Analiza metod produkcji biowodoru pod kątem wielkości emisji GHG

• Autorzy: Berdechowski Kamil

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2019.04.05

Warianty tytułu

EN

Analysis of biohydrogen production methods in terms of GHG emission value

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym z paliw, jakie w przyszłości planuje się wykorzystywać w dużo większym stopniu niż obecnie jest wodór. Wiele wdrażanych technologii ma pozwolić na to, aby bez większych przeszkód stosować ten rodzaj paliwa do pojazdów silnikowych. Jednak już od dawna wodór jest niezbędnym surowcem w wielu instalacjach do produkcji paliw tradycyjnych i używany przede wszystkim do tzw. wodorowych procesów katalitycznych (m.in. hydrokrakingu i hydrorafinacji). Tradycyjna technologia produkcji wodoru polegająca na reformingu parowym gazu ziemnego generuje wysoką emisję GHG w cyklu życia. Przyczyną tego jest wykorzystanie surowca kopalnego, z którego na etapie produkcji powstaje CO2 (traktowany jako emisja z paliwa kopalnego i wliczany do bilansu emisji GHG). Drugim powodem jest wysoka energochłonność procesu, która przekłada się na dodatkową emisję gazów cieplarnianych generowaną w cyklu życia. Mając na uwadze ten aspekt, celowym jest wykorzystanie alternatywnych sposobów otrzymywania wodoru oraz znanych procesów, ale z wykorzystaniem biomasy odpadowej jako wyjściowego surowca. Procesy takie prowadzą do uzyskania wodoru, który ze względu na pochodzenie surowca z jakiego powstał, traktowany jest jako biopaliwo. Obecne rozwiązania prawne dają możliwość zakwalifikowania biowodoru używanego w wyżej wymienionych procesach rafineryjnych jako biogenny składnik tradycyjnego paliwa. Jednak aby uzyskał on status biopaliwa zaliczonego na poczet realizacji NCW, musi on spełniać wymogi dyrektywy 2009/28/WE (tzw. RED) i ILUC. Kluczowym jest więc udowodnienie, że surowce z których dane biopaliwo wyprodukowano spełniają tzw. kryteria zrównoważonego rozwoju. W artykule opisano metody produkcji wodoru ze szczególnym uwzględnieniem biomasy jako surowca do jego produkcji. W przypadku jej wykorzystania, otrzymany w wyniku jej przeróbki wodór posiada biogenny charakter, a zatem może być potraktowany jako biopaliwo. Jednak zgodnie z obecnymi przepisami, każde biopaliwo, aby zostało zaliczone na poczet realizacji Narodowego Celu Wskaźnikowego (NCW), musi wykazać spełnienie tzw. kryteriów zrównoważonego rozwoju. Jednym z nich jest minimalny poziom ograniczenia emisji gazów cieplarnianych liczony w cyklu życia. Dlatego w artykule przeanalizowano trzy ścieżki produkcyjne, tj. produkcję biowodoru z biogazu, resztek drzewnych oraz surowej gliceryny. Spośród tych trzech najkorzystniejszym wariantem okazał się reforming biogazu, który wykazał ograniczenie emisji GHG na poziomie około 77%. Dodatkowo, tylko ta ścieżka produkcji spełniła wymagania stawiane biopaliwom otrzymywanym w nowych instalacjach.

EN

One of the fuels which will be used in the future to a much greater extent than currently is hydrogen. Many of the implemented technologies will allow this kind of fuel to drive motor vehicles without major obstacles. However, hydrogen has long been an indispensable raw material for many installations for the production of traditional fuels and used primarily for the so-called hydrogen catalytic processes (including hydrocracking, hydrotreating). Traditional hydrogen production based on natural gas steam reforming, generates high GHG emissions over the life cycle. The reason for this is the use of fossil raw material, from which CO2 is generated at the production stage (treated as emission from fossil fuel and included in the GHG emission balance). The second reason is the high energy consumption of the process, which translates into additional greenhouse gas emissions generated in the life cycle. Given this aspect, it is advisable to use alternative methods of obtaining hydrogen and known processes, but using waste biomass as the starting raw material. Such processes lead to obtaining hydrogen, which due to the origin of the raw material from which it was created, is treated as a biofuel. Current legislation allows the possibility to qualify the biohydrogen used in the abovementioned refinery processes as a biogenic component of traditional fuel. However, according to the current regulations, each biofuel must meet the sustainability criteria. One of them is the minimum level of greenhouse gas emission reduction calculated in the whole life cycle. Therefore, as part of this work, three production paths have been analyzed. The following pathways were analyzed: biohydrogen from biogas, biohydrogen from wood residues and biohydrogen from raw glycerine. Of the three, the most advantageous variant turned out to be biogas reforming, which showed a GHG emission reduction of around 77%. In addition, only this production path met the requirements for biofuels obtained on new installations.

