ENERGETYKA, RYNEK ENERGII - CIRE.pl - energetyka zaczyna dzień od CIREWodór
Właścicielem portalu jest ARE S.A.
ARE S.A.

SZUKAJ:



PANEL LOGOWANIA

X
Portal CIRE.PL wykorzystuje mechanizm plików cookies. Jeśli nie chcesz, aby nasz serwer zapisywał na Twoim urządzeniu pliki cookies, zablokuj ich stosowanie w swojej przeglądarce. Szczegóły.


Dlaczego wodór potrzebuje energii jądrowej, aby odnieść sukces
11.03.2021r. 10:42

www.cire.pl | Obserwuj nasze newsy na LinkedIn Alan Mammoser
Żeby wodór wolny od węgla odegrał znaczącą rolę w redukcji emisji, będzie musiał być produkowany w dużych ilościach przy niskich kosztach, aby móc konkurować z węglowodorami.
W przyszłym systemie elektroenergetycznym silnie uzależnionym od nieciągłych źródeł odnawialnych wodór prawdopodobnie znajdzie ekonomiczne zastosowanie w procesie magazynowania energii niezbędnym do równoważenia sieci.

Jednak, aby zaistniała rzeczywista "gospodarka wodorowa", wodór będzie musiał rozszerzyć się na tak zwane sektory "trudne do zmniejszenia [emisji]", w których występuje duża część emisji dwutlenku węgla. Wodór mógłby zostać wykorzystany do bezpośredniego dostarczania ciepła w przemyśle, a paliwa pochodne wodoru (paliwa syntetyczne, takie jak amoniak i syntetyczne paliwa węglowodorowe wytwarzane z wodoru i CO2), wyparłyby węglowodory ciekłe używane obecnie w przemyśle ciężkim (cement, chemikalia, stal), ciężkim transporcie morskim i lotnictwie.

Międzynarodowa Agencja Energii uważa tę zmianę za niezbędną, aby ostatecznie osiągnąć neutralność węglową w globalnym systemie energetycznym. W Scenariuszu Zrównoważonego Rozwoju (Sustainable Development Scenario, SDS) emisje w sektorach przemysłu i transportu utrzymują się uparcie na wysokim poziomie w 2040 r., znacznie przewyższając emisje w sektorze energetycznym, w którym nastąpiły znaczące redukcje (i osiągną rzeczywiste ujemne emisje do 2070 r.).

Scenariusz MAE przewiduje, że wodór, amoniak i paliwa syntetyczne będą stanowić 1,5% globalnego zużycia energii w 2040 r., ale wzrosną do prawie 10% w 2070 r., ponieważ paliwa węglowodorowe odnotowują gwałtowne spadki. Ale agencja nie wytyczyła jasnej ścieżki prowadzącej do takiego wyniku.

Niektórzy przedsiębiorcy twierdzą, że mogą już dostarczać wodór wolny od węgla w cenie 2 USD / kg. Inni jednak widzą, że konieczny jest znacznie bardziej stromy spadek, do 0,90 USD / kg paliw wodorowych, aby zastąpić paliwa płynne na dużą skalę w sektorach lotnictwa i żeglugi. Nie jest jasne, czy uda się to osiągnąć nawet do połowy wieku, co prowadzi wielu obserwatorów do apelu o wprowadzenie różnych form podatku węglowego, aby czysty wodór stal się opłacalny.

W każdym razie osiągnięcie niższych cen będzie wymagało innowacji, w tym innowacji w energetyce jądrowej. Przyszłość ekologicznego wodoru może zależeć od badań i innowacji zachodzących obecnie w zaawansowanych reaktorach i paliwach jądrowych w Stanach Zjednoczonych i za granicą.

Idąc w kierunku atomowym

Elektryczność i ciepło z elektrowni jądrowej mogą napędzać elektrolizę do bezemisyjnej produkcji wodoru. Ta koncepcja już zaczyna być demonstrowana w istniejących reaktorach lekkowodnych w USA.

Naukowcy zastanawiają się również nad wykorzystaniem reaktorów lekkowodnych do elektrolizy parowej w wysokiej temperaturze, co zapewnia przewagę wydajności w porównaniu z elektrolizą wody w niższej temperaturze. Będzie to wymagało zwiększenia ciepła wytwarzanego przez zakład, aby osiągnąć temperatury wymagane do bardziej wydajnej elektrolizy parowej.

To podejście może okazać się wykonalne, gdy będą kontynuowane prace nad zaawansowanymi reaktorami wysokotemperaturowymi. W międzyczasie następuje również rozwój małych reaktorów modułowych do potencjalnego wytwarzania energii elektrycznej do elektrolizy niskotemperaturowej.

