VODÍK. Proč vzrůstá zájem o využití vodíku: Produkce vodíku je jedním ze způsobů AKUMULACE PŘEBYTEČNÉ ELEKTRICKÉ ENERGIE

Podobné dokumenty
NOVÉ TECHNOLOGIE ROZŠIŘUJÍCÍ VYUŽITÍ CELKOVÉHO ENERGETICKÉHO POTENCIÁLU BIOPLYNU A BIOMASY

Bioplyn biomethan vodík biovodík

Upgrading of biogas by conversion of carbon dioxide in biogas to biomethane with addition of hydrogen

Biologické čištění odpadních vod - anaerobní procesy

Biologické čištění odpadních vod - anaerobní procesy

Biogeochemické cykly biogenních prvků

ANAEROBNÍ FERMENTACE

Anaerobní proces. Anaerobní rozklad organických látek. Bioplyn

Hydrolytické a acidogenní mikroorganismy

Biologické odsiřování bioplynu. Ing. Dana Pokorná, CSc.

Energie z odpadních vod. Karel Plotěný

BIOLOGICKÁ ÚPRAVA ZEMĚDĚLSKÝCH ODPADŮ A STATKOVÝCH HNOJIV

Vodík jako alternativní ekologické palivo. palivové články a vodíkové hospodářství

Anaerobní proces. Anaerobní rozklad organických látek. Bioplyn

energetického využití odpadů, odstraňování produktů energetického využití odpadů, hodnocení dopadů těchto technologií na prostředí.

Sluneční energie. Základní energie - celkové množství přiváděné k Zemi cca 1350 W.m % se odrazí do kosmického prostoru 15 % pohlceno atmosférou

AKCE: Přednáška Technologie výroby a zpracování bioplynu Stanislav Bureš. Datum:

Anaerobní membránové bioreaktory Mgr. Ing. Bc. Lukáš Dvořák, Ph.D.

Vliv zdrojů elektrické energie na životní prostředí

EVECO Brno, s.r.o. ZAŘÍZENÍ PRO EKOLOGII A ENERGETIKU

Stabilizovaný vs. surový ČK

Energetika se zabývá získáváním, přeměnou a distribucí všech forem energie. Energii nevytváříme, pouze transformujeme z jedné formy na druhou.

Anaerobní mikrobiální procesy - teorie, praxe a potenciál pro bioremediace ANAEROBNÍ LABORATOŘ. Metabolismus. Respirace. Fermentace.

Bioplynová stanice. Úvod. Immobio-Energie s.r.o. Jiráskovo nám. 4 Tel.: Plzeň Fax: contact@immobio-energie.

Využití vodíkových technologií: koncepce, aktuality, bariéry

OMEZOVÁNÍ NEGATIVNÍCH ENVIRONMENTÁLNÍCH DOPADŮ PŘI VÝROBĚ PALIV A PETROCHEMIKÁLIÍ. Seminář, Bratislava, Autor: J.LEDERER

Elektrárny. Energetické využití bioplynu z odpadních vod

Bioremediace půd a podzemních vod

Power2metan: unikátní technologie na výrobu zeleného plynu. Michal Ostatnický GasNet, s.r.o.

Alternativní zdroje energie

PROGRAM BIOPLYNOVÉ STANICE

Co je BIOMASA? Ekologická definice

Pouţití hydrolytických enzymů při produkci bioplynu z odpadů: Výsledky z praxe

Integrovaná soustava získávání energie využitím domácích obnovitelných a alternativních zdrojů

SMART CITY BRNO Inteligentní nakládání s bioodpady ve městě Brně

ZPRÁVA O VÝSLEDCÍCH TESTU PŘÍPRAVKU BCL BioGas

Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Ústav technologie vody a prostředí. Environment, France

MIKROORGANISMY EDÍ. Ústav inženýrstv. enýrství ochrany ŽP FT UTB ve Zlíně

VYUŽITÍ BIOCAT+ V ZAŘÍZENÍ KOMPOGAS V GERMANIER ECORECYCLAGE SA V LAVIGNY VE ŠVÝCARSKU

Úvod Bioplynová stanice Provoz bioplynové stanice Produkty anaerobní digesce Bioplynová stanice Načeradec...

