Ανάπτυξη νέων και βελτίωση καθιερωμένων διεργασιών παραγωγής υδρογόνου.

Development of new hydrogen production processes and improvement of standard once. (english)

  1. MSc thesis
  2. Klimi, Brunilda
  3. Κατάλυση και Προστασία του Περιβάλλοντος (ΚΠΠ)
  4. 19 September 2019 [2019-09-19]
  5. Ελληνικά
  6. 107
  7. Μητσοπούλου, Χριστίνα - Άννα
  8. Κοντογιάννης, Χρήστος | Μπουρίκας, Κυριάκος
  9. υδρογόνο | τεχνολογίες υδρογόνου | ενέργεια υδρογόνου | ανανεώσιμές και μη πηγές ενέργειας
  10. 6
  11. 216
  12. Περιέχει εικόνες και πίνακες.
  13. Περιβαλλοντική Κατάλυση, Τόμος Β, Καταλυτική Παραγωγή Καυσίμων Φιλικών προς το Περιβάλλον, Βάσαλος, Ι. Βερίκιος, Ξ. Λάππας, Α. Λεμονίδου, Α
    • Το υδρογόνο είναι άφθονο στον πλανήτη μας και, από την πρώτη χρήση του στον κινητήρα εσωτερικής καύσης έως και σήμερα, αποτελεί αναπόσπαστο μέρος της σύγχρονης βιομηχανίας. Είναι ένας νέος ενεργειακός φορέας που έχει τραβήξει το ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια, καθώς η καύση του δεν παράγει κανένα ατμοσφαιρικό ρύπο, προσφέροντας σημαντικά περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα. Οι σημερινές χρήσεις του υδρογόνου περιορίζονται στις βιομηχανικές διεργασίες παραγωγής· για το λόγο αυτό, γίνονται προσπάθειες ώστε να βρεθούν βιώσιμοι τρόποι για τη χρήση του ως εναλλακτικό καύσιμο για την παραγωγή ηλεκτρισμού, θέρμανσης κτηρίων και κίνησης οχημάτων. Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η μελέτη και παρουσίαση όλων των πρώτων υλών και καθιερωμένων τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται στη σημερινή βιομηχανία για την παραγωγή υδρογόνου. Επιπλέον, γίνεται σύγκριση μεθόδων που εφαρμόζονται στις διεργασίες παραγωγής υδρογόνου, παραθέτοντας τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους. Η μελέτη αυτής της διπλωματικής εργασίας βασίστηκε στη βιβλιογραφική αναζήτηση μεθόδων παραγωγής υδρογόνου σε βάσεις δεδομένων και επιστημονικά περιοδικά, δίνοντας έμφαση στις καθιερωμένες διεργασίες παραγωγής και επίσης στις νέες διεργασίες και καινοτόμες ιδέες για την βελτιστοποίηση υπαρχόντων τεχνολογιών. Η διεργασία ατμοαναμόρφωσης είναι η πιο συνηθισμένη και καλά μελετημένη τεχνολογία παραγωγής υδρογόνου, καλύπτοντας σχεδόν 50% της παγκόσμιας παραγωγής. Η χρήση του φυσικού αερίου ως τροφοδοσία είναι η πιο οικονομική και η πιο αποδοτική μέθοδος στην παραγωγή υδρογόνου, εκπέμποντας τις λιγότερες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα σε σχέση με τα άλλα ορυκτά καύσιμα. Η οξειδωτική και η αυτόθερμη αναμόρφωση του μεθανίου αποτελούν εναλλακτικές επιλογές, οι οποίες όμως έχουν αρχίσει να αποδεικνύονται μεγάλης πρακτικής σημασίας. Ως αποτέλεσμα, η εφαρμογή τους αποκτά ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Η αυτόθερμη αναμόρφωση έχει χαμηλότερη απόδοση υδρογόνου από την ατμοαναμόρφωση, αλλά η ουδέτερη θερμοδυναμική φύση την καθιστά μια καλή εναλλακτική λύση για την αναμόρφωση του καυσίμου. Η παραγωγή υδρογόνου από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι η καλύτερη λύση όσον αφορά την προστασία του περιβάλλοντος. Η ηλεκτρόλυση νερού όταν η ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποιείται προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, είναι μια καθαρή και ελπιδοφόρα τεχνολογία. Η ανάπτυξη νέων καταλυτών που είναι σε θέση να ξεπεράσουν τα προβλήματα που σχετίζονται με την πυροσυσσωμάτωση και τον σχηματισμό οπτάνθρακα κατά τη διαδικασία, θα προσφέρει καλύτερη απόδοση στην παραγωγή υδρογόνου. Ένα παράδειγμα είναι ο διμεταλλικός καταλύτης, όπου ο συνδυασμός δύο μετάλλων είναι πιο αποτελεσματικός στη μετατροπή και στην εκλεκτικότητα του υδρογόνου, σε σύγκριση με τον μονομεταλλικό καταλύτη. Ο συνδυασμός της μεμβράνης στους αντιδραστήρες