Review of hydrogen production technologies for auto-motive sector – thermodynamic analysis of energy and exergy losses

• Autorzy: Kowalczyk T. , Badur J.

Warianty tytułu

PL

Przegląd technologii wytwarzania wodoru dla sektora motoryzacyjnego – termodynamiczna analiza strat energetycznych i egzergetycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Few recent years has shown that hydrogen technology has a good chance to replace petroleum technology in automotive sector. However, hydrogen in pure form practically does not occur on Earth. That is why H2 form is used only as an energy carrier and it must be produced using another source of energy form water or hydrocarbon fuels. In this paper short overview of hydrogen production technology has been presented, with energy and exergy analysis of four chosen technologies. Water and steam splitting using PEM as efficient and technically the simplest methods, SOEC as an industrial high effective thermoelectric process and thermochemical decomposition as non-electric alternative.

PL

W ciągu kilku ostatnich lat udowodniono, że w sektorze motoryzacyjnym technologia wodorowa ma realne szanse zastąpić ropie naftową. Jednakże wodór w stanie wolnym praktycznie nie występuje na Ziemi. Z tego powodu wodór w postaci cząsteczkowej może być traktowany jedynie jako nośnik, a nie źródło energii i musi być wytworzony używając innego źródła energii z wody lub paliw hydrowodorowych. W niniejszej pracy pokrótce zostały przedstawione technologie produkcji wodoru z analizą energetyczną i egzergetyczną czterech z nich. Hydrolizy wody i pary wodnej metodą PEM jako efektywnej i technicznie najprostszej metody, SOFC jako efektywnego procesu termoelektrycznego w skali przemysłowej i termochemicznego rozkładu wody jako alternatywy dla metod wykorzystujących zjawisko elektrolizy.

Słowa kluczowe

EN

hydrogen production technologies; energy analysis; exergy analysis; hydrolysis water; PEM method; SOEC

PL

technologie produkcji wodoru; analiza energetyczna; analiza egzergetyczna; hydroliza wody; metoda PEM; SOFC

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Logistyka
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 4
• Strony: 9232--9237, CD3
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Kowalczyk T.

• Gdansk University of Technology, Conjoint Doctoral School at the Faculty of Mechanical Engineering; Institute Fluid-Flow Machinery PAS-ci, Energy Conversion Department, PhD student

autor

Badur J.

• Head of the Energy Conversion Department, Institute Fluid-Flow Machinery PAS-ci

Bibliografia

• [1] Andoa Y., Tanaka T.: Proposal for a new system for simultaneous production of hydrogen and hydrogen peroxide by water electrolysis. International Journal of Hydrogen Energy 2004, 29, 1349-1354
• [2] Badur J., Lemański M.: Ogniwa paliwowe SOFC z wewnętrznym reformingiem, Inżynieria chemiczna i procesowa 2005, 26 (1),157-172
• [3] Balta M.T., Dincer I., Hepbasli A.: Energy and exergy analyses of a new four-step coppere-chlorine cycle for geothermal-based hydrogen production. Energy 2010, 35, 3263-3272
• [4] Balta M.T., Dincer I., Hepbasli A.: Energy and exergy analyses of magnesium-chlorine (Mg-Cl) thermochemical cycle. International Journal of Hydrogen Energy 2012, 37, 4855-4862
• [5] Bueschke W., Skowron M., Borowski P., Cieślik W., Czajka J., Pielecha I.: Zabezpieczenie układów zasilania wodorem w pojazdach samochodowych. Logistyka Nauka 2014, 5, 180-187
• [6] Ferrero D, Lanzini A., Santarelli M., Leone P.: A comparative assessment on hydrogen production from low- and high-temperature electrolysis. International journal of hydrogen energy 2013, 38, 3523-3536
• [7] Granovskii M., Dincer I., Rosen M.A.: Exergetic life cycle assessment of hydrogen production from renewables. Journal of Power Sources 2007, 167, 461-471
• [8] Hinoa R., Hagaa K., Aita H., Sekita K.: R&D on hydrogen production by high-temperature electrolysis of steam. Nuclear Engineering and Design 2004, 233, 363-375
• [9] Holladay J.D., Hu J., King D.L., Wang Y.: An overview of hydrogen production technologies. Catalysis Today 2009, 4 (139), 244-260
• [10] Kanoglu M., Bolatturk A., Yilmaz C.: Thermodynamic analysis of models used in hydrogen production by geothermal energy. International Journal of Hydrogen Energy 2010, 35, 8783-8791
• [11] Lejda K., Siedlecka S.: Wodór jako proekologiczne źródło energii w aplikacjach do pojazdów samochodowych. Logistyka Nauka 2004, 6, 190-201
• [12] Małek A., Szlachetka M.: Prototypowy układ generowania wodoru oparty na elektrolizerze typu HTPEM. Logistyka Nauka 2014, 3, 4147-4154
• [13] Neelisa M.L., van der Kooia H.J., Geerlingsb J.J.C.: Exergetic life cycle analysis of hydrogen production and storage systems for automotive applications. International Journal of Hydrogen Energy 2004, 29, 537-545
• [14] Park J., Cho J.H., Jung H., Jung K.D., Moon I.: Exergy analysis of a simulation of the sulfuric acid decomposition process of the SI cycle for nuclear hydrogen production. International Journal of Hydrogen Energy 2014, 39, 54-61
• [15] Rosen M.A.: Advances in hydrogen production by thermochemical water decomposition: A review. Energy 2010, 35, 1068-1076
• [16] Szargut J., Petela R.: Egzergia. WNT, Warszawa, Poland, 1965
• [17] Szlachetka M., Siadkowska K., Magryta P., Biały M.: Badania modelowe układu zasilania wodorem silnika z zapłonem iskrowym. Logistyka Nauka 2014, 3, 6132-6139
• [18] Take T., Tsurutani K., Umedab M.: Hydrogen production by methanol–water solution electrolysis. Journal of Power Sources 2007, 164, 9-16
• [19] Viswanath R.P.: A patent for generation of electrolytic hydrogen by a cost effective and cheaper route. International Journal of Hydrogen Energy 2004, 29, 1191-1194
• [20] Wang Z.L., Naterer G.F., Gabriel K.S., Gravelsins R., Daggupati V.N.: Comparison of different copper–chlorine thermochemical cycles for hydrogen production. International Journal of Hydrogen Energy 2009, 34, 3267-3276
• [21] Zheng Y., Li Q.,Guan W., Xun C., Wu W., Wangnn W.G.: Investigation of 30-cell solid oxide electrolyzer stack modules for hydrogen production. Ceramics International 2014, 40, 5801-5809.