13. Netradiční topné plyny bioplyn, skládkový plyn, využití vodíku jako topného plynu. Ing. Tomáš Hlinčík, Ph.D.

Využití pyrolýzy ke zpracování stabilizovaných čistírenských kalů

MĚSTSKÁ BIORAFINERIE. koncept čisté mobility a udržitelného rozvoje pro SMART CITY. Jan Káňa AIVOTEC s.r.o., CZ

BIODEGRADACE SPECIFICKÝCH POLUTANTŮ ZÁKLADNÍ PODMÍNKY

Aplikace anaerobního membránového bioreaktoru pro čištění farmaceutických odpadních vod

Vodíkové hospodářství a využití vodíku v energetice

ÚJV Řež, a. s. Technologie power to gas pro rozvoj obnovitelné a decentralizované energetiky. Aleš Doucek

Vliv kalového hospodářství na odstraňování dusíku. Kalová voda. Odstraňování dusíku na biologických ČOV

VÍCE PLYNU, ŽÁDNOU DŘINU. MethaPlus

SPOTŘEBA ENERGIE ODKUD BEREME ENERGII VÝROBA ELEKTŘINY

rní zdroj energie pro elektromobily Petr Vysoký

VODÍK Vodík Methan petrochemickými metodami. elektrolýza vody původu použité elektrické energie atomové, větrné, vodní a fotovoltaické

ENERGIE Z ODPADNÍCH VOD

OMEZOVÁNÍ NEGATIVNÍCH ENVIRONMENTÁLNÍCH DOPADŮ PŘI VÝROBĚ PALIV A PETROCHEMIKÁLIÍ. Most, Autor: Doc. Ing. J.LEDERER, CSc.

Hlavní sledované parametry při provozu bioplynové stanice

ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE

Bioplyn - hořlavý a energeticky bohatý plyn

Energetické zhodnocení komunálního odpadu, plastů, kalů ČOV, kyselých kalů, gudrónov, gumy a biomasy

Spolek pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla člen COGEN Europe. Firemní profil

PATRES Školící program. Bioplynové technologie

Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí. Výukové materiály projektu NAUČÍME VÁS, JAK BÝT EFEKTIVNĚJŠÍ VÝROBA BIOPLYNU

Biologické odstraňování nutrientů

DÝCHÁNÍ. uložená v nich fotosyntézou, je z nich uvolňována) Rostliny tedy mohou po určitou dobu žít bez fotosyntézy

Perspektivní metody. PROČ sušení pevných paliv? Většina dodané energie se ztrácí. Klasická metoda sušení horkými spalinami

PROSUN BIOPLYNOVÉ STANICE BIOFERM. alternative energy systems s.r.o.

Základní údaje o čistírně odpadních vod

(CH4, CO2, H2, N, 2, H2S)

Ing. Radim Staněk, prof. Ing. Jana Zábranská CSc. Čištění odpadních vod z výroby nitrocelulózy

Membránová separace bioplynu v reálných podmínkách bioplynové stanice

NEKONVENČNÍ ZPŮSOBY VÝROBY TEPELNÉ A ELEKTRICKÉ ENERGIE. Ing. Stanislav HONUS

Biologické odstraňování nutrientů

Čl. 1 Úvod. Čl. 2 Postup výpočtu. E = E e + E t + E CH4

BIOGAS TRANSFORMATION OF LIQUID SUBSTRATES

Zpracování bioodpadu metodou suché anaerobní fermentace

OPTIMALIZACE CHEMICKY PODPOROVANÝCH METOD IN SITU REDUKTIVNÍ DEHALOGENACE CHLOROVANÝCH ETHYLENŮ.

Měření koncentrace příměsí v čištěném bioplynu při provozu bioplynové stanice a různé kvalitě bioplynu

Bio LPG. Technologie a tržní potenciál Ing. Jakub Rosák 17/05/2019

Organickou hmotu tvoří obvykle (biomasa): ČZU/FAPPZ

Zdroje energie. Leonardo da Vinci Projekt. Udržitelný rozvoj v průmyslových prádelnách. Kapitola 1. Modul 5 Energie v prádelnách.

Bioplynové stanice v Jihočeském kraji

č. 475/2005 Sb. VYHLÁŠKA kterou se provádějí některá ustanovení zákona o podpoře využívání obnovitelných zdrojů Ve znění: Předpis č.

