Efektywność energetyczna i środowiskowa wybranych metod wykorzystania wodoru

• Autorzy: Kostowski Wojciech , Barzantny Marcel

Warianty tytułu

EN

Energy and environmental efficiency of selected methods to use hydrogen

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono przegląd wybranych metod zastosowania wodoru pochodzącego ze źródeł odnawialnych – rozważono finalne zastosowanie w energetyce, w transporcie indywidualnym i zbiorowym, w przemyśle oraz w gazownictwie poprzez zatłaczanie do sieci gazu ziemnego. Ocenie podlegała sprawność i systemowa efektywność łańcucha wodorowego z uwzględnieniem magazynowania pod ciśnieniem zależnym od sposobu wykorzystania finalnego. Sprawność procesu waha się od 24% (wykorzystanie wodoru w turbinach gazowych) do 60,8% (wykorzystanie w przemyśle lub gazownictwie), jednak w tym drugim przypadku produkowany nośnik podlega jeszcze dalszej konwersji energii. Porównując procesy zastąpione (np. zasilanie samochodów spalinowych, produkcja wodoru z reformingu) uzyskuje się ranking efektywności systemowej, w którym najkorzystniej wypada motoryzacja indywidualna (efektywność 144,8%, czyli mniejsza energochłonność względem obecnych paliw), w dalszej kolejności przemysł i transport autobusowy. Każdy z wariantów wykorzystania wodoru zapewnia także oszczędność emisji CO₂, najwyższą dla motoryzacji indywidualnej i energetyki, a najmniejszą w przypadku zatłaczania wodoru do sieci gazu ziemnego.

EN

The paper reports selected methods of green hydrogen utilisation: for power generation, private cars and public transport, for industry and for blending with natural gas in distribution networks. The evaluated parameters comprise the efficiency and system performance of the hydrogen value chain, accounting for its storage under the pressure required for the given process. The process efficiency ranges from 24% (gas turbines) to 60.8% (industry, gas networks), however, in the latter case the produced hydrogen is not a final energy carrier. Another ranking is obtained if the analysis also comprises the corresponding replaced processes (e.g. cars using oil-based fuels, steam methane reforming for hydrogen production); in this case hydrogen-fuel cell passenger cars yield the best system performance (144.8%, i.e. the processis less energy consuming than the existing one), followed by industry and hydrogen-fuelled buses. Each method of hydrogen utilisation also provides a reduction in CO₂ emission, the ranking is openedby passenger cars followed by power generation, and it is closed by hydrogen injection into natural gas grid.

Słowa kluczowe

PL

produkcja; magazynowanie wodoru; zagospodarowanie wodoru; metody zastosowania wodoru; efektywność energetyczna; oszczędność emisji CO2

EN

production; hydrogen storage; hydrogen utilisation; hydrogen application methods; energy efficiency; CO2 emission reduction

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 9
• Strony: 445--450
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kostowski Wojciech

• Politechnika Śląska, Katedra Techniki Cieplnej

autor

Barzantny Marcel

• Politechnika Śląska, Katedra Techniki Cieplnej

Bibliografia

• [1] E. Rebhan (red.) Energiehandbuch. Gewinnung, Wandlung und Nutzung von Energie. Springer Verlag, Berlin Heidelberg 2002.
• [2] Poland 2022. Energy Policy Review. International Energy Agency www.iea.org
• [3] CIRE - Centrum Informacji o Rynku Energii, na podstawie danych ENTSOE. www.cire.pl
• [4] Our World in Data: Carbon intensity of electricity 2021. www.ourworldindata.org
• [5] Polska Strategia Wodorowa do roku 2030 z perspektywą do roku 2040. Ministerstwo Klimatu i Środowiska, Warszawa 2021.
• [6] Chmielniak T., Chmielniak T. Energetyka wodorowa, PWN, Warszawa 2020.
• [7] Sun P., Elgowainy A., (2019) Updates of Hydrogen Production from SMR Process, https://greet. es.anl.gov/
• [8] Sanchez, RA et al. Numerical modelling and simulation of hydrogen production via four different chemical reforming processes: Process performance and energy requirements. "Canadian Journal of Chemical Engineering" 2016, 95 (5), pp. 880-901 DOI: 10.1002/cjce.22758.
• [9] Howarth, RW, Jacobson, MZ. How green is blue hydrogen? "Energy Sei Eng." 2021, 9, 1676-1687, https://doi.org/10.1002/ese3.956
• [10] Ulejczyk B. et al. Plasma-Catalytic Process of Hydrogen Production from Mixture of Methanol and Water.
• [11] Bhandari R. et al. LCA Assesment of Hydrogen Prod Methods - a Review. Jülich IEK-STE.
• [12] Kostowski W. et al. Effectiveness of the Hydrogen Production, Storage and Utilization Chain. Chapter in: Renewable Energy Sources: Eng. Technol. Innovation. Springer 2018.
• [13] Cahin S, Sahin HM, Generation-IVreactors and nuclear hydrogen production, "International Journal of Hydrogen Energy" 2021, Vol. 46, Issue 57, pp. 28936-48, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.12.182
• [14] https://www.h2bulletin.com/knowledge/hydro-gen-colours-codes/
• [15] Stawinoga B., Technologie Power-to-Gas - badanie efektu skali. Projekt inżynierski (kier. W. Kostowski), Politechnika Śląska, Gliwice 2022.
• [16] Wskaźniki emisyjności CO2, SO2, NOx, CO i pyłu całkowitego dla energii elektrycznej, grudzień 2021. Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami - raport.
• [17] Thietge U. et al. From laboratory to road. A 2018 update of official and real-world fuel consumption and CO2 values for passenger cars in Europe. ICCT White Paper 2019.
• [18] Emisje CO2 z samochodów: fakty i liczby. Parlament Europejski 2019. https://www.europarl.europa.eu/ news/pl/headlines/society/20190313ST031218/ emisje-co2-z-samochodow-fakty-i-liczby-infografiki
• [19] Greenhouse Gas Emissions from a Typical Passenger Vehicle. EPA - United States Environ. Protection Agency, 2022 https://www.epa.gov/gre-envehicles/greenhouse-gas-emissions-typical-passenger-vehicle
• [20] Energy consumption of cars per km. Portal www.odyssee-mure.eu
• [21] Aneke M., Wang M., Potential for improving the energy efficiency of cryogenic air separation unit (ASU) using binary heat recovery cycles, "Applied Thermal Engineering" 2015, Vol. 81, Pages 223-231 https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.02.034.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).