Energetyka wodorowa - ebook

Przedmowa

Cały system energetyczny doznaje obecnie istotnych zmian technologicznych. Dotyczy to wszystkich jego podstawowych modułów (podsystemów). Od struktury wykorzystywanej energii pierwotnej poprzez technologie jej konwersji do końcowych użytkowych postaci energii (elektryczności, ciepła, nowych paliw, chłodu, energii mechanicznej), technologie jej przesyłu, rozdziału i użytkowania u odbiorców końcowych. Kryteria optymalizacyjne procesu transformacji obok podstawowych techniczno-ekonomicznych (sprawności, kosztów wytwarzania) powinny ujmować funkcje celu wynikające z wyzwań ekologicznych (ochrona klimatu, zmniejszenie zanieczyszczeń atmosfery, ochrona zasobów paliwowych i innych).

W poszukiwaniach racjonalnych rozwiązań intensywnie dyskutuje się rolę wodoru jako ważnego nośnika energii w uzyskaniu pożądanych efektów transformacji energetycznej. Temu zagadnieniu poświęca się wiele studiów i opracowań scenariuszowych przygotowywanych przez międzynarodowe i krajowe agencje oraz instytucje zajmujące się przyszłością energetyczną. Można także zauważyć dużą dynamikę wzrostu liczby opracowań naukowych i publikacji z tej tematyki.

Przekazywana w ręce Czytelnika książka zawiera wykład obejmujący główne technologie wytwarzania wodoru, jego transportu i składowania oraz energetycznego wykorzystania. W wyborze tematyki kierowano się stanem zaawansowania rozwoju poszczególnych technologii, gwarantującym praktyczne zastosowanie danych rozwiązań. Starano się także wskazać na możliwe kierunki rozwoju w 20–30-letniej perspektywie.

W rozdziałach zawierających omówienie poszczególnych technologii wiele zagadnień szczegółowych ilustrowano przykładami obliczeniowymi, co powinno ułatwić zrozumienie istoty danego zagadnienia oraz być źródłem wiedzy praktycznej.

Książka może być pomocna dla pracowników nauki pracujących w dyscyplinie inżynieria środowiska, górnictwo i energetyka oraz w innych dyscyplinach naukowych (np. automatyka, elektronika i elektrotechnika, inżynieria chemiczna, inżynieria mechaniczna, transport), dla studentów wszystkich kierunków związanych z energetyką i transportem. Książka może być także interesująca dla studentów studiów podyplomowych oraz pracowników instytucji przemysłowych i projektowych.

Podziękowania

Przy opracowaniu książki autorzy korzystali z pomocy wielu współpracowników z Katedry Maszyn i Urządzeń Energetycznych oraz Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla. Pragniemy podziękować współautorom opracowań ( artykułów naukowych, referatów konferencyjnych, raportów z realizacji projektów badawczych), których wyniki wykorzystano w trakcie opracowania książki oraz którzy pomogli nam przygotować przykłady obliczeniowe i rysunki. Przede wszystkim dziękujemy Pani inż. Grażynie Roskosz oraz Panom: prof. dr. hab. inż. Andrzejowi Rusinowi, prof. dr. hab. inż. Januszowi Kotowiczowi, dr. hab. Leszkowi Remiorzowi prof. PŚ., dr. hab. inż. Łukaszowi Barteli prof. PŚ., dr inż. Katarzynie Stoleckiej, dr. inż. Sebastianowi Lepszemu, dr. inż. Danielowi Węclowi.

Gorące podziękowanie pragniemy przekazać Panu Redaktorowi Adamowi Filutowskiemu oraz innym osobom zaangażowanym w wydanie tej książki.

Jesteśmy wdzięczni recenzentowi prof. dr. hab. inż. Wojciechowi Nowakowi za cenne uwagi, które pomogły nam w pracy nad książką.

AutorzyWykaz używanych skrótów

----------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ATR – reforming autotermiczny (ang. autothermal reforming)
BFB – reaktory ze złożem pęcherzykowym (ang. bubbling fluidized bed)
CAPEX – nakłady inwestycyjne (ang. capital expenditures)
CCS – wychwyt i składowanie ditlenku wegla (ang. carbon capture and storage)
CCU – wychwyt i wykorzystanie ditlenku wegla (ang. carbon capture and utilization)
CFB – reaktory z cyrkulującym złożem fluidalnym (ang. circulating fluidized bed)
CIS – (ang. copper indium selenide)
DGM – modelu gęstego gazu (ang. dusty-gas model)
DRI – bezpośrednia redukcja rudy żelaza (ang. direct reduced iron)
HTU – hydrotermiczna waloryzacja biomasy (ang. hydrothermal upgrading)
IEA – Międzynarodowa Agencja Energetyczna (ang. International Energy Agency)
KRA – katalityczny rozkład amoniaku
LPG – gaz skroplony (ang. liquid petroleum gas)
OPEX – koszty operacyjne (ang. operating expenditures)
PEM(E) – elektrolizer membranowy (ang. proton exchange membrane electrolyzer)
PEM(FC) – ogniwo paliwowe z protonowymienną membraną (ang. proton exchange membrane fuel cell)
POX – częściowe utlenianie (ang. partial oxidation)
PSA – adsorpcja zmienno-ciśnieniowa(ang. pressure swing adsorption)
SMR – reforming parowy (ang. steam methane reforming)
SNG – syntetyczny gaz naturalny (ang. synthetic natural gas)
SOEC – elektrolizery tlenkowo-ceramiczne (ang. solid oxide electrolysis cell)
SOFC – tlenkowo-ceramiczne ogniwa paliwowe (ang. solid oxide fuel cell)
SR – (ang. steam reformer)
WGS – proces konwersji CO – hydroliza tlenku węgla (ang. water gas shift reaction)
WTA – fluidalna technologia suszenia paliwa (niem. Wirbelschicht-Trocknung mit interner Abwärmenutzung, ang. fluidized-bed drying with internal waste heat utilization)
----------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------