ενζργεια που απαιτείται για τθν υγροποίθςθ του υδρογόνου, ο όγκοσ, το βάροσ και το κόςτοσ δεξαμενισ. Θ απαιτοφμενθ ενζργειασ για τθν υγροποίθςθ του υδρογόνου είναι υψθλι. Τυπικά, το 30% τθσ κερμαντικισ αξίασ του υδρογόνου απαιτείται για υγροποίθςθ. Απαιτοφνται νζεσ προςεγγίςεισ που μποροφν να μειϊςουν τισ ενεργειακζσ απαιτιςεισ και, επομζνωσ, το κόςτοσ τθσ ρευςτοποίθςθσ. Θ εξάτμιςθ του υδρογόνου πρζπει να ελαχιςτοποιείται ι / και να εξαλείφεται για το κόςτοσ, τθν αποτελεςματικότθτα, και τθν αυτονομία των οχθμάτων, κακϊσ και για λόγουσ αςφαλείασ, όταν τα οχιματα είναι ςτακμευμζνα ςε περιοριςμζνουσ χϊρουσ. Μόνωςθ απαιτείται για τισ LH2 δεξαμενζσ, και αυτό μειϊνει το ςφςτθμα ςτακμικισ και ογκομετρικισ χωρθτικότθτασ. [14] 94

Εικόνα 4.1: Δεξαμενι υγροφ Τδρογόνου (Hydrogen Storage) Οι δεξαμενζσ υγροφ υδρογόνου (LH2) μπορεί να αποκθκεφςουν περιςςότερο υδρογόνο ςε ζνα δεδομζνο όγκο από τισ δεξαμενζσ ςυμπιεςμζνου αερίου. Θ ογκομετρικι ικανότθτα του υγροφ υδρογόνου είναι 0,070 kg/l, ςε ςφγκριςθ με 0,030 kg/l για 10.000-psi δεξαμενζσ αερίου. Οι δεξαμενζσ υγροφ ςε υδρογονοκίνθτα οχιματα, κακϊσ και το υβριδικό πρωτότυπο που ςυνδυάηει ρεηερβουάρ αερίου υψθλισ πίεςθσ και κρυογονικι αποκικευςθ βρίςκονται υπό μελζτθ. Τα υβριδικά (κρυο-ςυμπιεςμζνεσ δεξαμενζσ) μονωμζνα δοχεία πίεςθσ είναι ελαφρφτερα από ότι τα υδρίδια και πιο ςυμπαγι από τα δοχεία κερμοκραςίασ περιβάλλοντοσ, και υψθλισ πίεςθσ. Επειδι οι κερμοκραςίεσ που απαιτοφνται δεν είναι τόςο χαμθλζσ όςο για το υγρό υδρογόνο, υπάρχει λιγότερθ κατανάλωςθ ενζργειασ για τθν υγροποίθςθ και λιγότερεσ απϊλειεσ εξάτμιςθσ από ότι για τισ δεξαμενζσ υγροφ υδρογόνου. [14] 95

4.2)Μεταφορά υδρογόνου Ο μόνοσ αγωγόσ υδρογόνου ςτισ ΘΡΑ για "εμπορικό" υδρογόνο λειτουργεί από τθν Air Products and Chemicals, Inc, ςτο Χιοφςτον, Τζξασ. Δφο ςυνδεδεμζνεσ εγκαταςτάςεισ αναμόρφωςθσ με ατμό μεκανίου προμθκεφουν υδρογόνου και μονοξείδιο του άνκρακα ςε οκτϊ πελάτεσ μζςω περίπου 96 χιλιόμετρα (60 μίλια) υπόγειων ςωλθνϊςεων που κυμαίνονται ςε μζγεκοσ από 10 εκ. (4 ίντςεσ) ζωσ 30 cm (12 ίντςεσ). Θ εγκατάςταςθ προμθκεφει αζριο υδρογόνο, 99.5% κακαρό ςε πιζςεισ 0,34 ζωσ 5,5 Mpascals (50-800 psig). Υπερυψθλισ κακαρότθτασ (99.9985%) υδρογόνο είναι επίςθσ διακζςιμο για αγωγό ι τθν παράδοςθ χφμα. Θ ικανότθτα παραγωγισ το 1974 ιταν 7 x 10 5 m 3 (25 x 10 6 ft 3 ) του προϊόντοσ / θμζρα, και τα ςχζδια ζγιναν για τθν καταςκευι μιασ τρίτθσ εγκατάςταςθσ αναμόρφωςθσ και για να προςτεκοφν 104 χιλιόμετρα (65 μίλια) του αγωγοφ για να εξυπθρετιςει περιςςότερουσ πελάτεσ ςτθν περιοχι του Χιοφςτον. Θ πίεςθ του αγωγοφ επιτυγχάνεται με ςυμπιεςτζσ ςτθν εγκατάςταςθ αναμόρφωςθσ και δεν χρθςιμοποιοφνται ενδιάμεςοι ςυμπιεςτζσ. Ο ρυκμόσ ροισ μετριζται και ελζγχεται από ςτακμοφσ μζτρθςθσ ςτθν εγκατάςταςθ του κάκε πελάτθ. Ζνα ςφςτθμα τθλεμετρίασ ςτζλνει μθνφματα πίςω ςτον κεντρικό πίνακα ελζγχου, όπου θ επικυμθτι ροι του αερίου διατθρείται ςτθ ταχφτθτα που κακορίηεται από τον κάκε πελάτθ. Υπάρχει μια τθλεφωνικι ςφνδεςθ ςε κάκε πελάτθ ϊςτε να ανακοινϊνονται αιτιςεισ μεταβολισ ταχφτθτασ ι ςυνκικεσ ζκτακτθσ ανάγκθσ που μπορεί να υπάρχουν, είτε ςτθν εγκατάςταςθ αναμόρφωςθσ είτε ςτθν εγκατάςταςθ του πελάτθ. [16] Θ μεγαλφτερθ ιςτορία αγωγοφ επιτυχισ μεταφοράσ υδρογόνου ςε εμπορικι κλίμακα είναι το Chemische Werke AG Hiils δίκτυο, το οποίο ζχει τεκεί ςε λειτουργία ςτθν κοιλάδα του ουρ τθσ Δυτικισ Γερμανίασ από το 1938. Αυτό το υπόγειο δίκτυο αγωγϊν είναι περίπου 210 χιλιόμετρα (130 μίλια) ςε μικοσ με ςωλινα μεγζκουσ από 15 ζωσ 30 εκατοςτϊν (6 -. 12in). Το δίκτυο μεταφζρει υδρογόνο 95% κακαρότθτασ ςε πίεςθ 1,5 Mpascals (225 psig) με 4 διαφορετικά ςθμεία ζνεςθσ και 9 χωριςτοφσ χριςτεσ υδρογόνου. Δεν υπάρχουν ενδιάμεςοι ςυμπιεςτζσ ι δοχεία αποκικευςθσ, και το ςφςτθμα λειτουργεί ςε ςχεδόν ςυνεχι πίεςθ από ςτο περιεχόμενο των αγωγϊν που επιτυγχάνεται με ζμβολο-τφπου ςυμπιεςτζσ για θλεκτρολυτικό υδρογόνο και υδρογόνο από πυρόλυςθ ςε κανονικι πίεςθ λειτουργίασ. Δεν ζχουν ανακφψει ςθμαντικά προβλιματα κατά τθ διάρκεια 30 ετϊν λειτουργίασ του αγωγοφ, το οποίο υποςτθρίηει τθν υπόκεςθ ότι ζνα ςωςτά ςχεδιαςμζνο ςφςτθμα ςωλινων υδρογόνου που λειτουργεί με τισ κατάλλθλεσ προφυλάξεισ δεν είναι περιςςότερο επικίνδυνο από ζνα δίκτυο φυςικοφ αερίου. [16] Ζνα δίκτυο υδρογόνου ςτισ εγκαταςτάςεισ τθσ ICI Teesside ςτθν Αγγλία αποτελείται από περίπου 16 χλμ. (10mi) υπζργειων αγωγϊν και μια υπόγεια δεξαμενι ςε ορυχεία αλατιοφ. Το δίκτυο μεταφζρει περίπου 20.000 τόνουσ υδρογόνο 95% κακαρότθτασ / ζτοσ ςε ονομαστική πίεση 5,0 Mpascals (750 psig). Τζςςερισ παραγωγοί-υδρογόνου κατά προϊόν (ζνα ςτακμό αμμωνίασ, ζνα ςφνκετων αρωματικϊν ενϊςεων και δφο θλεκτρολυτικοφσ ςτακμοφσ που παράγουν χλϊριο από άλμθ ωσ πρϊτθ φλθ) ςυνδζονται ςτο δίκτυο. 96

