Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

ОБЗОР И ОЦЕНКА МЕТОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА ДЛЯ БОЛЕЕ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ

https://doi.org/10.15518/isjaee.2016.11-12.014-036

Полный текст:

Аннотация

В статье анализируются некоторые потенциальные методы производства водорода с использованием возобновляемых и невозобновляемых источников и даются сравнительные оценки их стоимости, КПД преобразования энергии, эксергитический КПД, а также воздействие на окружающую среду. Для того чтобы показать взаимосвязь между воздействием на окружающую среду и экономическими факторами, в работе приводятся социальные издержки, связанные с использованием ископаемого топлива, которое приводит к выбросам парниковых газов (главным образом CO2) (углеродная концепция). В этом исследовании рассматриваются такие основные потенциальные источники энергии, как: тепловой, биохимический, фотонный, электротермический, фотоэлектрический и фотобиохимический. Результаты показали, что, с точки зрения вредных выбросов, использование при производстве водорода фотонной энергии (например, фотокатализ, фотоэлектрохимический метод и искусственный фотосинтез) в качестве основного источника наиболее безопасно для экологии по сравнению с другими приведёнными методами. Термохимическое разделение воды и гибридные термохимические циклы (например, Cu-Cl, S-I и Mg-Cl) также обеспечивают экологически привлекательные результаты. При рассмотрении производственных затрат и экономической эффективности оказалось, что фотоэлектрохимический метод и фотоэлектролиз наименее привлекательны. Поэтому увеличение КПД преобразования энергии и эксергитический КПД и снижение затрат на водородное производство, основанное на солнечной энергии, способны вывести их на передовые позиции в качестве потенциальных вариантов. Сравнение КПД энергии и эксергии указывает на преимущества преобразования ископаемого топлива и газификации биомассы по другим методам. Общий рейтинг показывает, что гибридные термохимические циклы являются основными кандидатами для производства водорода экологическим и рентабельным способом.

Об авторах

Ибрагим Динсер
Технологический институт университета Онтарио 2000 Simcoe Street North, Oshawa, Ontario, L1H 7K4, Canada
Канада
Ибрагим Динсер –  доктор наук, профессор факультета инженерных и прикладных наук


Канан Акар
Технологический институт университета Онтарио 2000 Simcoe Street North, Oshawa, Ontario, L1H 7K4, Canada
Канада
Канан Акар –  аспирант


Список литературы

1. International Energy Agency Technical Report, 2013 Key World Energy Statistics, Website: http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2013_FINAL_WEB.pdf; 2013 [accessed 01.10.2013].

2. Dincer, I. “Green Methods for Hydrogen Production” International Journal of Hydrogen Energy, 2012, 37: 1954–1971.

3. Acar, C. and Dincer, I. “Comparative Assessment of Hydrogen Production Methods from Renewable and Non-renewable Sources” International Journal of Hydrogen Energy, 2014, 39: 1–12.

4. Dincer I. “Environmental and Sustainability Aspects of Hydrogen and Fuel Cell Systems” International Journal of Energy Research, 2007, 31(1): 29–55.

5. Ryland, D. K., Li, H. and Sadhankar, R. R. “Electrolytic Hydrogen Generation Using CANDU Nuclear Reactors” International Journal of Energy Research, 2007, 31(12): 1142–1155.

6. Dincer, I. and Balta, M. T. “Potential Thermochemical and Hybrid Cycles for Nuclear-Based Hydrogen Production” International Journal of Energy Research, 2011, 35(2): 123–137.

7. Muradov, N. Z. and Veziroglu, T. N. “From Hydrocarbon to Hydrogen-carbon to Hydrogen Economy” International Journal of Hydrogen Energy, 2005, 30: 225–237.

8. Levin, D. B. and Chahine, R. “Challenges for Renewable Hydrogen Production from Biomass” International Journal of Hydrogen Energy, 2010, 35: 4962–4969.

9. Awad, A. H. and Veziroglu, T. N. “Hydrogen vs. Synthetic Fossil Fuels” International Journal of Hydrogen Energy, 1984, 9: 355–366.

10. Yilanci, A., Dincer, I. and Ozturk, H. K. “A Review on Solar-hydrogen/Fuel Cell Hybrid Energy Systems for Stationary Applications” Progress in Energy and Combustion Science, 2009, 35: 231–244.

11. Lodhi, M. A. K. “Hydrogen Production from Renewable Sources of Energy” International Journal of Hydrogen Energy, 1987, 12: 461–568.

12. Lodhi, M. A. K. “Helio-hydro and Helio-thermal Production of Hydrogen” International Journal of Hydrogen Energy, 2004, 29: 1099–1113.