PŘEDMLUVA...ii. OBSAH...ii 1. ÚVOD...1

N N N* Cyklus a transformace N. Dvě formy: N 2 a N* Mikrobiální ekologie vody. Cyklus uhlíku a dusíku - rozdíly

EUROPEAN TRADESMAN PROJECT NOTES ON ELECTRICAL TESTS OF ELECTRICAL INSTALLATIONS. Obnovitelné zdroje energií v domácnostech

KANALIZACE, BIOLOGICKÉ ČOV A VLASTNOSTI PRODUKOVANÝCH KALŮ MOTTO:

SUCHÁ FERMENTACE V MALOOBJEMOVÉM

2 Primární zdroje energie. Ing. Petr Stloukal Ústav ochrany životního prostředí Fakulta technologická Univerzita Tomáše Bati Zlín

Technologické zlepšení výtěžnosti bioplynu. Mechanické usnadnění míchání, čerpání, dávkování. Legislativní nařízená předúprava VŽP:

TERMICKÉ PROCESY PŘI VYUŽITÍ ALTERNATIVNÍCH SUROVIN. Most, Autor: Doc. Ing. J.LEDERER, CSc.

Česká energetika a ekonomika Martin Sedlák, , Ústí nad Labem Čistá energetika v Ústeckém kraji

RESEARCH OF ANAEROBIC FERMENTATION OF ORGANIC MATERIALS IN SMALL VOLUME BIOREACTORS

475/2005 Sb. VYHLÁŠKA ze dne 30. listopadu 2005, kterou se provádějí některá ustanovení zákona o podpoře využívání obnovitelných zdrojů

SSOS_ZE_3.05 Přírodní zdroje

energie, kombinované výroby elektřiny a tepla a druhotných energetických zdrojů.

Elektrárny část II. Tepelné elektrárny. Ing. M. Bešta

znění pozdějších předpisů. Výkupní ceny elektřiny dodané do sítě v Kč/MWh Zelené bonusy v Kč/MWh Datum uvedení do provozu

BioCNG pro města F AC T S HEET

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Využití tepla a nízkouhlíkové technologie OP PIK jako příležitost

Energie,výkon, příkon účinnost, práce. V trojfázové soustavě

Transkript:

Proč vzrůstá zájem o využití vodíku: VODÍK Produkce vodíku je jedním ze způsobů AKUMULACE PŘEBYTEČNÉ ELEKTRICKÉ ENERGIE Jeho přímé využití ke zpětné produkci elektřiny vyžaduje zatím drahé zařízení (palivové články), vzhledem k účinnosti převodu dochází k určitým ztrátám K využití v chemickém průmyslu se zatím více používá vodík vyrobený petrochemickými metodami (je levnější) Konverzí na methan se rozšiřují možnosti transportu a využití jeho energie.

Důvody akumulace přebytečné energie Dva hlavní energetické systémy rozvod a spotřeba elektřiny a zemního plynu se od sebe zásadně liší v možnostech konzervace a skladování energie. Elektrická energie se nedá skladovat, proto se hledají možnosti využití nárazově vyráběné energie převyšující její spotřebu. Nárazově vyráběná energie z alternativních zdrojů je produkována systémy, jejichž okamžitou účinnost není možno příliš ovlivňovat, jako jsou solární a větrné elektrárny. Přebytečnou elektrickou energii je však možno využít nejen v přečerpávacích elektrárnách, ale konzervovat ji např. ve formě H 2 vyrobeného elektrolýzou vody (power-to-gas system). Využití biomasy a větru jako zdroje obnovitelné energie má např. v dánské energetické politice velký význam. Až 40 % elektřiny z větru je dočasně přebytečné a i když část je exportována do sousedních zemí, potenciál větrných elektráren není plně využit. Atraktivní cesta využití této nadbytečné elektrické energie je elektrolýza vody a produkce vodíku.

Problémy zdrojů alternativní energie Nárazově vyráběná elektřina z alternativních zdrojů je produkována systémy, jejichž okamžitou účinnost není možno příliš ovlivňovat, jako jsou solární a větrné elektrárny.

Rozdíly mezi produkcí a spotřebou elektřiny jsou výrazné a značně zatěžují distribuční soustavu a snižují ekonomické výnosy výroba spotřeba Energinet.dk

Elektrická energie se nedá skladovat, proto se hledají možnosti využití nárazově vyráběné energie převyšující její spotřebu. Přebytečnou elektrickou energii je však možno využít nejen vpřečerpávacích elektrárnách, ale konzervovat ji např. ve formě H 2 vyrobeného elektrolýzou vody (power to gas system, P2G) Prototyp zařízení je instalovaný v elektrárně společnosti RWE vněmeckém Niederaußemu. Dokáže vyrobit od dvou do šesti kilogramů vodíku za hodinu. foto: Siemens

Elektrolytická výrobna vodíku dokáže zužitkovávat nárazové produkční špičky a efektivně eliminovat neduhy spojené s nadprodukcí elektřiny z obnovitelných zdrojů. Pro Siemens, který je jedním z největších výrobců větrných elektráren na světě, je tato technologie dalším krokem k efektivní akumulaci elektrické energie. Největší elektrolytická výrobna vodíku na světě Energiepark Mainz, k výrobě zeleného vodíku používá přebytečnou elektřinu z okolních větrných elektráren. Výrobna dokáže během pouhých několika sekund od zaznamenání zvýšené produkce elektřinypojmoutvýkonaž6mw,cožzní činí největší zařízení svého druhu na světě. Předpokládaná produkce vodíku je 200 tun ročně.

