elektr ības un siltuma ražošanai bas un siltuma ražošanai ...€¦ · 260 ZS 260 ZS BMW BMW-Hydrogen7 Hydrogen7 var var nobraukt ap 480 km ar 42 litru benz īna b āku un papildus

Ūdeņraža iegūšana no biogāzes un biomasas Ūdeņraža iegūšana no biogāzes un biomasas

tālākai izmantošanai transportlīdzekļos, kā arī tālākai izmantošanai transportlīdzekļos, kā arī elektrības un siltuma ražošanai elektrības un siltuma ražošanai ––

prakse un idejasprakse un idejas

Starptautiska konference “Efektīva bioenerģijas izmantošana – ražošana un patēriņš”

Rīga, 2008.gada 27.-28. novembris

Jānis KleperisJānis Kleperis

Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūtsLatvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūts

Ūdeņraža un sensoru laboratorijaŪdeņraža un sensoru laboratorija

Rīga, Ķengaraga iela 8, LatvijaRīga, Ķengaraga iela 8, Latvija

prakse un idejasprakse un idejas

Ūdeņradi var iegūt:Ūdeņradi var iegūt:

No fosilajiem resursiem;No fosilajiem resursiem;No bioresursiem;No bioresursiem;Termoķīmiskā ceļā;Termoķīmiskā ceļā;Izmantojot Saules enerģiju;Izmantojot Saules enerģiju;



Izmantojot Saules enerģiju;Izmantojot Saules enerģiju;Elektrolīzē;Elektrolīzē;Fotosintēzē u.c.Fotosintēzē u.c.

Ūdeņradis ir “zaļš” tikai tad, ja iegūts, Ūdeņradis ir “zaļš” tikai tad, ja iegūts, izmantojot atjaunojamos resursus izmantojot atjaunojamos resursus (saule, vējš, ūdens, biomasa(saule, vējš, ūdens, biomasa

99% no fosilajiem resursiem; 99% no fosilajiem resursiem;

Pasaulē vidēji gadā iegūst 65 Pasaulē vidēji gadā iegūst 65

Ūdeņraža iegūšana šodien:Ūdeņraža iegūšana šodien:



Pasaulē vidēji gadā iegūst 65 Pasaulē vidēji gadā iegūst 65 miljonus tonnas Hmiljonus tonnas H22: :

48% iegūst no dabasgāzes (metāna),48% iegūst no dabasgāzes (metāna),

30% no naftas reformācijas, 18% no 30% no naftas reformācijas, 18% no akmeņoglēm,akmeņoglēm,

4% elektrolīzē4% elektrolīzē

BiogāzeBiogāzeBiogāzi iegūst no: Biogāzi iegūst no:

��lauksaimniecības produktiem;lauksaimniecības produktiem;

��ražošanas procesu atlikumiem; ražošanas procesu atlikumiem;

��bioloģiski noārdāmiem atkritumiem.bioloģiski noārdāmiem atkritumiem.

Biogāze rodas no organiskiem atkritumiem, tiem Biogāze rodas no organiskiem atkritumiem, tiem



Biogāze rodas no organiskiem atkritumiem, tiem Biogāze rodas no organiskiem atkritumiem, tiem sadaloties atmosfērā ar pazeminātu skābekļa sadaloties atmosfērā ar pazeminātu skābekļa saturu, un satur, galvenokārt, metānu, ogļskābo saturu, un satur, galvenokārt, metānu, ogļskābo gāzi un ūdeni.gāzi un ūdeni.

Latvijā Vides ministrija ir izstrādājusi "Biogāzes Latvijā Vides ministrija ir izstrādājusi "Biogāzes ražošanas un izmantošanas attīstības programmu" ražošanas un izmantošanas attīstības programmu" biogāzes izmantošanas veicināšanai un biogāzes biogāzes izmantošanas veicināšanai un biogāzes ražošanas pilotprojektu īstenošanai.ražošanas pilotprojektu īstenošanai.