Εκελοντικι παραγωγι αερίου από αναμόρφωςθ με ατμό μεκανίου ι μερικι οξείδωςθ χρθςιμοποιοφνται ωσ ςυμπλθρωματικζσ πθγζσ του απαιτοφμενου υδρογόνου. Οι ςτακμοί μεκανόλθσ και αμμωνίασ ζχουν ενςωματωμζνουσ αναμορφωτιρεσ με ατμό μεκανίου για το υδρογόνο τουσ και δεν τροφοδοτοφνται από τθν παροχι κακαροφ υδρογόνου. Το δίκτυο υδρογόνο τροφοδοτεί ςτακμοφσ καρβονυλίωςθσ, ανιλίνθσ και παραγωγισ νάιλον και, όταν αυτό είναι αναγκαίο, το ςυγκρότθμα παραγωγισ ςφνκετων αρωματικϊν ενϊςεων. 97

ΜΕΡΟ Β 98

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο CASE STUDY Ειςαγωγι Ρροκειμζνου να υπολογίςουμε τθν ονομαςτικι ιςχφ αυτόνομου PV-ςυςτιματοσ, ςτθ όδο, για τθν παραγωγι 10 Nm3/h ςυμπιεςμζνου υδρογόνου μζχρι 700 bar Θ2 (0 ο C και 1 atm) ακολουκοφμε τθν εξισ δομι: Αρχικά περιγράφουμε τα ςυμβατικά αυτόνομα PV-θλεκτρόλυςθ ςυςτιματα για θλιακι παραγωγι υδρογόνου καυςίμου και ςτθ ςυνζχεια το βελτιςτοποιθμζνο αυτόνομο PVθλεκτρόλυςθ ςφςτθμα, βάςθ του οποίου απλοποιοφνται αρκετά οι υπολογιςμοί που ακολουκοφν. Στθ ςυνζχεια περιγράφονται ο τρόποσ λειτουργίασ και τα είδθ των μονάδων θλεκτρόλυςθσ που διατίκενται ςτο εμπόριο. Από αυτά ξεχωρίηουμε τισ διπολικζσ αλκαλικζσ ςυςκευζσ: Norsk Atmospheric Type No.5010 (4000 Amp DC) που παράγει υδρογόνο ςε 0,3 psig με μζγιςτθ παραγωγι υδρογόνου 50 Nm3/h Norsk Atmospheric Type No.5010 (5150 Amp DC) που παράγει υδρογόνο ςε 0,3 psig με μζγιςτθ παραγωγι υδρογόνου 50 Nm3/h και Norsk HPE 10 που παράγει υδρογόνο ςε 232 psig με μζγιςτθ παραγωγι υδρογόνου 10 Nm3/h Και οι τρεισ ςυςκευζσ βάςθ ςχεδιαςτι ζχουν ενεργειακι κατανάλωςθ 4,8 kwh/nm3 ι 53,4 kwh/kg (1 atm, 0 ο C), για παραγωγι υδρογόνου 10 Nm3/h. Οι τιμζσ αυτζσ είναι ρεαλιςτικζσ και ενδεικτικζσ για τα αποτελζςματα των υπολογιςμϊν μασ. Στθ ςυνζχεια, παρατίκενται επίςθσ ενδεικτικά κάποιεσ τιμζσ ενεργειακισ κατανάλωςθσ για ςυμπίεςθ υδρογόνου ςυνικωσ ςτα 350 ι 700 bar. Κατόπιν υπολογίηεται αναλυτικά θ ενεργειακι κατανάλωςθ ατμοςφαιρικισ διπολικισ θλεκτρόλυςθσ για τισ δυο πρϊτεσ ατμοςφαιρικζσ ςυςκευζσ. Θ ενεργειακι κατανάλωςθ ταυτίηεται με τθν κατανάλωςθ από τον καταςκευαςτι, που αποδεικνφει τθν ορκότθτα των πράξεων. Δεδομζνου ότι ο πρϊτοσ νόμοσ Faraday εφαρμόςτθκε για 0 ο C και 1 atm, το τρίτο μοντζλο θλεκτρολυτικισ ςυςκευισ δε μασ αφορά. Κατόπιν γίνεται υπολογιςμόσ τθσ ενζργειασ ςυμπίεςθσ του υδρογόνου με το νόμο «πραγματικϊν» αερίων από 0,3 psig ςτα 350 και 700 bar αντίςτοιχα. Και ςτισ δυο περιπτϊςεισ θ ενζργεια ςυμπίεςθσ είναι ςχεδόν θ ίδια. Στθ ςυνζχεια οι δυο ενεργειακζσ καταναλϊςεισ θλεκτρόλυςθσ και ςυμπίεςθσ προςτίκενται. 99

Με εφαρμογι του PVGIS προγράμματοσ τθσ ευρωπαϊκισ επιτροπισ για δυο τφπουσ PV systems (κρυςταλλικοφ πυριτίου και λεπτοφ φίλμ), τθ όδο που βρίςκεται ςε γεωγραφικό πλάτοσ 36 ο 22 ϋ και γεωγραφικό μικοσ 28 ο 07 ϋ, και εγκατεςτθμζνθ ονομαςτικι ιςχφ ΦΒ ςυςτιματοσ 1000 kw, βρικαμε τισ μζςεσ ςυνολικζσ μθνιαίεσ τιμζσ θλιακισ ακτινοβολίασ, τθ μζςθ ςυνολικι ετιςια τιμι θλιακισ ακτινοβολίασ, τθν ιδανικι κλίςθ κελιϊν φωτοβολταϊκισ μονάδασ 32.0 και ςυντελεςτζσ απωλειϊν μείον τισ άλλεσ απϊλειεσ (καλωδίων, inverter, κα). Οι αντίςτοιχεσ τιμζσ από τισ ανωτζρω, αντικαταςτάκθκαν ςτον τφπο (1) που ςυνδζει τθν ετιςια προςπίπτουςα ακτινοβολία με τθν εγκατεςτθμζνθ ονομαςτικι ιςχφ του ΦΒ ςυςτιματοσ. Οι μονάδεσ ςτον τφπο, μασ ανάγκαςαν να κεωριςουμε ονομαςτικι ιςχφ 1000 kw. Τελικά βρικαμε ότι για τθν παραγωγι υδρογόνου 10 Nm3/h υπό πίεςθ μζχρι 700 bar, ςτθ όδο, επαρκεί ΦΒ μονάδα μζγιςτθσ ι ονομαςτικισ ιςχφοσ 100 kwp και τάςθσ ςθμείου μζγιςτθσ ιςχφοσ Vmpp 60 ι 48 V αντίςτοιχα, για τισ περιπτϊςεισ που οι θλεκτρολυτικζσ ςυςκευζσ είναι οι Norsk Atmospheric Type No.5010 (4000 Amp DC), Norsk Atmospheric Type No.5010 (5150 Amp DC). Στθ ςυνζχεια, ενδεικτικά, υπολογίςαμε ςυνολικι χωρθτικότθτα μπαταριϊν των 12 volt και 24 volt αντίςτοιχα, για αυτονομία μιασ μζρασ, και πζντε θμερϊν αντίςτοιχα, για τθν αποκικευςθ τθσ παραγόμενθσ από το ςυγκεκριμζνο αυτόνομο ΦΒ- ςφςτθμα. Τζλοσ, παρατθροφμε ότι, για παραγωγι 10Νm3/h υδρογόνου ςτθ όδο, θ απαιτοφμενθ ονομαςτικι ιςχφσ 100 kwp βελτιςτοποιθμζνου αυτόνομου ΦΒ ςυςτιματοσ θλεκτρόλυςθσ είναι πολφ μικρότερθ από τθν απαιτοφμενθ ονομαςτικι ιςχφ 230 kwp ΦΒ μονάδασ διαςυνδεδεμζνθσ ςτο δίκτυο με inverter DC-AC, τθν οποία υπολογίςαμε από ςχετικό τφπο. 100