Wiele badań w USA odbywa się w ramach programów prowadzonych w Idaho National Laboratory (INL), które jest wiodącym krajowym laboratorium badań, rozwoju i demonstracji energii jądrowej. INL współpracuje z partnerami korporacyjnymi przy wielu projektach, w tym przy demonstracji technologii elektrolizy w obecnie eksploatowanych lekkowodnych reaktorach jądrowych.

Ważne wsparcie dla bieżącej współpracy INL z partnerami handlowymi pochodzi z inicjatywy H2atScale Departamentu Energii USA. W ramach tej inicjatywy Exelon Corporation, największy operator elektrowni jądrowych w kraju, zgodził się na umieszczenie elektrolizera o mocy 1 MW w jednej ze swoich elektrowni, który może działać do 2023 r. i będzie produkować wodór do wykorzystania na miejscu lub na sprzedaż. Demonstracja pozwoli na symulację skalowania do większej jednostki produkcyjnej wodoru.

Innym partnerem handlowym jest Energy Harbor Corp., która w zeszłym roku wyszła z bankructwa i nadal eksploatuje kilka elektrowni jądrowych. Firma planuje demonstrację komercyjnej elektrolizy w swojej elektrowni jądrowej Davis-Besse, jednostce położonej na brzegu jeziora Erie w pobliżu Toledo w stanie Ohio. Dwuletni projekt będzie miał na celu rozmieszczenie jednostki do elektrolizy niskotemperaturowej o mocy od 1 do 3 MW do produkcji komercyjnych ilości wodoru.

Planowana jest również demonstracja wysokotemperaturowej elektrolizy parowej w obecnie działającej elektrowni z reaktorem lekkowodnym. Proces wymaga wzmocnienia ilości ciepła w celu napędzania elektrolizy do produkcji wodoru w wysokich temperaturach (ok. 1000 stopni C). Firma Xcel Energy z siedzibą w Minneapolis została niedawno wybrana do demonstracji z funduszem federalnym w wysokości 11 milionów dolarów.

"Projekt jest pierwszym tego rodzaju połączeniem komercyjnego generatora energii elektrycznej z technologią wysokotemperaturowej elektrolizy parowej" - mówi Richard Boardman z INL. Jest on krajowym konsultantem technicznym projektu "Flexible Plant Operations and Generation Pathway" realizowanego przez DOE w ramach Light Water Reactor Sustainability Program.

"Powstały wodór będzie początkowo używany w elektrowni, ale ostatecznie może zostać sprzedany innym branżom - zwłaszcza jeśli zostaną rozwinięte zdolności produkcyjne wodoru na dużą skalę" - dodaje.

INL zamierza rozszerzyć współpracę z partnerami komercyjnymi o instalację systemów elektrolizy wodoru w obecnie działających lekkowodnych reaktorach jądrowych, montując kaskady elektrolizerów w celu dalszego testowania i rozwijania tych systemów. Ponadto laboratorium rozważa ewentualne wdrożenie zaawansowanych reaktorów wysokotemperaturowych specjalnie przeznaczonych do prowadzenia elektrolizy parowej. Na całym świecie opracowywanych jest obecnie kilka różnych zaawansowanych koncepcji reaktorów, z których wiele jest projektowanych jako mikroreaktory lub małe reaktory modułowe.

"Reaktory prędkie chłodzone sodem, reaktory ze stopionymi solami i wysokotemperaturowe reaktory gazowe mogą osiągnąć większą wydajność procesu, ponieważ ich wyższe temperatury robocze poprawiają wydajność wytwarzania energii elektrycznej" - mówi Richard Boardman. "A energia elektryczna nadal stanowi większość energii wykorzystywanej w elektrolizie parowej".

Spekulacje na temat małych reaktorów

Potrzeba wykorzystania energii jądrowej do bezemisyjnej produkcji wodoru stała się pilna podczas niedawnej dyskusji panelowej w ramach Globalnego Forum Energetycznego Rady Atlantyckiej, zatytułowanej "Nuclear Beyond Power: Hydrogen, Heat, and Desalination".

Kirsty Gogan, partner zarządzający w firmie konsultingowej LucidCatalyst w Wielkiej Brytanii, powiedziała, że zgodnie z obliczeniami jej firmy docelowy punkt cenowy wynoszący 0,90 USD / kg można osiągnąć do 2030 r. przy użyciu "zaawansowanego ciepła". W tym przypadku termin ten odnosi się do małych reaktorów modułowych.

LucidCatalyst opublikował w jesieni ubiegłego roku raport zatytułowany "Missing Link to a Livable Climate: How Hydrogen-Enabled Synthetic Fuels Can Help Deliver the Paris Goals". Zawiera on ciekawe propozycje dotyczące produkcji zielonego wodoru na dużą skalę, która ma nastąpić znacznie szybciej niż to, co jest przewidziana w scenariuszu MAE. Zawiera on ciekawe propozycje dotyczące produkcji zielonego wodoru na dużą skalę, która ma nastąpić znacznie szybciej niż to, co jest przewidziana w scenariuszu MAE.