BiogāzeBiogāzeBiogāze rodas no organiskiem atkritumiem, Biogāze rodas no organiskiem atkritumiem, tiem sadaloties atmosfērā ar pazeminātu tiem sadaloties atmosfērā ar pazeminātu skābekļa saturu, un satur, galvenokārt, skābekļa saturu, un satur, galvenokārt, metānu, ogļskābo gāzi un ūdeni.metānu, ogļskābo gāzi un ūdeni.



Avots: Scientific Engineering Centre Biomass Ltd. (Ukraina)

BiogāzeBiogāzeGetliņu Eko projekts:Getliņu Eko projekts:



Biogāze satur metānu robežās 35Biogāze satur metānu robežās 35--55 % 55 %

BiogāzeBiogāzeGetliņu Eko projekts:Getliņu Eko projekts:

Gads Saražotā

elektroenerģija

, MWh

Sadedzinātais

metāna

daudzums, m3

Sadedzinātais

metāna

daudzums,

tonnas

CO2 ekv.

tonnas



2002 5 098 1 283 676 911 19 131

2003 17887 4 503 946 3 197 67 137

2004 25 748 6 483 346 4 603 96 663

2005 25 425 6 402 015 4 545 95 445

2006 26331 6 635412 4755 99855

2007 27361 6 894972 4936 103656

Avots: http://www.getlini.lv/lat/elektronergijas_razosana

BiogāzeBiogāzeBiogāzi var sadalīt atsevišķās gāzēs, izmantojot membrānu filtrēšanas Biogāzi var sadalīt atsevišķās gāzēs, izmantojot membrānu filtrēšanas vai kriogēnās tehnoloģijas, izsaldējot ūdeni un COvai kriogēnās tehnoloģijas, izsaldējot ūdeni un CO22. Tad no biogāzes . Tad no biogāzes iegūst metānu. Biometāns tiek saspiests un to izmanto iekšdedzes iegūst metānu. Biometāns tiek saspiests un to izmanto iekšdedzes automašīnām, apkurei, virtuvē u.c.automašīnām, apkurei, virtuvē u.c.

Itālijas piemērs:Itālijas piemērs:



Itālijas piemērs:Itālijas piemērs:Biometāna auto: Biometāna uzpildes stacija: Biometāna auto: Biometāna uzpildes stacija:

Ūdeņraža iegūšana no biogāzesŪdeņraža iegūšana no biogāzes

Metāna reformēšanai par ūdeņradi ir labi nostādīta un atstrādāta Metāna reformēšanai par ūdeņradi ir labi nostādīta un atstrādāta tehnoloģija (dabas gāzes reformēšanaar pŗkarsētu tvaiku):tehnoloģija (dabas gāzes reformēšanaar pŗkarsētu tvaiku):

CH4 + 2 H2O �� 4 H2 + CO2



Avots: EU-Sustainable Energy Week Brussels, 30.01.2008, A. Stubinitzky

Paliek Jautājums un Problēma Paliek Jautājums un Problēma ––kur likt, vai ko darīt ar COkur likt, vai ko darīt ar CO22??

Ūdeņraža izmantošana autotransportamŪdeņraža izmantošana autotransportam



Avots: EU-Sustainable Energy Week Brussels, 30.01.2008, A. Stubinitzky

Ūdeņraža ķēde automašīnāmŪdeņraža ķēde automašīnām

BiomasaBiomasa

Plašā nozīmē Plašā nozīmē BiomasBiomasaa iirr organiorganisks sks

materimateriāls, ko veido augi un dzīvnieki uz āls, ko veido augi un dzīvnieki uz

Zemes (cilvēkus ieskaitot). Augi uzkrāj Zemes (cilvēkus ieskaitot). Augi uzkrāj



Saules enerģijuSaules enerģiju fotosintēzes ceļā, un šo fotosintēzes ceļā, un šo

uzkrāto enerģiju lieto dzīvnieki, pēc tam uzkrāto enerģiju lieto dzīvnieki, pēc tam

abus iepriekšējos lieto cilvēki.abus iepriekšējos lieto cilvēki.

Biomasa ir atjaunojams resurss. Biomasa ir atjaunojams resurss.