5.1) Παραγωγι υδρογόνου υμβατικό ςφςτθμα PV-θλεκτρόλυςθ Αυτόνομα PV-θλεκτρόλυςθ ςυςτιματα για θλιακι παραγωγι υδρογόνου καυςίμου αποτελοφνται από μια ςειρά των φωτοβολταϊκϊν μονάδων που τροφοδοτεί με DC θλεκτρικι ενζργεια μζςω αποκικευςθσ και ςυςτθμάτων ρφκμιςθσ ιςχφοσ ςε μια ςυςκευι θλεκτρόλυςθσ, όπωσ φαίνεται ςε μεγάλα ζργα ςτθν Καλιφόρνια, τθ Γερμανία και τθ Σαουδικι Αραβία. Σε αυτά τα πιλοτικά ςχζδια, ςυνδζονται φωτοβολταϊκζσ μονάδεσ ςε ζναν ελεγκτι φόρτιςθσ, ςυςςωρευτζσ (μπαταρίεσ), και ζναν DC-DC μετατροπζα ιςχφοσ για τθν παροχι ςυνεχοφσ ρεφματοσ ςε ςυςκευι θλεκτρόλυςθσ, που αποτελείται από μια ςειρά καταλυτικϊν θλεκτροδίων για τθ διάςπαςθ του νεροφ και τθν παραγωγι καφςιμου υδρογόνου και οξυγόνου. [12] Οι φωτοβολταϊκζσ μονάδεσ ενόσ ςυμβατικοφ ςυςτιματοσ, αποτελοφνται ςυνικωσ από ζναν αρικμό θλιακϊν κελιϊν (ςυχνά 36 κελιά) κρυςταλλικοφ πυριτίου (c-si) που ςυνδζονται ςε ςειρά για τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ με δυναμικό περίπου 18 V, κατάλλθλο για τθ φόρτιςθ 12-volt μπαταριϊν μολφβδου-οξζοσ, όταν λειτουργοφν ςτο ςθμείο μζγιςτθσ ιςχφοσ τουσ (Vmpp), όπου παρζχουν τθ μεγαλφτερθ δφναμι τουσ υπό φορτίο. Αν υπάρχει αναντιςτοιχία μεταξφ του Vmpp και τθσ λειτουργικισ τάςθσ (Voper) του electrolyzer, θ απόδοςθ του φωτοβολταϊκοφ ςυςτιματοσ μειϊνεται απότομα. Θ ιςχφσ του φωτοβολταϊκοφ κυκλϊματοσ (ι του ςυςτιματοσ μπαταρίασ) μερικζσ φορζσ ςυνδζεται με ζνα DC-DC μετατροπζα (Διάγραμμα 5.1) για να αλλάξει τθ φωτοβολταϊκι τάςθ ςτθ χαρακτθριςτικι τάςθ λειτουργίασ του electrolyzer, αλλά θ πρόςκετθ αντίςταςθ που επιβάλλεται από τουσ μετατροπείσ τάςθσ και τισ μπαταρίεσ ςε αυτά τα ςυςτιματα οδθγεί επίςθσ ςε ςθμαντικι μείωςθ τθσ απόδοςθσ. [12] Διάγραμμα 5.1: Φωτοβολταϊκό ςφςτθμα 101

Βελτιςτοποιθμζνο ςφςτθμα PV-θλεκτρόλυςθ Δφο ςτρατθγικζσ βελτίωςθσ επιλζχκθκαν για ζλεγχο ςε αυτι τθ μελζτθ. Απλοποίθςθ του ςυςτιματοσ PV-θλεκτρόλυςθσ αφαιρϊντασ τουσ ρυκμιςτζσ φόρτιςθσ, ςυςςωρευτζσ, και DC-DC μετατροπείσ ζγινε για να μειϊςει το κόςτοσ κακϊσ και τισ θλεκτρικζσ αντιςτάςεισ του ςυςτιματοσ. Θ φωτοβολταϊκι μονάδα ςυνδζκθκε απευκείασ ςτο ςφςτθμα θλεκτρόλυςθσ για τθ μεγιςτοποίθςθ τθσ αποτελεςματικότθτασ του ςυςτιματοσ με το ςχεδιαςμό τθσ θλιακισ μονάδασ να δίνει τθ μζγιςτθ ιςχφ του ςε μια τάςθ που κα ταιριάηει με τθ ςτακερι τάςθ που απαιτείται για να λειτουργιςει το ολοκλθρωμζνο ςφςτθμα θλεκτρόλυςθσ (electrolyzer). Ο απλοφςτεροσ και καλφτεροσ τρόποσ για να γίνει αυτό το ταίριαςμα είναι με ζνα φωτοβολταϊκό ςφςτθμα το οποίο είναι άμεςα ςυνδεδεμζνο με ζναν ΕΜ electrolyzer και ζχει Vmmp ίςθ ι ελαφρϊσ μεγαλφτερθ από τθ Voper.*12+ Και οι δφο αποδόςεισ πρζπει να βελτιςτοποιθκοφν για τθ μζγιςτθ απόδοςθ του ςυςτιματοσ: Διάγραμμα 5.2: Φωτοβολταϊκό ςφςτθμα 102

5.2) Μονάδα θλεκτρόλυςθσ Σχήμα 5.1: Μονάδα θλεκτρόλυςθσ Για να επιτευχκεί θ επικυμθτι δυναμικότθτα παραγωγισ υδρογόνου, πολυάρικμα κελιά ςυνδεδεμζνα ςε ςειρά ςχθματίηουν μια θλεκτρολυτικι μονάδα. Μεγαλφτερα ςυςτιματα μποροφν να πραγματοποιθκοφν με τθν προςκικθ ζωσ και αρκετϊν μονάδων. Δφο τφποι θλεκτρολυτικϊν μονάδων είναι κοινοί, ατμοςφαιρικισ πίεςθσ και μονάδεσ υπό πίεςθ. Ζνα πλεονζκτθμα των ατμοςφαιρικϊν μονάδων θλεκτρόλυςθσ είναι θ μικρότερθ κατανάλωςθ ενζργειασ αλλά ο απαιτοφμενοσ χϊροσ για τθ μονάδα είναι ςχετικά μεγάλοσ. (Electrolysis) Θλεκτρολυτικζσ μονάδεσ υπό πίεςθ παράγουν υδρογόνο μζχρι 30 bar. Αυτό μειϊνει τθ ηιτθςθ ενζργειασ για τθ ςυμπίεςθ και μπορεί ακόμθ και να καταςτιςει τα ςτάδια ςυμπίεςθσ περιττά. Σιμερα, οι ατμοςφαιρικζσ θλεκτρολυτικζσ μονάδεσ που παράγουν ζωσ και 500 Nm3 / h και οι μονάδεσ υπό πίεςθ που παράγουν 1 120 Nm3 / h είναι τυποποιθμζνα προϊόντα. (Electrolysis) Οι μονάδεσ θλεκτρόλυςθσ περιλαμβάνουν τα εξισ: μεταςχθματιςτι, ανορκωτι, ςυςκευι κακαριςμοφ νεροφ, ςφςτθμα χειριςμοφ αλκαλικοφ διαλφματοσ ΚΟΘ (ψφξθ και αντλία), ςυςκευι απομάκρυνςθσ ατμοφ, ςυςκευι απομάκρυνςθσ οξυγόνου, ςυμπιεςτι και τθν αποκικευςθ. Κακϊσ τα λεωφορεία αερίου απαιτοφν μια ποιότθτα καλφτερθ από 99,999%, ο κακαριςμόσ είναι απαραίτθτοσ. Οι μόνεσ ακακαρςίεσ απευκείασ από τθν ςυςκευι θλεκτρόλυςθσ είναι το οξυγόνο και οι υδρατμοί. (Electrolysis) Τρεισ τφποι βιομθχανικϊν μονάδων θλεκτρόλυςθσ παράγονται ςιμερα. Οι δφο περιλαμβάνουν ζνα υδατικό διάλυμα υδροξειδίου του καλίου (KOH), το οποίο χρθςιμοποιείται, λόγω τθσ υψθλισ αγωγιμότθτασ του, και αναφζρονται ωσ αλκαλικζσ θλεκτρολυτικζσ μονάδεσ. Οι μονάδεσ αυτζσ μποροφν να είναι είτε μονοπολικζσ ι διπολικζσ. Θ μονοπολικι θλεκτρολυτικι μονάδα μοιάηει με μια δεξαμενι και ζχει θλεκτρόδια που 103