Słowa kluczowe

PL

biowodór; biopaliwo; reforming; zgazowanie; emisja GHG

EN

biohydrogen; biofuel; reforming; gasification; GHG emissions

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 4
• Strony: 230--235
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., tab., wz.

Twórcy

autor

Berdechowski Kamil

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Literatura
• Biograce, The BioGrace GHG calculation tool: a recognised voluntary scheme. https://www.biograce.net/content/ghgcalculationtools/recognisedtool/ (dostęp: październik 2018).
• Chmielniak T., Sciążko M., 2003. Co-gasification of biomass and coal for methanol synthesis. Applied Energy, 74: 393–403. DOI: 10.1016/s0306-2619(02)00184-8.
• Demusiak G., 2012. Otrzymywanie paliwa wodorowego metodą reformowania gazu ziemnego dla ogniw paliwowych małej mocy. NaftaGaz, 10: 661–673.
• Higman C., van der Burgt M., 2003. Gasification. Burlington: Elsevier. ISBN: 978-0-7506-8528-3.
• Lu. Y.J., Guo L.J., Ji C.M., Zhang X.M., Xao X.H., Yan Q., 2006. Hydrogen production by biomass gasification in supercritical water: A parametric study. International Journal of Hydrogen Energy, 31(7): 822–831. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2005.08.011.
• Ni M., Leung D.Y.C., Leung M.K.H., Sumathy K., 2006. An overview of hydrogen production from biomass. Fuel Processing Technology, 87(5): 461–472. DOI: 10.1016/j.fuproc.2005.11.003.
• Raport JRC, 2017. Definition of input data to assess GHG default emissions from biofuels in EU legislation, https://ec.europa.eu/jrc/en/publication/eur-scientific-and-technical-research-reports/definition-input-data-assess-ghg-default-emissionsbiofuels-eu-legislation-version-1c-july (dostęp: październik 2018).
• Tamhankar S., 2012. Green hydrogen by pyroreforming of glycerol. In: Hydrogen Systems: Enabling Energy Solutions. World Hydrogen Energy Conference, Toronto, 3–7.06.2012.
• Warowny W., 2008. Podstawowe technologie termochemicznego pozyskiwania wodoru. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 5: 8–14. ISSN: 0016-5352.
• Warowny W., Kwiecień K., 2006. Reforming gazu ziemnego ditlenkiem węgla. Nafta-Gaz, 12: 680–691.
• Wender I.: Reactions of synthesis gas, Fuel Processing Technology, 1996,48,189-297, DOI: 10.1016/s0378-3820(96)01048-x;
• Winnipeg Sewage Treatment Program. South end Plant. Process Selection Report. https://www.winnipeg.ca/finance/findata/matmgt/documents//2012/682-2012//682-2012_Appendix_HWSTP_South_End_Plant_Process_Selection_Report/PSR_rev%20final.pdf (dostęp: październik 2018).
• Wulf C., Kaltschmitt M., 2013: Life cycle assessment of biohydrogen production as a transportation fuel in Germany. Bioresource Technology, 150: 466–475. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.08.127.
• Akty prawne i normatywne
• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2015/1513 z dnia 9 września 2015 r. zmieniająca dyrektywę 98/70/WE odnoszącą się do jakości benzyny i olejów napędowych oraz zmieniająca dyrektywę 2009/28/WE w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych.
• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych zmieniająca i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).