Η ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ Το Όραμα του Η 2 για το Μέλλον Συστήματα Υδρογόνου Παραγωγή Υδρογόνου Αποθήκευση & Μεταφορά Υδρογόνου Κυψέλες Καυσίμου Τα Προβλήματα του Υδρογόνο Τι Υπόσχεται το Υδρογόνο Συμπεράσματα
ΣΗΜΕΡΑ Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΡΟΕΡΧΕΤΑΙ ΚΥΡΙΩΣ ΑΠΟ ΤΑ ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Όμως, υπάρχουν προβλήματα με τα ορυκτά καύσιμα
ΚΥΡΙΟΤΕΡΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΤΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ Κάποτε θα εξαντληθούν. Προκαλούν περιβαλλοντικά προβλήματα. Εξάρτηση από τις χώρες της Μέσης Ανατολής.
ΕΞΑΝΤΛΗΣΗ Εκατομμύρια χρόνια πριν, όπως και σήμερα, τα φυτά λάμβαναν ενέργεια από τον ήλιο για να αναπτυχθούν. Τα φυτά μετατράπηκαν σε πετρέλαιο, άνθρακα και φυσικό αέριο. Το παραπάνω αποτελούσε μία τεράστια αποθήκη ορυκτών καυσίμων. Αυτή η αποθήκη κάποια στιγμή θα αδειάσει και δεν θα επαναληφθεί ξανά η ίδια διαδικασία στο κοντινό ή απώτερο μέλλον
ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ Αέρια Ρύπανση Παγκόσμια υπερθέρμανση Επιδράσεις στον πλανήτη από την εξόρυξη
ΕΞΑΡΤΗΣΗ Θα πρέπει να «προστατευθούν» οι πηγές του πετρελαίου Πόλεμος στον Περσικό Κόλπο Πόλεμος στο Ιράκ Κόστος πολέμου = Δισ. $ + Ζωές «The time when we could count on cheap oil and even cheaper natural gas is clearly ending." David O Reilly, CEO Chevron Texaco (2005)
Το Όραμα του Η 2 για το Μέλλον "I believe that water will one day be employed as fuel, that hydrogen and oxygen which constitute it, used singly or together, will furnish an inexhaustible source of heat and light, of an intensity of which coal is not capable. I believe then that when the deposits of coal are exhausted, we shall heat and warm ourselves with water. Water will be the coal of the future." Ιούλιος Βερν (1870) L île mystérieuse
Το Μόριο του Υδρογόνου, H 2
ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΤΟ ΟΡΑΜΑ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΣΤΟ HONG KONG
ΣΤΑΘΜΟΣ ΕΦΟΔΙΑΣΜΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΚΥΚΛΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΗΣ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΟΙ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΔΡΟΜΟΙ ΓΙΑ ΤΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΟΙ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΔΡΟΜΟΙ ΓΙΑ ΤΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ Το προϊόν καύσης του H 2 είναι το νερό Μείωση της ρύπανσης από τα ορυκτά καύσιμα Μείωση των ρύπων του θερμοκηπείου Μείωση της οικονομικής εξάρτησης Κατανεμημένη παραγωγή ενέργειας
ΕΡΩΤΗΜΑΤΙΚΑ ΜΕ ΤΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟ Δεν είναι ευρέως διαθέσιμο στον πλανήτη Συνήθωςείναισυνδεδεμένοχημικάμετονερό και τα ορυκτά καύσιμα (πρέπει να διαχωριστεί) Τα ορυκτά καύσιμα συνεισφέρουν στην μόλυνση και στο φαινόμενο του θερμοκηπείου Η ηλεκτρόλυση απαιτεί σημαντικές ποσότητες ενέργειας
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΑ ΕΡΩΤΗΜΑΤΑ Πως παράγεται το υδρογόνο ; Με ποιο τρόπο μεταφέρεται ; Με ποιο τρόπο διανέμεται ; Με ποιο τρόπο αποθηκεύεται ;
ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΣΗΜΕΡΑ Παραγωγή Η 2 - Σήμερα 48% φυσικό αέριο 30% πετρέλαιο 18% άνθρακας 4% ηλεκτρόλυση Παγκόσμια Παραγωγή 50 εκατ. τν / χρ Αύξηση 10% / χρ Electrolysis 4% Coal 18% Oil 30% Natural Gas 48%
ΠΩΣ ΠΑΡΑΓΕΤΑΙ ΤΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟ ; Αναμόρφωση ορυκτών καυσίμων Υδρογονάνθρακες με Υδρατμούς Παραγωγή H 2 και CO (Αέριο Σύνθεσης) Ηλεκτρόλυση του Νερού Χρήση ηλεκτρικής ενέργειας για να διασπαστεί το νερό σε O 2 και H 2 Ηλεκτρόλυση Υψηλής Θερμοκρασίας Σε πειραματικό επίπεδο Βιολογικές Διεργασίες Πολύ συνηθισμένο στην φύση Σε πειραματικό επίπεδο στα εργαστήρια