ςυνδζονται παράλλθλα. Θ μεμβράνθ τοποκετείται μεταξφ κακόδου και ανόδου, που διαχωρίηει το υδρογόνο και το οξυγόνο που παράγονται ωσ αζρια, αλλά επιτρζπει τθ μεταφορά των ιόντων. Ο διπολικόσ ςχεδιαςμόσ μοιάηει με μια πρζςα φίλτρου. Τα θλεκτρολυτικά κελιά ςυνδζονται ςε ςειρά, και το υδρογόνο παράγεται από τθ μία πλευρά του κελιοφ, το οξυγόνο από τθν άλλθ. Και πάλι, μια μεμβράνθ χωρίηει τα θλεκτρόδια. Ο τρίτοσ τφποσ τθσ μονάδασ θλεκτρόλυςθσ είναι μια ςτερεοφ πολυμεροφσ θλεκτρολφτθ (SPE) θλεκτρολυτικι μονάδα. Τα ςυςτιματα αυτά αναφζρονται επίςθσ ωσ ΕΜ (ι Proton Exchange Membrane) θλεκτρολυτικζσ μονάδεσ. Στθ μονάδα αυτι ο θλεκτρολφτθσ είναι μια μεμβράνθ διεξαγωγισ ςτερεϊν ιόντων ςε αντίκεςθ με το υδατικό διάλυμα ςτισ αλκαλικζσ θλεκτρολυτικζσ μονάδεσ. Θ μεμβράνθ επιτρζπει τθ μεταφορά H + ιόντων από τθ μεριά τθσ ανόδου τθσ μεμβράνθσ προσ τθ μεριά τθσ κακόδου, όπου ςχθματίηεται υδρογόνο. Θ SPE μεμβράνθ χρθςιμεφει επίςθσ ςτο διαχωριςμό των αερίων υδρογόνου και οξυγόνου. (Ivy 2004) Power supply Hydrogen Generation Unit Compressor Hydrogen storage (DC current) - Electrolysis module - Electrolyte circulation - Hydrogen Gas Dryer/Purifier Διάγραμμα 5.3: Διαδικαςία θλεκτρόλυςθσ (Ivy 2004) Ζνα τυπικό διάγραμμα διαδικαςία θλεκτρόλυςθσ που φαίνεται ςτο παραπάνω διάγραμμα. Σθμειϊςτε ότι διαφορετικζσ διαδικαςίεσ χρθςιμοποιοφν διαφορετικά κομμάτια του εξοπλιςμοφ. Για παράδειγμα, οι ΕΜ μονάδεσ δεν κα απαιτιςουν τθν ΚΟΘ δεξαμενι ανάμειξθσ, κακϊσ δεν είναι απαραίτθτο το θλεκτρολυτικό διάλυμα για αυτζσ τισ ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ. Ζνα άλλο παράδειγμα αφορά τον εξοπλιςμό κακαριςμοφ του νεροφ. Οι απαιτιςεισ ποιότθτασ του νεροφ διαφζρουν μεταξφ των μονάδων θλεκτρόλυςθσ (electrolyzers). Οριςμζνεσ μονάδεσ περιλαμβάνουν τον κακαριςμό του νεροφ ςτο εςωτερικό τθσ μονάδασ παραγωγισ υδρογόνου τουσ, ενϊ άλλεσ απαιτοφν εξωτερικό απιονιςτι ι μονάδα αντίςτροφθσ όςμωςθσ πριν το νερό να τροφοδοτθκεί ςτισ ςτοίβεσ κελιϊν. Για τα ςυςτιματα που δεν περιλαμβάνουν κακαριςμοφ νεροφ, προςτίκεται ζνα ςτθ ροι τθσ διαδικαςίασ. Μια δεξαμενι αποκικευςθσ νεροφ μπορεί να περιλθφκεί για να διαςφαλιςτεί ότι θ διαδικαςία ζχει αρκετό νερό ςε αποκικευςθ ςτθν περίπτωςθ που το ςφςτθμα του νεροφ διακόπτεται. (Ivy 2004) 104

Κάκε ςφςτθμα ζχει μια μονάδα παραγωγισ υδρογόνου που ενςωματϊνει τθν θλεκτρόλυςθ ςε ςτοίβα, τον κακαριςμό του αερίου και ξθραντιρα, και τθν απομάκρυνςθ κερμότθτασ. Κυκλοφορία θλεκτρολυτϊν περιλαμβάνεται επίςθσ ςτθ μονάδα παραγωγισ υδρογόνου ςε αλκαλικά ςυςτιματα. Το ολοκλθρωμζνο ςφςτθμα είναι ςυνικωσ μζςα ςε ζνα δοχείο ι ζχει εγκαταςτακεί ωσ ζνα πλιρεσ πακζτο. Το οξυγόνο και το κακαρό υδρογόνο παράγονται από τθ μονάδα παραγωγισ υδρογόνου. Εάν είναι επικυμθτό, ζνασ ςυμπιεςτισ και αποκικευςθ υδρογόνου μποροφν να προςτεκοφν ςτο ςφςτθμα. Τυπικά βοθκθτικά ςυςτιματα, που οι μονάδεσ θλεκτρόλυςθσ (electrolyzers) χρειάηονται, είναι: θλεκτρικι ενζργειασ για τθν θλεκτρόλυςθ και περιφερειακζσ ςυςκευζσ Ψφξθσ νεροφ για τθ μονάδα παραγωγισ υδρογόνου Ρρο-ςυμπίεςθσ αερίου και Αδρανοφσ αερίου 5.3) Ενεργειακι κατανάλωςθ παραγωγισ υδρογόνου (από βιβλιογραφικά δεδομζνα). 5.3.1) Ηλεκτρόλυςθ Θ ενεργειακι ηιτθςθ είναι υψθλότερθ ςτθν ατμοςφαιρικι θλεκτρόλυςθ (4,8 ± 0,1 kwh/nm 3 ςε ςφγκριςθ με 4,1 ± 0,1 kwh/nm 3 Θ2). Αυτό ιςοδυναμεί με μια απόδοςθ τθσ τάξθσ περίπου του 65% που αναφζρεται ςτθν κατϊτερθ κερμογόνο δφναμθ του υδρογόνου (3 kwh/nm 3 ) για τθν θλεκτρόλυςθ υπό πίεςθ. (Electrolysis) Θ κατανάλωςθ ενζργειασ είναι 4,8 kwh / Nm 3 H2 ± 0,1 kwh (ςυςκευι θλεκτρόλυςθσ και αντλίεσ) και 5,1 kwh/nm 3 ± 0,1 kwh (ςυμπεριλαμβανομζνου του μεταςχθματιςτι, ανορκωτι και κακαριςμοφ του αερίου). (Electrolysis) Ενεργειακι απόδοςθ (energy efficiency) ορίηεται ωσ θ ανωτζρα κερμογόνοσ δφναμθ (HHV) του υδρογόνου δια τθν ενζργεια που καταναλϊνεται από το ςφςτθμα θλεκτρόλυςθσ ανά κιλό υδρογόνου που παράγεται. Σθμειϊνεται ότι, ςτθ μελζτθ αυτι θ απαίτθςθ τθσ ενζργειασ ολοκλιρου του ςυςτιματοσ θλεκτρόλυςθ χρθςιμοποιείται για τον υπολογιςμό τθσ απόδοςθσ, όχι μόνο τθν απόδοςθ τθσ μονάδασ θλεκτρόλυςθσ (electrolyzer). Ο ςυντελεςτισ ενεργειακισ απόδοςθσ κυμαίνεται από 56 73%. (Ivy 2004) 105