Přímé energetické využití vodíku je sice ekologicky čisté, ale zatím drahé, jeho skladování je náročné a nemá zavedený transportní systém. Plnoprovozní elektrolyzér na přebytečnou elektrickou energii Elektrolyzér založený na výměně protonů s reakční dobou v řádech milisekund vhodný pro nestabilní toky elektrické energie.

V poslední době se zvyšuje zájem o zachycení a uskladnění uhlíku (CCS carbon capture and storage) a zachycení a znovuvyužití uhlíku (CCU carbon capture and utilization) pro snížení emisí skleníkových plynů Certifikáty uhlíkové stopy (zeleného paliva) zohledňují snížení CO 2 vypouštěného do atmosféry. (např. Certifikát vydaný Energinet (DK) reprezentuje 1 MWh biomethanu vtlačeného do sítě, lze snimiobchodovat). Reakce na tento trend je snaha CO 2 zrůzných zdrojů zachytit a přeměnit na využitelný produkt methan nebo různé organické látky, hlavně alkoholy (ve stadiu výzkumu).

Konverze CO 2 na methan potřebuje redukční ekvivalenty ve formě vodíku nebo přímo elektronů Sabatierova reakce 4H 2 +CO 2 CH 4 +2H 2 O ΔG = 130,7 kj/mol Ekologická schůdnost konverze závisí na způsobu výroby vodíku: parciální oxidace parní reforming zplyňování uhlí (ve světě zaujímá až 90 % produkce vodíku) elektrolýza vody (4 % celosvětové produkce vodíku) Elektrolytický vodík je nejčistší, ale nejdražší ajevelmidůležitá cena elektrické energie použité na elektrolýzu.

Zdroje CO 2 pro syntetický biomethan zachycování ze spalin (drahé, znečištěny dusíkem ze vzduchu) plyny z fermentačních výrob, např. ethanol (znečištěny dusíkem ze vzduchu) CO 2 z bioplynu nejvýhodnější zdroj * zachycený CO 2 z produkce biomethanu * CO 2 přímo v bioplynu

Chemicky Konverze CO 2 s vodíkem může probíhat nutné vysoké tlaky a teploty, katalyzátory s drahými kovy, nutnost předčištění odstranění sulfanu z bioplynu Biologicky pomocíhydrogenotrofních methanogenů za podmínek anaerobní fermentace, teploty 40 64 C Anaerobní fermentace Hydrolýza Acidogeneze produkce vodíku a CO 2 Acetogeneze produkce vodíku a CO 2 Methanogeneze acetotrofní methanogeny CH 3 COOH CH 4 + CO 2 hydrogenotrofní methanogeny CO 2 + H 2 CH 4

Methanizace vodíku a oxidu uhličitého - biologicky Vodík je využíván hydrogenotrofními methanogeny na redukci CO 2 podle rovnice 4 H 2 + CO 2 CH 4 + 2H 2 O ΔG = 130,7 KJ/mol Ve směsných kulturách anaerobních fermentorů jsou hydrogenotrofní methanogeny v určité míře zastoupeny vždy a jejich aktivita i množství přivedením vodíku narůstá.

Proces biologického zušlechtění CO2 na biomethan pomocí vodíku Předchozí studie potvrdily, že biologická konverze plynného H 2 aco 2 na CH 4 je schůdná. Tento přístup umožní využít existující technologickou i energetickou infrastrukturu bioplynových stanic a jeho implementace může být velice rychlá. Zušlechtění bioplynu s průměrným % CH 4 kolem 60 na více než 90 % zvyšuje jeho energetickou hodnotu a umožňuje další využití v alternativě k zemnímu plynu. Proces zušlechtění bioplynu na biomethan pomocí vodíku může být realizován dvěma základními způsoby, jednak zaváděním vodíku přímo do anaerobního fermentoru nebo využitím externího bioreaktoru s obohacenou kulturou hydrogenotrofních methanogenů.