13. Miltner, A., Wukovitz, W., Proll, T. and Friedl A. “Renewable Hydrogen Production: A Technical Evaluation Based on Process Simulation” Journal of Cleaner Production, 2010, 18: 51–62.

14. Lemus, R. G. and Duart, J. M. M. “Updated Hydrogen Production Costs and Parities for Conventional and Renewable Technologies” International Journal of Hydrogen Energy, 2010, 35: 3929–3936.

15. Alstrum-Acevedo, J. H., Brennaman, M. K. and Meyer, T. J. “Chemical Approaches to Artificial Photosynthesis” Inorganic Chemistry, 2005, 44: 6802– 6827.

16. Tanksale, A., Beltramini, J. N. and Lu, G. M. “A Review of Catalytic Hydrogen Production Methods from Biomass” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2010, 14: 166–182.

17. Bhandari, R., Trudewind, C. A. and Zapp, P. “Life Cycle Assessment of Hydrogen Production via Electrolysis a Review” Journal of Cleaner Production, 2013, http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2013.07.048

18. Karunadasa, H. I., Chang, C. J. and Long, J. R. “A Molecular Molybdenum-oxo Catalyst for Generating Hydrogen from Water” Nature, 2010, 464:1329–1333.

19. El-Bassuoni, A. M. A., Sheffield, J. W. and Veziroglu, T. N. “Hydrogen and Fresh Water Production from Sea Water” International Journal of Hydrogen Energy, 1982, 7: 919–923.

20. Ni, M., Leung, M. K. H., Sumathy, K. and Leung, D. Y. C. “Potential of Renewable Hydrogen Production for Energy Supply in Hong Kong” International Journal of Hydrogen Energy, 2006, 31: 1401–1412.

21. Fulcheri, L., Probst, N., Falmant, G., Fabry, F., Grivei, E. and Bourrat, X. “Plas ma Processing: A Step towards the Production of New Grades of Carbon Black” Carbon, 2002, 40: 169–176.

22. Gaudernack, B. and Lynum, S. “Hydrogen from Natural Gas without Release of CO2 to the Atmosphere” International Journal of Hydrogen Energy, 1998, 12: 1087–1093.

23. Baykara, S. Z. “Experimental Solar Water Thermolysis” International Journal of Hydrogen Energy, 2004, 29(14): 1459–1469.

24. Balta, M. T., Dincer, I. and Hepbasli, A. “Thermodynamic Assessment of Geothermal Energy Use in Hydrogen Production” International Journal of Hydrogen Energy, 2009, 34: 2925–2939.

25. Rand, D. A. J. and Dell, R. M. “Fuels Hydrogen Production: Coal Gasification” Encyclopedia of Electrochemical Power Sources, 2009, 276–292.

26. Acar, C., Dincer, I. and Zamfirescu, C. “A Review on Selected Heterogeneous Photocatalysts for Hydrogen Production” International Journal of Energy Research, 2014, http://dx.doi.org/10.1002/er.3211

27. Quan, X., Yang, S., Ruan, X. and Zhao, H. “Preparation of Titania Nanotube and Their Environmental Applications as Electrode” Environmental Science and Technology, 2005, 39: 3770– 3775.

28. Rabbani, M., Dincer, I. and Naterer, G. F. “Efficiency Assessment of a Photoelectrochemical Chloralkali Process for Hydrogen and Sodium Hydroxide Production” International Journal of Hydrogen Energy, 2014, 39: 1941–1956.

29. Acar, C. and Dincer, I. “Analysis and Assessment of a Continuous-Type Hybrid Photoelectrochemical System for Hydrogen Production” International Journal of Hydrogen Energy, 2014, in review.

30. Koutrouli, E. K., Kalfas, H., Gavala, H. N., Skiadas, I. V., Stamatelatou, K. and Lyberatos G. “Hydrogen and Methane Production through Two-stage Mesophilic Anaerobic Digestion of Olive Pulp” Bioresource Technology, 2009,100: 3718–3723.

31. Das, D. and Veziroglu, T. N. “Advances in Biological Hydrogen Production Processes” International Journal of Hydrogen Energy, 2008, 33: 6046–6057.

32. Hallenbeck, P. C., Abo-Hashesh, M. and Ghosh, D. “Strategies for Improving Biological Hydrogen Production” Bioresource Technology, 2012, 110: 1–9.

33. Royal Belgian Academy Council of Applied Science Report: Hydrogen as an Energy Carrier, Website: http://www.kvab.be/downloads/lezingen/hydrogen_energycarrier.pdf; 2006 [accessed 09.01.13].

34. Holladay, J. D., Hu, J., King, D. L. and Wang, Y. “An Overview of Hydrogen Production Technologies” Catalysis Today, 2009, 139: 244–260.

35. Kotay, S. M. and Das, D. “Biohydrogen as a Renewable Energy Resource Prospects and Potentials” International Journal of Hydrogen Energy, 2008, 33: 258–263.