Θ θλεκτρόλυςθ είναι θ αντίςτροφθ αντίδραςθ ςχθματιςμοφ νεροφ: H2O + ενζργεια -> H2 + ½ O2 Στουσ 25 C και 1 atm, θ κερμότθτα ςχθματιςμοφ του υγροφ νεροφ, ι θ ενζργεια που απελευκερϊνεται όταν το νερό ςχθματίηεται είναι 39 kwh / kg υδρογόνου. Αυτι θ τιμι είναι θ ανϊτερθ κερμογόνοσ δφναμθ (HHV) του υδρογόνου. Θ κερμότθτα ςχθματιςμοφ του ατμοφ είναι 33 kwh / kg υδρογόνου, και είναι θ κατϊτερθ κερμογόνοσ δφναμθ (LHV) του υδρογόνου. Ζτςι, θ αντίδραςθ παραπάνω είναι θ αντίςτροφθ τθσ διαμόρφωςθσ του νεροφ ςε υγρι μορφι. Ωσ αποτζλεςμα, το ποςό τθσ ενζργειασ που απαιτείται για τθ δθμιουργία υδρογόνου από το νερό με θλεκτρόλυςθ είναι 39 kwh / kg. Ρροκειμζνου να προςδιοριςτεί θ αποτελεςματικότθτα τθσ διαδικαςίασ θλεκτρόλυςθσ, το κεωρθτικό ποςό τθσ ενζργειασ που απαιτείται, 39 kwh / kg υδρογόνου, κα πρζπει να διαιρείται με το πραγματικό ποςό τθσ ενζργειασ που χρθςιμοποιείται από τθν θλεκτρόλυςθ μονάδα για τθ δθμιουργία υδρογόνου. (Ivy 2004) Για τισ Norsk Atmospheric Type No.5010 (4000 Amp DC), Norsk Atmospheric Type No.5010 (5150 Amp DC) και Norsk HPE 10 διπολικζσ αλκαλικζσ ςυςκευζσ του εμπορίου ιςχφει: ENERGY REQUIRED: SYSTEM 4,8 kwh/nm3 ι 53,4 kwh/kg (1 atm, 0 ο C) HYDROGEN PRODUCTION 10 Nm3/h Με τθ μόνθ διαφορά ότι ςτισ ατμοςφαιρικζσ διπολικζσ αλκαλικζσ ςυςκευζσ (δυο πρϊτεσ) το υδρογόνο παράγεται ςε 0,3 psig, ενϊ ςτθν διπολικι αλκαλικι ςυςκευι υπό πίεςθ (τρίτθ) το υδρογόνο παράγεται ςε 232 psig. (1 psi = 0,068948 bar = 0,068046 atm) (Ivy 2004) Αν κεωριςουμε ωσ Standard Conditions, πίεςθ 1 atm και κερμοκραςία 0 ο C (273.15 K) τότε από το NIST Chemistry WebBook θ πυκνότθτα του υδρογόνου είναι 0,089885 kg/m 3. Δθλ. θ ηθτοφμενθ παραγωγι υδρογόνου είναι 0,89885 kg/h. Αν κεωριςουμε ωσ Standard Conditions όπωσ ςυνθκίηεται ςτθν Ευρϊπθ, πίεςθ 1 bar και κερμοκραςία 0 ο C (273.15 K) τότε από το NIST Chemistry WebBook θ πυκνότθτα του υδρογόνου είναι 0,088710 kg/m 3. Δθλ. θ ηθτοφμενθ παραγωγι υδρογόνου είναι 0,8871 kg/h. Αν κεωριςουμε ωσ Standard Conditions, πίεςθ 1 atm και κερμοκραςία 25 ο C (298.15 K) τότε από το NIST Chemistry WebBook θ πυκνότθτα του υδρογόνου είναι 0,082351 kg/m 3. Δθλ. θ ηθτοφμενθ παραγωγι υδρογόνου είναι 0,82351 kg/h. 106

5.3.2) υμπίεςθ υδρογόνου Θ εγγραφι αυτι καλφπτει το φάςμα των ενεργειακϊν απαιτιςεων για τθ ςυμπίεςθ ι / και τθ ψφξθ του υδρογόνου (H 2 ) για τθν αποκικευςθ επί ζνα όχθμα υδρογόνου. Δφο φυςικζσ μζκοδοι αποκικευςθσ υδρογόνου κεωροφνται: H 2 ςυμπιεςμζνο αζριο ςε υψθλι πίεςθ (350 ι 700 bar) και υγρό υδρογόνο (LH 2 ). Οι κεωρθτικζσ ελάχιςτεσ ενεργειακζσ απαιτιςεισ κακορίηονται από τισ διαφορζσ εξζργειασ χρθςιμοποιϊντασ τισ πρότυπεσ ιδιότθτεσ του "κανονικοφ" του υδρογόνου (25% παρα-h 2 περιςτροφι ιςομερζσ), όπωσ αναφζρκθκε από το Εκνικό Λνςτιτοφτο Ρροτφπων (NIST). Σε όλεσ τισ περιπτϊςεισ υποτίκεται ότι Θ2 αζριο παράγεται αρχικά ςε 20 bar (290 psia). [11] Θ κεωρθτικι ενζργεια για τθ ςυμπίεςθ του υδρογόνου ιςόκερμα από 20 bar ζωσ 350 bar είναι 1,05 kwh / kg H2 και μόνο 1,36 kwh / kg H2 για 700 bar. Θ υγροποίθςθ του υδρογόνου περιλαμβάνει πολλαπλά ςτάδια παραγωγικισ διαδικαςίασ και ςε κάποιο βακμό περιςςότερθ πολυπλοκότθτα από τθ ςυμπίεςθ. Αυτό οδθγεί ςε ςθμαντικά υψθλότερεσ ενεργειακζσ απαιτιςεισ και ζνα ευρφτερο φάςμα των πραγματικϊν αναγκϊν ενζργειασ, θ οποία ποικίλλει ανάλογα με τθν κλίμακα τθσ μονάδασ υγροποίθςθσ. [11] Θ ελάχιςτθ κεωρθτικι ενζργεια για τθν υγροποίθςθ του υδρογόνου από ςυνκικεσ περιβάλλοντοσ (300 Κ, 1,01 bar) είναι 3,3 kwh / kg LH2 ι 3,9 kwh / kg LH2 με μετατροπι ςε παρα-lh2 (θ οποία είναι ςυνικθσ πρακτικι). Οι πραγματικζσ ενεργειακζσ ανάγκεσ υγροποίθςθσ είναι ςθμαντικά υψθλότερεσ, ςυνικωσ 10-13 kwh / kg LH2, ανάλογα με το μζγεκοσ τθσ μονάδασ υγροποίθςθσ. Κεωρθτικοί υπολογιςμοί κεωροφν ότι το Η2 παράγεται ςε 20 bar (290 psi) και 300 βακμοφσ Kelvin πριν ςυμπιεςτεί και / ι υγροποιθκεί. Αν το Θ2 ιταν διακζςιμο μόνο ςε ςυνκικεσ περιβάλλοντοσ (1 atm, 300 Kelvin), ζνα επιπλζον κεωρθτικό ελάχιςτο των 1,02 kwh / kg H2 κα απαιτοφνταν. [11] 5.4) Τπολογιςμόσ ενεργειακισ κατανάλωςθσ παραγωγισ υδρογόνου 5.4.1) Ενζργεια θλεκτρόλυςθσ Σφμφωνα με τον πρϊτο νόμο του Faraday για τθν θλεκτρόλυςθ: Ππου: ο όγκοσ του αερίου (L) 107

= 0,0820577 I ζνταςθ ρεφματοσ (A) Τ κερμοκραςία (Κ) t χρόνοσ F = 96485,31 As/mol, θ ςτακερά του Faraday p πίεςθ (atm) z (2 για Θ 2 και Ο 2 ) Κεωρϊντασ ότι θ ςυςκευι θλεκτρόλυςθσ λειτουργεί ςε 1 Amp για 1 hour και Standard Conditions τισ εξισ: T = 0 o C = 273,15 K p = 1 atm t = 3600 s I = 1 A Ο ςυνολικόσ όγκοσ αερίου, δθλ. το άκροιςμα όγκου υδρογόνου και όγκου οξυγόνου ςτουσ 0 o C και 1 atm: V H2 + V O2 = 0,418151 L + 0,209075 L = 0,627226 L Δεδομζνου ότι εφαρμόςαμε τον πρϊτο νόμο του Faraday για τθν θλεκτρόλυςθ ςε ατμοςφαιρικι πίεςθ, λαμβάνουμε υπόψθ τθ ςυςκευι ατμοςφαιρικισ θλεκτρόλυςθσ Norsk Atmospheric Type No.5010 ζνταςθσ ρεφματοσ 4000 Amp DC και για παραγωγι μζγιςτου αζριου όγκου (50+25=75) 75 Nm3/h (ςε 0 o C και 1 atm) ι 75.000 LPH ζχουμε: 75.000 LPH = 0,627226 LPH/A * 4000 A * X X ~ 30 θλεκτρολυτικά κελιά 30 * 2 V = 60 V τάςθ λειτουργίασ Αντίςτοιχα για τθ δεφτερθ ςυςκευι ατμοςφαιρικισ θλεκτρόλυςθσ Norsk Atmospheric Type No.5010 ζνταςθσ ρεφματοσ 5150 Amp DC, ζχουμε: 75.000 LPH = 0,627226 LPH/A * 5150 A * X X ~ 24 θλεκτρολυτικά κελιά 24 * 2 V = 48 V τάςθ λειτουργίασ [13] 108