ΑΤΜΟ-ΑΝΑΜΟΡΦΩΣΗ Από οποιονδήποτε υδρογονάνθρακα Συνήθως φυσικό αέριο Νερό (ατμός) και υδρογονάνθρακας αντιδρούν σε υψηλή θερμοκρασία (700 1100 C) Υδρατμός (H 2 O) αντιδρά με μεθάνιο (CH 4 ) CH 4 + H 2 O CO + 3 H 2-191.7 kj/mol Η θερμοδυναμική απόδοση είναι συγκρίσιμη με μία ΜΕΚ Δυσκολία να υπάρξουν κίνητρα για επενδύσεις
ΑΝΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΟΥ ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ Επιπρόσθετες ποσότητες υδρογόνου είναι δυνατό να ανακτηθούν χρησιμοποιώντας (CO) Χαμηλές-Τ (130 C) WGSR CO + H 2 O CO 2 + H 2 + 40.4 kj/mol Άτομα Οξυγόνου (O) από τον ατμό Οξειδώνουν τον άνθρακα (C) Απελευθερώνουν το υδρογόνο που είναι δεσμευμένο στον C και το O 2
ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΑΤΜΟ-ΑΝΑΜΟΡΦΩΣΗΣ
ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΣΗ ΝΕΡΟΥ (H 2 O)
ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΓΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΣΗ
ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΓΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΣΗ
ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΣΗ ΥΨΗΛΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Ηλεκτρόλυσησευψηλέςθερμοκρασίες Χρήση λιγότερης ενέργειας
ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΑΠΟ ΤΟΝ ΗΛΙΟ Sunlight Quantum Efficiency Bandgaps of three a-si layers: Eg1 = 690 nm Eg2 = 775 nm Eg3 = 885 nm Πανεπιστήμιο 150 µm Δυτικής Μακεδονίας, ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2007, ΠΤΟΛΕΜΑΙΔΑ
ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΑΠΟ ΑΠΕ
ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ Η φύση διαθέτει απλούστερους τρόπους να διασπά το νερό Οι επιστήμονες εργάζονται για να μιμηθούν την φύση στο εργαστήριο
ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ & ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ Η αποθήκευση είναι δύσκολη για το Η 2 Το H 2 έχει χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα ανά όγκο Απαιτούνται μεγάλες δεξαμενές για αποθήκευση Το H 2 μπορεί να συμπιεστεί για να μειωθεί ο όγκος Απαιτούνται βαριές και δυνατές δεξαμενές Το H 2 μπορεί να υγροποιηθεί για να μειωθεί ο όγκος Ζέει στους -423 F (Κρυογενικό) Απαιτούνται ιδιαίτερα ακριβές δεξαμενές με μόνωση Τόσοησυμπίεσηόσοκαιηυγροποίησηαπαιτούν σημαντικές ποσότητες ενέργειας
ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ Η ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΤΗΣ ΑΜΜΩΝΙΑΣ Το H 2 μπορεί να αποθηκευτεί ως NH 3 Υψηλές πυκνότητες υδρογόνου Η αμμώνια είναι σύνηθες χημικό προϊόν Υπάρχουν υποδομές Εύκολα μετατρέπεται σε υδρογόνο Δεν εκλύονται ρύποι ΑΛΛΑ Η παραγωγή αμμωνίας είναι ενεργοβόρα Η αμμωνία είναι τοξικό αέριο
ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΣΕ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΥΔΡΙΔΙΑ Τα μεταλλικά υδρίδια μπορούν να μεταφέρουν υδρογόνο Βόριο, λίθιο, νάτριο Καλή ενεργειακή πυκνότητα Όγκοι πολύ μεγαλύτεροι από βενζίνη 3 Χ Μεγαλύτεροι όγκοι 4 Χ Βαρύτερο Τα υδρίδια μπορούν να αντιδράσουν βιαίως με το νερό Προηγμένα υλικά Sodium Borohydride Lithium Aluminum Hydride Ammonia Borane
ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ & ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ Αποθήκευση & Μεταφορά ως αέριο ΗσυμπίεσητουH 2 απαιτεί ενέργεια Το συμπιεσμένο H 2 έχει πολύ λιγότερη ενέργεια σε σχέση με ίσο όγκο βενζίνης Αποθήκευση & Μεταφορά ως στερεό Sodium Borohydride Calcium Hydride Lithium Hydride Sodium Hydride
ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ & ΥΔΡΟΓΟΝΟ
ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΦΟΡΤΗΓΑ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΑΕΡΟΠΛΑΝΑ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΔΙΑΣΤΗΜΟΠΛΟΙΑ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΤΙΑΛΛΑΓΕΣΘΑΕΠΙΦΕΡΕΙΤΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟ ΣΤΙΣ ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ Βάρος Καυσίμου Βάρος δεξαμενής (SS) Βάρος δεξαμενής από ανθρακό νήματα Περιεχόμενος όγκος δεξαμενής Όγκος Δεξαμενής Φορτηγό (diesel) 1175 lb (small) NA 22.5 feet 3 24.0 feet 3 Αυτοκίνητο (Βενζίνη) 108 lb (small) NA 2.25 feet 3 2.5 feet 3 Φορτηγό με ΜΕΚ υδρογόνου 313 lb 31,300 lb 6,960 lb 67.5 feet 3 157 feet 3 Αυτοκίνητο με κυψέλη καυσίμου 17.4 lb 1740 lb 387 lb 4 feet 3 9 feet 3
ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΣΧΕΤΙΖΟΝΤΑΙ ΜΕ ΤΗΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 48% του υδρογόνου παράγεται από το φυσικό αέριο Εκπομπές CO 2 φαινόμενο θερμοκηπείου Το H 2 διαρρέει από τις δεξαμενές Δημιουργεί ελεύθερες ρίζες (H) στην στρατόσφαιρα λόγω UV ακτινοβολίας Μπορεί να λειτουργήσει σαν καταλύτης για την καταστροφή του όζοντος
ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΕΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΕΣ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ Η Ανώτερη Θερμογόνος Δύναμη (HHV) αποτελεί μέτρο της ενέργειας
ΥΔΡΟΓΟΝΟ vs. ΜΕΘΑΝΙΟ Μονάδες Υδρογόνο Μεθάνιο Πυκνότητα kg/m 3 0.0887 0.707 Ενέργεια ανά μάζα MJ/kg 142.0 55.6 Ενέργεια ανά όγκο MJ/m 3 12.7 40.0
ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ Οι ανεμογεννήτριες παράγουν ενέργεια. Μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας σε H 2 70% απόδοση. Συμπίεση H 2 για άντληση 20% απώλεια ενέργειας Άντληση H 2 σε μεγάλες αποστάσεις 30% απώλειες 65% απώλειες από την Ευρώπη στην Σαχάρα. Απώλειες σε σταθμούς εφοδιασμού 5% Απώλειες σε κυψέλες καυσίμου 50% Συνδυασμένες απώλειες μόνο 15-18%
ΚΡΙΤΙΚΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ Η ιδέα της οικονομίας του υδρογόνου δεν μπορεί να λειτουργήσει για πολλούς λόγους. Δεν υπάρχει πρακτική πηγή φθηνού υδρογόνου Δεν υπάρχει καλός τρόπος αποθήκευσης του υδρογόνου Δεν υπάρχει τρόπος μεταφοράς του υδρογόνου Προβλήματα με τις φυσικοχημικές ιδιότητες του υδρογόνου Η τεχνολογία δεν μπορεί να αλλάξει τα δεδομένα. Απαιτείται ένας συμπαγής ενεργειακός φορέας Μεθάνιο, αιθάνιο, μεθανόλη, αιθανόλη, βουτάνιο, οκτάνιο, αμμωνία, κ.α. είναι καλύτεροι ενεργειακοί φορείς. Με δυσκολία κατανοείται ο ενθουσιασμός για το υδρογόνο Το υδρογόνο δεν λύνει το ενεργειακό πρόβλημα και αποτελεί μία κακή επιλογή για μεταφορά ενέργειας.
ΠΟΣΟΑΣΦΑΛΕΣΕΊΝΑΙΤΟΗ2
Η ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΔΕΝ ΤΕΛΙΩΝΕΙ ΜΕ ΤΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟ
Η ΥΠΟΣΧΕΣΗ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ
ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΤΗΣ UNIDO-ICHET
ΤΟ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΤΗΣ ΙΣΛΑΝΔΙΑΣ Η Ισλανδία θα είναι η πρώτη εφαρμογή της οικονομίας του υδρογόνου το 2050 Θα χρησιμοποιηθεί γεωθερμική ενέργεια για να παραχθεί το υδρογόνο Αυτοκίνητα, λεωφορεία, καϊκια υδρογόνου
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΗκαύσητουH 2 παράγει νερό Μείωση της μόλυνσης από τα ορυκτά καύσιμα Μείωσητωνεκπομπώναερίωντου θερμοκηπείου Μείωση της οικονομικής εξάρτησης Κατανεμημένη παραγωγή ενέργειας
ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ Χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα Δυσκολείες στην διαχείριση, αποθήκευση, μεταφορά Απαιτεί νέες υποδομές Εκπέμπει CO 2 εάν παράγεται από ορυκτά καύσιμα Αποδίδει μικρή «καθαρή» ενέργεια Απαιτείται πολύ ενέργεια για να παραχθεί υδρογόνο Πιθανά περιβαλλοντικά προβλήματα Μείωση όζοντος (δεν έχει ακόμα αποδειχθεί)
ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