36. FreedomCAR and Fuel Partnership. Report: Hydrogen Production Overview of Technology Options, Website: http://www.energetics.com/resourcecenter/products/communication/Documents/hydrogenproductionbrochure.pdf; 2009 [accessed 01.12.12].

37. Kone, A. C. and Buke, T. “Forecasting of CO2 Emissions from Fuel Combustion Using Trend Analysis” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2010, 14: 2906–2915.

38. Abanades, A. “The Challenge of Hydrogen Production for the Transition to a CO2-free Economy” Agronomy Research Biosystems Engineering Special Issue, 2012, 1: 11–16.

39. Guinee, J. B, Gorree, M., Heijungs, R., Huppes, G., Kleijn, R. and Koning, A. “Life Cycle Assessment an Operational Guide to the ISO Standards” The Center of Environmental Science of Leiden University, 2001, Website: http://media.leidenuniv.nl/legacy/new-dutchlca-guide-part-1.pdf [accessed 10.12.12].

40. Ozbilen, A., Dincer, I. and Rosen, M. A. “A Comparative Life Cycle Analysis of Hydrogen Production via Thermochemical Water Splitting Using a Cu-Cl Cycle” International Journal of Hydrogen Energy 2011, 36: 11321–11327.

41. Bhandari, R., Trudewind, C. A. and Zapp, P. “Life Cycle Assessment of Hydrogen Production via Electrolysis A Review” Journal of Cleaner Production, 2013, http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2013.07.048.

42. Ozbilen, A., Dincer, I. and Rosen, M. A. “Comparative Environmental Impact and Efficiency Assessment of Selected Hydrogen Production Methods” Environmental Impact Assessment Review, 2013, 42: 1–9.

43. Kopp, R. E. and Mignone, B. K. “The U.S. Government’s Social Cost of Carbon Estimates after Their First Two Years: Pathways for Improvement” Economics, 2012, 6: 1–43.

44. Parry, M. L., Canziani, O. F., Palutikof, J. P., van der Linden, P. J., Hanson, C. E. “Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change” Cambridge University Press, 2007, Website: http://www.ipcc.ch/publications_and_data/publications_ipcc_fourth_assessment_report_wg2_report_impacts_adaptation_and_vulnerability.htm [accessed 15.11.12].

45. Parthasarathy, P. and Narayanan, K. S. “Hydrogen Production from Steam Gasification of Biomass: Influence of Process Parameters on Hydrogen Yield A Review” Renewable Energy, 2014, 66: 570-579.

46. Uddina, M. N., Dauda, W. M. A. W. and Abbas, H. F. “Potential Hydrogen and Non-condensable Gases Production from Biomass Pyrolysis: Insights into the Process Variables” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013, 27: 204–224.

47. Ngoha, S. K. and Njomo, D. “An Overview of Hydrogen Gas Production from Solar Energy” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012, 16: 6782–6792.

48. Trainham, J. A., Newman, J., Bonino, C. A., Hoertz, P. G. and Akunuri, N. “Whither solar fuels?” Current Opinion in Chemical Engineering, 2012, 1: 204–210.

49. Ismail, A. A. and Bahnemannc, D. W. “Photochemical Splitting of Water for Hydrogen Production by Photocatalysis: A Review” Solar Energy Materials and Solar Cells, 2014, 128: 85–101.

50. Singh, L. and Wahid, Z. A. “Methods for Enhancing Bio-hydrogen Production from Biological Process: A Review” Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2014, http://dx.doi.org/10.1016/j.jiec.2014.05.035

51. Ibrahim, N., Kamarudina, S. K. and Minggua, L. J. “Biofuel from Biomass via Photo-electrochemical Reactions: An Overview” Journal of Power Sources, 2014, 259: 33–42.

52. Bicakova, O. and Straka, P. “Production of Hydrogen from Renewable Resources and its Effectiveness” International Journal of Hydrogen Energy, 2012, 37: 11563–11578.

53. Dincer, I. and Zamfirescu, C. “Sustainable Hydrogen Production Options and the Role of IAHE” International Journal of Hydrogen Energy, 2012, 37: 16266–16286.


Для цитирования:


Динсер И., Акар К. ОБЗОР И ОЦЕНКА МЕТОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА ДЛЯ БОЛЕЕ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2016;(11-12):14-36. https://doi.org/10.15518/isjaee.2016.11-12.014-036

For citation:


Dincer I., Acar C. REVIEW AND EVALUATION OF HYDROGEN PRODUCTION METHODS FOR BETTER SUSTAINABILITY. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2016;(11-12):14-36. https://doi.org/10.15518/isjaee.2016.11-12.014-036

Просмотров: 615


ISSN 1608-8298 (Print)