Βάςθ των παραπάνω για παραγωγι 15 Nm3/h, από τθν πρϊτθ ςυςκευι ατμοςφαιρικισ θλεκτρόλυςθσ Norsk Atmospheric Type No.5010 ςε 0 o C και 1 atm απαιτοφνται: 15.000 LPH = 0,627226 LPH/A * A * 30 ~800 A Αντίςτοιχα για παραγωγι 15 Nm3/h, από τθ δεφτερθ ςυςκευι ατμοςφαιρικισ θλεκτρόλυςθσ, απαιτοφνται: 15.000 LPH = 0,627226 LPH/A * A * 24 ~1000 A Θ απόδοςθ τθσ θλεκτρολυτικισ ςυςκευισ ςυνικωσ υπολογίηεται από το λόγο τθσ κερμοουδζτερθσ τάςθσ κελιοφ (1,48 V) προσ τθ τάςθ λειτουργίασ κελιοφ. Θ τάςθ κελιοφ φτάνει μζχρι 14 V (για πολφ χαμθλζσ αποδόςεισ τθσ τάξθσ του 10%), αλλά για υπολογιςμοφσ ςε ςυςκευζσ θλεκτρόλυςθσ ςειράσ κελιϊν λαμβάνεται υπόψθ θ τιμι 2,0 V κελιοφ. Άρα θ απαιτοφμενθ ενζργεια θλεκτρόλυςθσ με τισ ςυγκεκριμζνεσ ςυςκευζσ ατμοςφαιρικισ θλεκτρόλυςθσ είναι ςτθν πρϊτθ περίπτωςθ: W = I * V = 800 A * 2 V * 30 = 48.000 W = 48 kw Και ςτθ δεφτερθ περίπτωςθ: W = I * V = 1000 A * 2 V * 24 = 48.000 W = 48 kw 5.4.2) υμπίεςθ Θ απαιτοφμενθ ενζργεια ςυμπίεςθσ, όπωσ προκφπτει από το Νόμο ιδανικοφ αερίου, κυμαίνεται ςτθ πραγματικότθτα μεταξφ τθσ ενζργειασ ιςόκερμθσ ςυμπίεςθσ (ελάχιςτθ) ( ) (1) όπου (Pa) (1 bar = 10 5 Pa), V (m 3 ), (J) και Τ (Κ) και ενζργειασ αδιαβατικισ ςυμπίεςθσ (μζγιςτθ) Ππου (2) και για το Θ 2 ςτουσ 0 ο C και 1 atm 109

( ) ( ) (3) Το Θ 2 ςτισ δυο ςυςκευζσ ατμοςφαιρικισ θλεκτρόλυςθσ που εξετάςαμε παράγεται ςε πίεςθ 0,3 psig = 0,021 bar. Δθλ. κα απαιτθκεί μετά από αυτζσ αυξθμζνθ ενζργεια ςυμπίεςθσ (ςε 350 ι 700 bar) ςε ςφγκριςθ με τθν τρίτθ ςυςκευι θλεκτρόλυςθσ υπό πίεςθ που παράγει Θ 2 ςε 232 psig = 16 bar, τθν οποία δεν εξετάςαμε γιατί προτιμικθκαν ςυνκικεσ 0 o C και 1 atm. Για πίεςθ 0,021 bar και κερμοκραςία 0 ο C (273.15 K) από το NIST Chemistry WebBook θ πυκνότθτα του υδρογόνου είναι 0,0018640 kg/m 3. Θ ιςόκερμθ ςυμπίεςθ ωσ 350 bar δίνεται από τον τφπο (1) ( ) Για ιςόκερμθ ςυμπίεςθ ωσ 700 bar αντίςτοιχα από τον τφπο (1) ( ) 5.4.3) υνολικι ενεργειακι απαίτθςθ για παραγωγι 10 Nm3/h ςυμπιεςμζνου Η2 Α) Για παραγωγι ςυμπιεςμζνου ςε 350 bar Θ2, 10 Nm3/h ςε 0 ο C και 1 atm απαιτοφνται 53,4 kwh/kg + 3,05 kwh/kg = 56,45 kwh/kg ι 56,45 kwh/kg 0,89885 kg/h = 50,75 kwh/h Β) Για παραγωγι ςυμπιεςμζνου ςε 700 bar Θ2, 10 Nm3/h ςε 0 ο C και 1 atm απαιτοφνται 53,4 kwh/kg + 3,3 kwh/kg = 56,7 kwh/kg ι 56,7 kwh/kg 0,89885 kg/h = 51 kwh/h 110

5.5) Τπολογιςμόσ Φ/Β ςτθ Ρόδο 5.5.1) Τπολογιςμόσ ολικισ θλιακισ ακτινοβολίασ το οριηόντιο επίπεδο Οι μετριςεισ τθσ ΕΜΥ ςχετικά με κλιματολογικά δεδομζνα ςτθν Ελλάδα είναι το αποτζλεςμα μακροχρόνιων καταγραφϊν κατά τθν τελευταία πεντθκονταετία, ςε πάνω από 30 περιοχζσ τθσ Ελλάδασ. Από τα κλιματολογικά δεδομζνα τθσ Εκνικισ Μετεωρολογικισ Υπθρεςίασ (ΕΜΥ), εκτιμικθκαν οι παρακάτω κλιματικζσ τιμζσ μετεωρολογικϊν παραμζτρων για τθ όδο: Γεωγραφικό Ρλάτοσ: 36 0 22 Γεωγραφικό Μικοσ: 28 0 07 [10 ; 24] Υψόμετρο Βαρομζτρου (m): 11,5 Θ όδοσ ανικει ςτθν κλιματικι ηϊνθ Α (T.O.T.E.E. 20701-3/2010) Σχήμα 5.2: χθματικι Απεικόνιςθ κλιματικϊν ηωνϊν ελλθνικισ επικράτειασ 111

Μζςθ μθνιαία κερμοκραςία 24ϊρου * ο C] Οι μζςεσ μθνιαίεσ κερμοκραςίεσ εξωτερικοφ αζρα εικοςιτετραϊρου τθσ όδου δίδονται ςτον παρακάτω πίνακα και ςχιμα. ΜΘΝΑΣ Μζςθ μθνιαία κερμοκραςία 24ϊρου * ο C] ΛΑΝ 12,0 ΦΕΒ 12,2 ΜΑ 13,7 ΑΡ 16,6 ΜΑΪ 20,6 ΛΟΥΝ 24,8 ΛΟΥΛ 26,9 ΑΥΓ 27,1 ΣΕΡ 24,7 ΟΚΤ 20,9 ΝΟΕ 16,7 ΔΕΚ 13,5 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 ΛΑΝ ΦΕΒ ΜΑ ΑΡ ΜΑΪ ΛΟΥΝ ΛΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΡ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ ΜΗΝΑ Σχήμα 5.3: Διάγραμμα απεικόνιςθσ μζςων μθνιαίων κερμοκραςιϊν εξωτερικοφ αζρα εικοςιτετραϊρου τθσ Ρόδου 112

Στον παρακάτω πίνακα δίδονται οι βακμοθμζρεσ κζρμανςθσ για τθ όδο, με κερμοκραςία αναφοράσ τουσ 18 ο C, όπωσ ζχουν υπολογιςτεί από τισ μζςεσ μθνιαίεσ κερμοκραςίεσ εξωτερικοφ αζρα εικοςιτετραϊρου τθσ όδου. Βακμοθμζρεσ κζρμανςθσ ΜΘΝΑΣ DD με κερμοκραςία αναφοράσ 18 ο C ΛΑΝ 186 ΦΕΒ 162 ΜΑ 133 ΑΡ 42 ΜΑΪ - ΛΟΥΝ - ΛΟΥΛ - ΑΥΓ - ΣΕΡ - ΟΚΤ - ΝΟΕ 39 ΔΕΚ 140 Θ ολικι θλιακι ακτινοβολία που προςπίπτει πάνω ςε μια οριηόντια (Ε horiz,global ) ι κεκλιμζνθ επιφάνεια, ζχει δυο ςυνιςτϊςεσ: τθν άμεςθ (E direct ) και τθν διάχυτθ θλιακι ακτινοβολία (E diffusion ). Θ άμεςθ θλιακι ακτινοβολία εξαρτάται από απόςταςθ Ιλιου-Γθσ, τθν θλιακι απόκλιςθ (δ), το θλιακό φψοσ (α), το γεωγραφικό πλάτοσ του τόπου (φ), το υψόμετρο του τόπου (h), τθν κλίςθ τθσ επιφάνειασ επί τθσ οποίασ προςπίπτει (β), κακϊσ και από τθν απορρόφθςθ και διάχυςθ τθν οποία υφίςταται μζςα ςτθν ατμόςφαιρα. (T.O.T.E.E. 2071 3/2010). Θ ζνταςθ τθσ θλιακισ ενζργειασ εξαρτάται κυρίωσ από το φψοσ του θλίου πάνω από τον ορίηοντα. Αν ο ιλιοσ βρίςκεται ςτο ηενίκ, θ διαδρομι των θλιακϊν ακτίνων είναι ςθμαντικά μικρότερθ από αυτι όταν θ ιλιοσ βρίςκεται κοντά ςτον ορίηοντα. Με τθν αφξθςθ τθσ διαδρομισ θ ζνταςθ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ μεταβάλλεται. Θ ζνταςθ τθσ θλιακισ 113