Zavádění vodíku přímo do anaerobního fermentoru (in situ) Zavádění vodíku do anaerobního fermentoru jako metoda získávání biomethanu má dvě zásadní limitace procesu metabolickou a fyzikálně-chemickou. Metabolická limitace Dávkování vodíku může působit určité problémy vzhledem k inhibičnímu vlivu zvýšeného parciálního tlaku vodíku na průběh metabolismu např. kyseliny máselné a propionové syntrofními acetogeny. To by se mohlo projevit ve snížené účinnosti rozkladu původních substrátů. Během tohoto procesu se může vzhledem ke spotřebě CO 2 významně zvýšit ph až nad 8, což opět zpomaluje některé mikrobiální procesy. V reaktorech obohacovaných H 2 jeho přídavek významně modifikuje mikrobiální komunitu. Fyzikálně-chemická limitace Další výrazná limitace účinnosti procesu je fyzikálně-chemická, hmotnostní transport plynu do kapaliny, protože pro využití mikroorganismy musí být vodík v kapalné fázi rozpuštěn. Koeficient přestupu hmoty je nízký, stejně jako rozpustnost vodíku, protože hydrogenotrofní mikrobiální konsorcia jsou nejaktivnější v termofilním režimu.

Závěry z výzkumu přeměny vodíku a CO 2 na biomethan in situ: metoda jednoduchá, účinná, ale má negativní efekt na proces vzhledem ke zvyšování ph. To je nutné nějakým způsobem snížit vnějším zásahem nebo kofermentací s kyselými substráty. Dále je nutné zabezpečit potřebné dávkování vodíku tak, aby byl všechen spotřebován. Zavádění vodíku do externího bioreaktoru (ex situ) Vzhledem k metabolickým omezením přídavku vodíku do fermentoru se další výzkum zabýval externími bioreaktory,kamjepřiváděn bioplyn nebo CO2 spolu s vodíkem a kde mohou být podmínky příznivé pro převažující hydrogenotrofní methanogeny. Zásadní je vliv teplotních podmínek na průběh a rychlost procesu, protože u hydrogenotrofních methanogenů převažují termofilní druhy. Pro vylepšení přestupu vodíku do kapalné fáze a pro zamezení průniku nespotřebovaného vodíku do biomethanu je možné použít pro dávkování membránové moduly.

biomethan elektrolýza vody H2 biomethan bioplyn elektrolýza vody H2 anaerobní fermentor anaerobní fermentor hydrogenotrofní methanogeny org. odpady digestát org. odpady digestát zušlechtění bioplynu na biomethan ve fermentoru zušlechtění bioplynu na biomethan v externím bioreaktoru Možnosti biologického zušlechtění bioplynu na biomethan s přídavkem vodíku Zdroj: Angelidaki I., G. Luo, and P. Kougias (2015). "Simultaneous hydrogen utilization and biogas upgrading by anaerobic microorganisms." Proceedings of 14th World Congress of Anaerobic Digestion, Viña del Mar, Chile, 15-18.11.2015, 2. biogas upgrading

Kaly a odpady, Brno, 20. 21.6 2018

Provozní realizace 28. ledna 2016 21.srpna 2016

Objekt BioCat ČOV AvedØre (v Dánsku blízko Kodaně) s realizovaným projektem BioCat s plnoprovozní technologií Electrochae biologické zušlechtění bioplynu na biomethan. http://www.electrochaea.com

Konverze CO 2 zbioplynu na CH 4 přivedením elektronů Anaerobní rozklad organických látek je jejich postupná oxidace za současného odebírání elektronů, přenos elektronů se uskutečňuje řetězcem redox reakcí, které jsou zprostředkovány redox enzymy biokatalyzátory. Elektroaktivní bakterie mohou provádět přímou bioelektrokatalýzu, kdy elektronový akceptor je přímo elektroda, převádí elektrony z aktivního místa enzymu na elektrodu bez jakýchkoli mediátorů. V bioelektrochemickém systému (BES) mikroby v anodovém prostoru oxidují substráty a převádějí uvolněné elektrony na anodu, ty jsou vedeny na katodu, kde jsou využívány jinými mikroby na redukci CO 2 na CH 4, proces je nazýván elektromethanogeneze. Biologická elektromethanogeneze je slibná technologie, která je aplikovatelná i na konverzi geologicky skladovaného CO 2 na CH 4 pomocí elektroaktivních mikroorganismů jako biokatalyzátoru

Konverze CO 2 z bioplynu na CH 4 přivedením elektronů - elektromethanogeneze Elektroaktivní mikroorganismy MFC mikrobiální palivový článek MEC mikrobiální elektrolýzní článek

Schematic diagram of a single-chamber MEC reactor

Schematic overview of chemical production in a typical MES