Autorzy argumentują, że produkcja ekologicznego, taniego wodoru na dużą skalę do paliw syntetycznych nie może być prowadzona w sposób konkurencyjny z elektrolizą zasilaną energią odnawialną, być może nawet do połowy wieku. Twierdzą, że faktyczne wymagania dotyczące terenu byłyby zbyt duże. Ponadto zwracają uwagę, że energia wiatrowa i słoneczna nie wytwarzają ciepła jako produktu energii pierwotnej, a zatem można ją zastosować tylko do mniej wydajnej elektrolizy niskotemperaturowej.

Zamiast tego zalecają "nową generację zaawansowanych źródeł ciepła", które w rzeczywistości są zaawansowanymi reaktorami modułowymi (patrz raport str. 26), które zasilają elektrolizę za pomocą ciepła. Twierdzą też, że produkcja takich reaktorów może odbywać się w dużych ilościach i ekonomicznie przy zaawansowanej produkcji i normalizacji, w portach i stoczniach lub w ich pobliżu.

Nowoczesne stocznie oferują im ważne modele tego rodzaju, których poszukują na dużą skalę i przy niskich kosztach produkcji. Jednym z formatów byłaby pływająca platforma produkcyjna zacumowana w pobliżu portu, w której rozmieszczane byłyby wysokotemperaturowe reaktory modułowe do elektrolizy wysokotemperaturowej, przeznaczone do produkcji wodoru i jego przekształcania w amoniak jako paliwo okrętowe. W raporcie porównano koszty kapitałowe i operacyjne małych reaktorów modułowych na lekką wodę i stopioną sól, aby pokazać korzyści kosztowe zaawansowanych technologii jądrowych (raport, str. 49).

Innym sugerowanym formatem jest "gigafabryka" z małymi modułowymi reaktorami zbudowanymi na miejscu w celu skoncentrowanej produkcji wodoru na dużą skalę w pobliżu portów i linii kolejowych. Raport zawiera imponujące ilustracje tego, jak te obiekty mogą kiedyś wyglądać, jeśli kiedykolwiek zostaną zbudowane.

Te "zaawansowane systemy ciepłownicze" bez wątpienia będą stosowane przez wiele innych w nadchodzących latach, ponieważ przedsiębiorcy będą dążyć do radykalnego obniżenia kosztów czystego wodoru i paliw syntetycznych na bazie wodoru. Inni paneliści wskazywali na rzeczywiste możliwości zaawansowanej energii jądrowej.

"Kluczem będzie ostatecznie wytwarzanie wysokich temperatur potrzebnych do najbardziej efektywnej produkcji wodoru" - powiedział Seth Grae, prezes i dyrektor generalny Lightbridge Corporation, amerykańskiej firmy zajmującej się zaawansowanymi paliwami jądrowymi.

"Energia jądrowa to jedyny możliwy sposób osiągnięcia tego celu" - powiedział.

Czytaj również:
Czy znasz to narzędzie?
Oil Price

KOMENTARZE ( 2 )


Autor: zgryźliwy 12.03.2021r. 10:21
"Elektroliza parowa" ? A może chodzi o bezpośrednią technologię termiczną ? Dyskusja o wodorze wynikła tylko z potrzeby wynalezienia sposobu na magazynowanie en.el. Mając gotowy prąd z atomu nie musimy go tracić w nonsensownym procesie prąd-wodór-prąd. Możemy od razu na gotowym prądzie jechać, a atom dostarczy go dokładnie, gdy go trzeba. To tylko niesterowalność wiatru i foto wymusza dyskusję o wodorze, i szczerze mówiąc to niech Ministerstwo Klimatu do 11 GW wiatru i 16 GW foto doda koszt 27 GW elektrolizerni. Atom tego nie potrzebuje.
ODPOWIEDZ ZGŁOŚ DO MODERACJI

Autor: Choczewo 12.03.2021r. 10:53
Cały problem w tym, że nikt nie potrzebuje atomu ! Antykwariat do antkwariatu.
ODPOWIEDZ ZGŁOŚ DO MODERACJI
Dodaj nowy Komentarze ( 2 )

DODAJ KOMENTARZ
Redakcja portalu CIRE informuje, że publikowane komentarze są prywatnymi opiniami użytkowników portalu CIRE. Redakcja portalu CIRE nie ponosi odpowiedzialności za ich treść.

Przesłanie komentarza oznacza akceptację Regulaminu umieszczania komentarzy do informacji i materiałów publikowanych w portalu CIRE.PL
Ewentualne opóźnienie w pojawianiu się wpisanych komentarzy wynika z technicznych uwarunkowań funkcjonowania portalu. szczegóły...

Podpis:


Poinformuj mnie o nowych komentarzach w tym temacie




cire
©2002-2021
Agencja Rynku Energii S.A.
mobilne cire
IT BCE