ακτινοβολίασ εξαρτάται επίςθσ από τθ γωνία υπό τθν οποία προςπίπτουν οι θλιακζσ ακτίνεσ, από τθν οποία εξαρτάται θ ακτινοβολοφμενθ επιφάνεια (όςο αυξάνεται θ γωνία πρόςπτωςθσ το εμβαδόν τθσ ακτινοβολοφμενθσ επιφάνειασ μεγαλϊνει). Ζτςι, θ ίδια θλιακι ακτινοβολία προςπίπτει ςε μεγαλφτερθ επιφάνεια, ςυνεπϊσ θ ζνταςι τθσ μειϊνεται. Θ ζνταςθ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ εξαρτάται επίςθσ από τθ μάηα του αζρα μζςω του οποίου περνάνε οι θλιακζσ ακτίνεσ. Θ ζνταςθ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ ςτα βουνά είναι μεγαλφτερθ απ ότι ςτο επίπεδο τθσ κάλαςςασ, γιατί το πάχοσ του ςτρϊματοσ αζρα που διαπερνοφν οι θλιακζσ ακτίνεσ είναι μικρότερο από αυτό πάνω από το επίπεδο τθσ κάλαςςασ. Επίςθσ, αν θ ατμόςφαιρα ζχει ρφπουσ, τότε θ ζνταςθ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ μειϊνεται (ςτισ πόλεισ θ ζνταςθ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ είναι κατά μζςον όρο 12% μικρότερθ απ ότι ςτισ αγροτικζσ περιοχζσ). Θ ζνταςθ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ υπολογίηεται ςε θμεριςια και ετιςια βάςθ. Στον παρακάτω πίνακα δίνονται μζςεσ τιμζσ για τθν θλιακι ακτινοβολία ςτο οριηόντιο επίπεδο *kwh/m 2 mo)+ για τθ όδο, όπωσ ζχουν υπολογιςτεί από τισ βακμοθμζρεσ κζρμανςθσ για τθν ίδια περιοχι. ΜΘΝΑΣ Μζςθ μθνιαία θλιακι ακτινοβολία ςτο οριηόντιο επίπεδο *kwh/(m 2 mo)] ΛΑΝ 69,9 ΦΕΒ 85,1 ΜΑ 130,8 ΑΡ 164,0 ΜΑΪ 203,0 ΛΟΥΝ 217,2 ΛΟΥΛ 225,1 ΑΥΓ 204,3 ΣΕΡ 158,9 ΟΚΤ 120,2 ΝΟΕ 79,2 ΔΕΚ 61,2 114

Μζςθ μθνιαία θλιακι ακτινοβολία ςτο οριηόντιο επίπεδο *kwh/(m 2 mo)+ 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 ΛΑΝ ΦΕΒ ΜΑ ΑΡ ΜΑΪ ΛΟΥΝ ΛΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΡ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ ΜΗΝΑ Σχήμα 5.4: Διάγραμμα μζςθσ μθνιαίασ θλιακισ ακτινοβολίασ ςτο οριηόντιο επίπεδο (Σ.Ο.Σ.Ε.Ε. 20701-3/2010) Από το πρόγραμμα PVGIS, για δεδομζνα τθν περιοχι τθσ όδου, τισ γεωγραφικζσ τθσ ςυντεταγμζνεσ και ονομαςτικι εγκατεςτθμζνθ ιςχφ Φ/Β ςυςτιματοσ 1000kW, αλλά για το οριηόντιο επίπεδο, δθλ. για κλίςθ φωτοβολταϊκϊν μονάδων 0, λαμβάνουμε τα εξισ αποτελζςματα: Month Irradiation at inclination: (Wh/m2/day) 0 deg. Jan 2289 Feb 3226 Mar 4532 Apr 5574 May 6563 Jun 7259 Jul 6979 Aug 6320 Sep 5419 Oct 4078 Nov 2715 Dec 1999 115

Year 4753 Πίνακασ 5.1: Μζςθ μθνιαία ολικι οριηόντια θλιακι ακτινοβολία ςτο PV ςφςτθμα [Wh/(m 2 day)] Month Dif./global irradiation Jan 0.50 Feb 0.44 Mar 0.41 Apr 0.40 May 0.39 Jun 0.35 Jul 0.36 Aug 0.36 Sep 0.34 Oct 0.37 Nov 0.44 Dec 0.53 Year 0.39 Πίνακασ 5.2: Μζςοσ μθνιαίοσ λόγοσ (θλιακι ακτινοβολία διάχυςθσ / ολικι θλιακι ακτινοβολία) ςτο οριηόντιο επίπεδο. (PVGIS European Commission) Ραρατθροφμε μεγάλο βακμό ςυςχζτιςθσ των τιμϊν μζςθσ μθνιαίασ θλιακισ ακτινοβολίασ ςτο οριηόντιο επίπεδο *kwh/(m 2 mo)+ από μετεωρολογικά δεδομζνα τθσ ΕΜΥ και των τιμϊν μζςθσ μθνιαίασ ολικισ οριηόντιασ θλιακισ ακτινοβολίασ 24 ϊρου [Wh/(m 2 day)] από τθν εφαρμογι του PVGIS προγράμματοσ τθσ ευρωπαϊκισ επιτροπισ, για τθν όδο, και αυτό επιβεβαιϊνει τθν ορκότθτα των τιμϊν ολικισ θλιακισ ακτινοβολίασ ςτο οριηόντιο επίπεδο. Βζλτιςτθ κλίςθ Τα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα μπορεί να είναι τοποκετθμζνα πάνω ςε ςτακερι βάςθ ι ςε περιςτρεφόμενθ βάςθ. Για ςτακερι βάςθ με δυνατότθτα ι μθ ρφκμιςθσ τθσ γωνίασ κλίςθσ (β) ωσ προσ το οριηόντιο επίπεδο, ο υπολογιςμόσ τθσ προςπίπτουςασ θλιακισ ακτινοβολίασ γίνεται από τθν εξ. (2) (για μθνιαίεσ τιμζσ). Θ βζλτιςτθ ετιςια ςτακερι γωνία κλίςθσ ενόσ 116

θλιακοφ ςυςτιματοσ, εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτοσ τθσ περιοχισ, τθν περίοδο θλιοφάνειασ, τθ μορφολογία τθσ περιοχισ εγκατάςταςθσ και τα φυςικά εμπόδια. Ενδεικτικά, για τθν Καλαμάτα που βρίςκεται ςε γεωγραφικό πλάτοσ 36 07'0" θ βζλτιςτθ ετιςια ςτακερι γωνία κλίςθσ β των Φ/Β κυμαίνεται μεταξφ 22-32, κατά προςζγγιςθ ίςθ με τθ βζλτιςτθ ετιςια ςτακερι γωνία κλίςθσ β των Φ/Β ςτθ όδο που βρίςκεται ςε γεωγραφικό πλάτοσ 36 22'0". Οι βάςεισ με ζναν άξονα περιςτροφισ διατθροφν τθν ςυλλεκτικι επιφάνεια ενόσ θλιακοφ ςυςτιματοσ ςε ςτακερι κλίςθ αλλά με προςανατολιςμό ίςο με το θλιακό αηιμοφκιο, που για τθ όδο είναι -2.0, δθλ. με ανατολικό προςανατολιςμό. (Τ.Ο.Τ.Ε.Ε. 20701-3/2010) Με πολλαπλαςιαςμό των αντίςτοιχων τιμϊν των δυο παραπάνω πινάκων μζςθσ μθνιαίασ ολικισ οριηόντιασ θλιακισ ακτινοβολίασ [Wh/(m2 day)+ και μζςου μθνιαίου λόγου (θλιακι ακτινοβολία διάχυςθσ)/(ολικι θλιακι ακτινοβολία) ςτο οριηόντιο επίπεδο, προκφπτει ο πίνακασ μζςθσ μθνιαίασ θλιακισ ακτινοβολίασ διάχυςθσ: ΜΘΝΑΣ Μζςθ μθνιαία θλιακι ακτινοβολία διάχυςθσ *Wh/(m 2 day)] ΛΑΝ 1144,50 ΦΕΒ 1419,44 ΜΑ 1858,12 ΑΡ 2229,60 ΜΑΪ 2559,57 ΛΟΥΝ 2540,65 ΛΟΥΛ 2512,44 ΑΥΓ 2275,20 ΣΕΡ 1842,46 ΟΚΤ 1508,86 ΝΟΕ 1194,60 ΔΕΚ 1059,47 Θ μζςθ μθνιαία ολικι θλιακι ακτινοβολία ςε κεκλιμζνο επίπεδο υπολογίηεται από τθν ακόλουκθ ςχζςθ: [kwh/(m 2 mo)] 117