αναμόρφωσης μειώνει το κόστος παραγωγής, επειδή το καθαρό οξυγόνο δεν είναι πλέον αναγκαίο για τη διεργασία παραγωγής. Επίσης, μειώνει σημαντικά το συνολικό όγκο του αναμορφωτή και τον αριθμό των μονάδων που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία. Είναι πλέον σαφές ότι το υδρογόνο θα παίζει ένα σημαντικό ρόλο για την κάλυψη ενεργειακών αναγκών σε παγκόσμιο επίπεδο. Είναι σημαντικό να συνεχιστούν οι έρευνες και οι μελέτες, ώστε να βρεθούν τρόποι με τους οποίους το υδρογόνο μπορεί να συμβάλει στην επίτευξη ενός καθαρού, ασφαλούς και προσιτού ενεργειακού μέλλον, αξιοποιώντας όλες τις δυνατότητες και τις ευκαιρίες που υπάρχουν.
    • Hydrogen is abundant on our planet and, from its first use in internal combustion engines, until today, is an integral part of various modern industry sectors. It is a novel energy carrier of great interest in recent years, as its combustion does not produce any atmospheric pollutants, offering significant environmental benefits. Nowadays, the use of hydrogen is limited to industrial production processes only; efforts are therefore being made to discover viable methods of using hydrogen as an alternative fuel to generate electricity, heat and power vehicles. This work focuses on presenting and evaluating all raw materials and conventional technologies used in industry today for the production of hydrogen. Additionally, its production costs, modes of transport and storage are discussed, and hydrogen production processes are compared by outlining their advantages and disadvantages. This review was based on the literature search for hydrogen production methods in online public databases and scientific journals, emphasising on the established production processes and also on new processes and innovative ideas for optimising existing technologies. The steam-reforming process is the most common and well-studied hydrogen generation technology, covering almost 50% of the production worldwide. Using natural gas as a feedstock is the most cost-effective and efficient way to produce hydrogen, characterised by fewer carbon dioxide emissions compared to other fossil fuels. Alternative choices include oxidative and auto-thermal methane, which become increasingly important in terms of practicality. As a result, their application is of particular interest for the hydrogen production industry. Auto-thermal reforming has lower hydrogen efficiency than steam reforming, but its neutral thermodynamic nature makes it a better alternative to fuel reforming. Hydrogen production from renewable energy sources is the best solution for the protection of the environment. When the electricity used comes from renewable energy sources, water electrolysis is a clean and promising technology. The development of new catalysts, able to overcome the problems associated with sintering and coke formation in the process, will provide better hydrogen production performance. An example of such catalyst is the bimetallic catalyst, where the combination of two metals is more efficient in the conversion and selectivity of hydrogen compared to mono-metallic catalyst. The application of membrane in reforming reactors reduces production costs, because pure oxygen is no longer necessary for the production process. It also significantly reduces the total volume of the reformer and the number of units used in the process. It is now clear that hydrogen will play an important role in meeting global energy needs. It is important to continue research with the purpose of finding ways in which hydrogen can contribute even more to achieving a clean, safe and affordable energy future.
  15. Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.