BiomasBiomasaas s veidošanāsveidošanās

6 CO2 + 6 H2O �� C6H12O6 + 6 O2

Fotosintēze:

SSaulesaules EnerEnerģijaģija

12

BiomasBiomasaa == uzkrāta Saules enerģija = uzkrāts Ūdeņradisuzkrāta Saules enerģija = uzkrāts Ūdeņradis

Attēli un informācijas no EU-Sustainable Energy Week Brussels, 30.01.2008, A. Stubinitzky

BioŪdeņradis

Metāna Reformēšana PPirolīzeirolīze, Ga, Gazifikācijazifikācija//GaGazifikācijazifikācija

Tehnoloģija

Ūdeņraža iegūšana no biomasasŪdeņraža iegūšana no biomasas

13

Lignocelulozes Biomasa(salmi, koks, …)

Reformēšanaar tvaiku

Anaeroba glabāšanaAnaeroba glabāšana

BiometBiometānsāns nono

BiogBiogāzesāzes

Bioloģiskie atkritumi(organiskie

lauksaimniecības atkritumi)

PPirolīzeirolīze, Ga, Gazifikācijazifikācija//

ReformReformēšanaēšana……

Organiskie atkritumi, enerģētiskas audzes, …

GaGazifikācijazifikācija

(S(Singāzeingāze & CO& CO--Shift)Shift)

Izejvielas

Vidus

posms

Attēli un informācijas no EU-Sustainable Energy Week Brussels, 30.01.2008, A. Stubinitzky

Ūdeņraža iegūšana no metanola un etanolaŪdeņraža iegūšana no metanola un etanola

Reakcija CH3OH

pārvēršana, %

H2 iznākums, l/g/h Selektivitāte, %

CO CO2

1 44 0.75 1.7 98.3

2 59 0.96 1.1 98.9

Ūdeņraža iegūšana, spirtu reformējot ar karstu tvaiku katalizatora Cu/Ce1-xMxO2 klātbūtnē

14

Ohaio (ASV) univērsitātē izstrādāts uz CeO/Ca/Co bāzēts katalizators, kurš

pie 350 oC pārvērš etanolu par ūdeņradi ar efektivitāti 90%

2 59 0.96 1.1 98.9

3 100 1.7 0 100

CH3OH + H2O ⇔⇔⇔⇔ 3H2 + CO2 ∆∆∆∆H = +49.4 kJ mol-1 (1)

CH3OH + 1/2O2 ⇔⇔⇔⇔ 2H2 + CO2 ∆∆∆∆H = −−−−192.2 kJ mol-1 (2)

2CH3OH + H2O + 1/2O2 ⇔⇔⇔⇔ 5H2 + 2CO2 ∆∆∆∆H = −−−−71.4 kJ mol-1 (3)

Avots: Russian Academy of Sciences, N.D.Zelinsky Institute of Organic Chemistry

Ūdeņraža iegūšana no etanolaŪdeņraža iegūšana no etanola

Etanola reformēšana par gāzēm, kas bagātas ar ūdeņradi:

CH3CH2OH + 3H2O → 2CO2 + 6H2 (1)

CH3CH2OH → CO + CH4 + H2 (2)

CH3CH2OH → C2H4 + H2O (3)

15

CH3CH2OH → CH3CHO + H2 (4)

2CH3CH2OH → CH3COCH3 + CO + 3H2 (5)

CO + H2O → CO2 + H2 (6)

Divslāņu katalīzes process:

C2H5OH+H2O+O2

oksidējošs tvaiks katalizators

reformējošais katalizators CO oksidēšana

Avots: Russian Academy of Sciences, N.D.Zelinsky Institute of Organic Chemistry

Ūdeņraža uzpildes stacija Ūdeņraža uzpildes stacija CEP BerlCEP Berlīnēīnē

Ūdeņraža automašīnasŪdeņraža automašīnas

Ar iekšdedzes dzinēju:Ar iekšdedzes dzinēju:

260 ZS 260 ZS BMWBMW--Hydrogen7 Hydrogen7 var var

nobraukt ap 480 km ar 42 litru nobraukt ap 480 km ar 42 litru

benzīna bāku un papildus vēl 200 km benzīna bāku un papildus vēl 200 km

ar 8 kg ūdeņraža (šķidrs Har 8 kg ūdeņraža (šķidrs H22))

“Scorpion” supermašīna, kas iet ar

benzīnu un ūdeņradi

Ūdeņraža automašīnasŪdeņraža automašīnas

Ar elektromotoru un degšūnu:Ar elektromotoru un degšūnu:

“Cadillac Provoq” max ātrums ir 160 km/h; 8.5 s

sasniedz 90 km/h. Var nobraukt 480 km; pirmos 30

km brauc tikai ar akumulatoriem, pārējos 450 – ar

degšūnas palīdzību. Ūdeņradis 680 atm ir kompozīta

materiāla divos balonos zem mašīnas grīdas.

Litija-jonu akumulators kalpo mašīnas palaišanai,

braukšanas uzsākšanai un palīdz motoram stāvos

kāpumos.

Saules panelis uz jumta baro audio sistēmu, iekšējo

apgaismojumu un citas palīgierīces. Korpuss

izgatavots solar panel on the roof of the Cadillac

Provoq is used to power the vehicle's audio system,

interior lights and other accessories. Priekšējais

panelis veidots no sojas plastmasas, iekšpuse

dekorēta ar džutas un poliesteru paklājiem.

2008.g. Elektronikas izstādē Las Vegas

tika demonstrēts šis kadiljaks.

Ūdeņraža izmantošana elektrībai, siltumam:Ūdeņraža izmantošana elektrībai, siltumam:

UTC’s PAFC power plant in Alaska UTC’s PAFC power plant in Alaska

1 MW Fosforskābes FC

Aļaskā

1 MW kausēto sāļu FC

Rentonā (Vašingtona)

Ilgtspējīga ūdeņraža ekonomika

20Source: Own Calculations; Concawe/EUCAR Well to WheelStudy 2007;

Plāns ilgtspējīgai ūdeņraža iegūšanai: Eiropa Classification of Potential – Net Cruising Range

260.0

00

200.0

00

380.0

00

410.0

00

765.0

00

750.0

00

475.0

00

480.0

00

80.000

100.000

120.000

140.000

160.000

[km

/ m

io. ha*a

]

400.000

600.000

800.0002010 H2

2020 H2

2010 Alt. Biofuels

2020 Alt. Biofuels

0

20.000

40.000

60.000

80.000

Ener

gy M

aize

- LH

2 - F

C

Ener

gy M

aize

- CG

H2 - F

C

Ener

gy M

aize

- Bi

oMet

hane

Popl

ar -

LH2

- FC

Popl

ar -

CGH2

- FC

Popl

ar -

BtL

Entir

e W

heat

Pla

ntRa

pe Se

ed -

RME

Win

d Ons

hore

- LH

2 - F

C

Win

d Ons

hore

- CG

H2 - F

C

PV -

LH2

- FC

PV -

CGH2

- FC

[km

/ m

io. ha*a

]


Biomasas potenciāls pasaulē:

22Source: World Energy Outlook, International Energy Agency, 2005



Avots: H.Uchida (Japāna): A wind & solar hybrid energy storage system using nano-structured hydrogen storage alloy.

1. Vēja rotors (1kW)

2. Saules baterijas (1kW)

3. Elektrolīzers (2.2kW)

4. Kompresors

5. MH konteineri (0.9kg nano-FeTi ×3)

6. H2 gāzes rezervuārs

7. Degšūnas (850W)


24

Ūdeņraža ekonomikas stūrakmeņi:

25Avots: http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Hydrogen.economy.sys_integration_circle.jpg

Paldies par uzmanību!Paldies par uzmanību!

Thanks for attention!Thanks for attention!



Documents

elektr ības un siltuma ražošanai bas un siltuma ražošanai ...€¦ · 260 ZS 260 ZS BMW BMW-Hydrogen7 Hydrogen7 var var nobraukt ap 480 km ar 42 litru benz īna b āku un papildus