θ ανακλαςτικότθτα του εδάφουσ θ μζςθ μθνιαία ολικι θλιακι ακτινοβολία ςτο οριηόντιο επίπεδο για τθ όδο θ μζςθ μθνιαία διάχυτθ θλιακι ακτινοβολία ςτο οριηόντιο επίπεδο για τθ όδο θ κλίςθ τθσ επιφάνειασ ο μζςοσ μθνιαίοσ γεωμετρικόσ παράγοντασ Για νότιο προςανατολιςμό, δθλ. για θλιακό αηιμοφκιο (γ) 0, ο ςυντελεςτισ υπολογίηεται αρκετά ευκολότερα απ ότι για θλιακό αηιμοφκιο (γ 0), -2. 5.6) Τπολογιςμόσ ιςχφοσ Φ/Β μονάδασ Θ ενζργεια που παράγεται ετθςίωσ από μια φωτοβολταϊκι μονάδα *E DC + υπολογίηεται από τθν ετιςια προςπίπτουςα θλιακι ακτινοβολία ςτο επίπεδο τθσ Φ/Β μονάδασ και τθ εγκατεςτθμζνθ ονομαςτικι (μζγιςτθ) ιςχφ *P FV +, από τθν παρακάτω ςχζςθ: [1] όπου είναι θ απόδοςθ τθσ φωτοβολταϊκισ μονάδασ και υπολογίηεται από το άκροιςμα των απωλειϊν: Ο ακριβισ κακοριςμόσ των απωλειϊν για ζνα ςυγκεκριμζνο ςφςτθμα είναι ζνα πολφ περίπλοκο ζργο, δεδομζνου ότι περιλαμβάνει τθ χριςθ ενόσ ςφνκετου μακθματικά μοντζλου που δεν παρζχει πάντα ακριβι αποτελζςματα. [6] Θ ιςχφσ τθσ μονάδασ φωτοβολταϊκϊν εξαρτάται από τον αρικμό των κυψελϊν (cells) τθσ μονάδασ (module), το είδοσ των κυψελϊν, και τθ ςυνολικι επιφάνεια των κυψελϊν. Πλεσ οι μονάδεσ βακμολογοφνται από τουσ καταςκευαςτζσ όςον αφορά τθ μζγιςτθ παραγόμενθ DC ιςχφ τουσ (Wp) υπό πρότυπεσ ςυνκικεσ δοκιμισ (STC): δθλαδι 1000W / m² θλιακοφ φωτόσ («αιχμι του ιλιου»), 25 C, και μάηα του αζρα 1,5, ανά ϊρα θλιοφάνειασ. Οι μονάδεσ παράγουν ςχεδόν πάντα μικρότερθ από τθν ονομαςτικι μζγιςτθ ιςχφ τουσ ςε πραγματικζσ ςυνκικεσ. Το αποτζλεςμα ποικίλει ανάλογα με: το ποςό τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ τθ κερμοκραςία τθσ μονάδασ (θ παραγωγι μειϊνεται όςο αυξάνεται θ κερμοκραςία), τθ τάςθ ςτθν οποία το φορτίο (ι μπαταρία) αντλεί δφναμθ από τθ μονάδα. 118

Σθμείωςθ. Σκίαςθ ενόσ μόνο κυττάρου μιασ μονάδασ κα μειϊςει ςθμαντικά τθν παραγωγι του. [7] Θ ςυνολικι ακτινοβολία ςε οριηόντια επιφάνεια ςτθ Γθ (Ε horiz,global ) αποτελείται από τθν άμεςθ ακτινοβολία (E direct ) και τθν διάχυτθ ακτινοβολία (E diffusion ). Σε κεκλιμζνο επίπεδο υπάρχει και μια άλλθ ςυνιςτϊςα ακτινοβολίασ: E ref θ οποία αντανακλάται από το ζδαφοσ. Ωσ εκ τοφτου, θ E inclination ςε κεκλιμζνο επίπεδο αποτελείται από τρεισ ςυνιςτϊςεσ: E incl. = E dir. + E dif. + E ref Εφαρμογι του PVGIS προγράμματοσ τθσ ευρωπαϊκισ επιτροπισ (http://sunbird.jrc.it/pvgis/apps/pvest.php) δίνει τα ίδια αποτελζςματα για τθν περιοχι τθσ όδου για δυο τφπουσ PV systems: Location: 36 22'0" North, 28 7'0" East, Elevation: 81 m a.s.l, Nearest city: Rodhos, Greece (13 km away) Nominal power of the PV system: 1000.0 kw (crystalline silicon) Inclination of modules: 32.0 (optimum) Orientation (azimuth) of modules: -2.0 (optimum) Estimated losses due to temperature: 9.7% (using local ambient temperature data) Estimated loss due to angular reflectance effects: 2.7% Other losses (cables, inverter etc.): 14.0% Combined PV system losses: 26.4% ι Location: 36 22'0" North, 28 7'0" East, Elevation: 81 m a.s.l, Nearest city: Rodhos, Greece (13 km away) Nominal power of the PV system: 1000.0 kw (thin film) Inclination of modules: 32.0 (optimum) Orientation (azimuth) of modules: 2.0 (optimum) Estimated losses due to temperature: 8% (generic value for areas without temperature information or for PV modules with unknown temperature dependence) Estimated loss due to angular reflectance effects: 2.7% 119

Other losses (cables, inverter etc.): 14.0% Combined PV system losses: 24.7% Υπολογίηοντασ και ςτισ δυο περιπτϊςεισ τθν ιδανικι κλίςθ των Φ/Β μονάδων ςτισ 32.0. Με τα εξισ κοινά αποτελζςματα μζςων ςυνολικϊν μθνιαίων τιμϊν θλιακισ ακτινοβολίασ για τθν ιδανικι κλίςθ των 32.0 (E incl.,month ): Location: 36 22'0" North, 28 7'0" East, Elevation: 81 m a.s.l, Nearest city: Rodhos, Greece (13 km away) Land cover class: agro-forestry areas (CLC244) Optimal inclination angle is: 32 degrees Annual irradiation deficit due to shadowing (horizontal): 0.0 % Month Irradiation at inclination: (Wh/m2/day) Opt. angle Jan 3428 Feb 4435 Mar 5442 Apr 5870 May 6258 Jun 6610 Jul 6517 Aug 6415 Sep 6280 Oct 5455 Nov 4086 Dec 3055 Year 5324 Πίνακας 5.3 120

Διάγραμμα 5.4 Με αντικατάςταςθ ςτθν *1+ για φωτοβολταϊκά πλαίςια ονομαςτικισ (μζγιςτθσ) ιςχφοσ 1.0 kwp, τεχνολογίασ λεπτοφ φιλμ, που παρουςιάηει τισ λιγότερεσ απϊλειεσ, Α) για παραγωγι υδρογόνου 10Nm 3 /h, 350 bar και 300 Kelvin θ *1+ γίνεται: kwp (ονομαςτικισ ι μζγιςτθσ ιςχφοσ) Φ/Β πάρκο Β) για παραγωγι υδρογόνου 10Nm 3 /h, 700 bar και 300 Kelvin θ *1+ γίνεται: KWp (ονομαςτικισ ι μζγιςτθσ ιςχφοσ) Φ/Β πάρκο 121