VODIK IN VODIKOVA VODIK IN VODIKOVA EKONOMIJA-KONČNA EKONOMIJA-KONČNA

REŠITEV ENERGETSKE REŠITEV ENERGETSKE KRIZE ?KRIZE ?

Dr. Ciril ZevnikDr. Ciril Zevnik

Fizikalno – kemične Fizikalno – kemične lastnosti vodikalastnosti vodika

Izgled brezbarven

Atomska masa 1,00794(g/mol)

Elektronska konfiguracija 1s1

Agregatno stanje plin

Gostota 0,08988g/l(pri 0ºC in 101,325kPa)

Tališče 14,01K(-259,14ºC)

Vrelišče 20,28K(-252,87ºC)

Trojna točka 13,8033K(7,042kPa)

Toplotna kapaciteta 28,836J/(mol◦ K)(25ºC-H2)

Toplotna prevodnost 180,5mW/(m◦ K) pri 300K

Viri vodikaViri vodika

Zemeljski plin 48%

Tekoča fosilna goriva 30%

Premogi 18%

Elektroliza vode 4%

Energetska gostota vodika Energetska gostota vodika in ostalih gorivin ostalih goriv

Plinasta goriva kW/kg Kg/l

Vodik, 1 bar 33472 0,00009

Vodik, 100 bar 33472 0,0063

Zemeljski plin 14900 0,00008

metan 13330 0,008

propan 14270 0,0019

Tekoča goriva

tekoči vodik, 33472 0,07

tekoči metan 13900 0,42

metanol 5560 0,8

etanol 8260 0,8

kerozin 12630 0,8

diesel 11770 0,9

amoniak 5170 0,7

hidrazin 4660 1

benzen 11650 0,9

Trdna goriva

les 4710 0,56

premog 8640 1,4

Projekcija vodikove Projekcija vodikove ekonomije v 21. stoletjuekonomije v 21. stoletju

Ponudba in povpraševanje Ponudba in povpraševanje po vodikupo vodiku

Elektroliza vode, vodik, Elektroliza vode, vodik, obnovljivi viri energijeobnovljivi viri energije

= =

Elektrolizna celica

H2O H2 H2

Hranik vodika

Napetostna prilagoditev PEM gorivna

celica

PEM

=

230 V 50 Hz

Razsmernik

Solarni modul

Vetrni generator

Javno elektro

omrežje

Lokalni porabniki na

mestu proizvodnje

=

Elektroliza vode Elektroliza vode polarizacijske krivuljepolarizacijske krivulje

polarizacijska krivulja el.celice

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 200 400 600 800 1000

gostota toka i/mA/cm2/

nap

eto

st U

/V/

fumea F-9100

Membransko elektrodni Membransko elektrodni sklop za elektrolizo vodesklop za elektrolizo vode

Vrste gorivnih celicVrste gorivnih celic

PEMFC- gorivne celice s polimerno PEMFC- gorivne celice s polimerno membranomembrano

PAFC- gorivne celice s fosforjevo PAFC- gorivne celice s fosforjevo kislinokislino

DMFC- direktne metanolne celiceDMFC- direktne metanolne celice AFC- alkalne gorivne celiceAFC- alkalne gorivne celice MCFC- gorivne celice s tekočim MCFC- gorivne celice s tekočim

karbonatomkarbonatom SOFC- oksidnokeramične gorivne celiveSOFC- oksidnokeramične gorivne celive

Primerjalne lastnosti Primerjalne lastnosti nekaterih gorivnih celicnekaterih gorivnih celic

Mehanizem delovanja Mehanizem delovanja različnih gorivnih celicrazličnih gorivnih celic

Membransko eletrodni Membransko eletrodni sklop PEM gorivnih celicsklop PEM gorivnih celic

ZaključkiZaključki Slika o vodiku kot čisti in okolju prijazni energiji, ki bo v naslednjem bližnjem Slika o vodiku kot čisti in okolju prijazni energiji, ki bo v naslednjem bližnjem

obdobju rešila problem energije in globalnega okolja je žal daleč od realnosti-. obdobju rešila problem energije in globalnega okolja je žal daleč od realnosti-. Projekcije pomika uveljavljanja vodikove ekonomije v 60 leta leta 21.stoletja Projekcije pomika uveljavljanja vodikove ekonomije v 60 leta leta 21.stoletja nam to potrjuje.nam to potrjuje.

Dodatno k tej ugotovitvi vemo, da obstajajo številne socialne in ekonomske Dodatno k tej ugotovitvi vemo, da obstajajo številne socialne in ekonomske prepreke, ki onemogočajo prodor vodikove ekonomije.prepreke, ki onemogočajo prodor vodikove ekonomije.

Prepričanje mnogih politikov, podjetnikov, ekonomistov je, da bo na vodiku Prepričanje mnogih politikov, podjetnikov, ekonomistov je, da bo na vodiku osnovana struktura zagotavljala energijo bodočim družbam je seveda osnovana struktura zagotavljala energijo bodočim družbam je seveda utemeljena . Pozitiven ton tej premisi je dejstvo, da je del takšne strukture že utemeljena . Pozitiven ton tej premisi je dejstvo, da je del takšne strukture že vzpostavljen v širokem industrijskem obsegu: vodik v industriji umetnih gnojil, vzpostavljen v širokem industrijskem obsegu: vodik v industriji umetnih gnojil, deloma v transportni dejavnosti ( avtomobilska industrija). Posebno v deloma v transportni dejavnosti ( avtomobilska industrija). Posebno v transportni dejavnosti se postavlja problem črpalk za vodik, ki je seveda v transportni dejavnosti se postavlja problem črpalk za vodik, ki je seveda v odnosu do avtomobilov na vodikov pogon v recipročni zvezi. odnosu do avtomobilov na vodikov pogon v recipročni zvezi.

Današnji projekti vodika in njegove pretvorbe v električno je na nivoju Današnji projekti vodika in njegove pretvorbe v električno je na nivoju demonstracijskih projektov in omejen na lokalne razmere. S prestopom na demonstracijskih projektov in omejen na lokalne razmere. S prestopom na široko polje aplikacij in pomembnih energetskih objektov bo vodikova široko polje aplikacij in pomembnih energetskih objektov bo vodikova ekonomija postala odvisna od tržnih razmerij, ki ji bodo zagotavljali obstoj in ekonomija postala odvisna od tržnih razmerij, ki ji bodo zagotavljali obstoj in razvoj.razvoj.

Vodikovo ekonomijo čakajo torej številni izzivi, ki so povezani s proizvodnjo Vodikovo ekonomijo čakajo torej številni izzivi, ki so povezani s proizvodnjo vodika iz fosilnih goriv in ob tem nastali toplogredni plin, ki slabša klimatsko vodika iz fosilnih goriv in ob tem nastali toplogredni plin, ki slabša klimatsko sliko Zemlje kot planeta ali se usmeriti na obnovljive vire energije in sliko Zemlje kot planeta ali se usmeriti na obnovljive vire energije in proizvajati vodik s postopki elektrolize. Vodik iz fosilnih goriv vsebuje kot proizvajati vodik s postopki elektrolize. Vodik iz fosilnih goriv vsebuje kot nečistočo ogljikov monoksid, kar zahteva dodatno čiščenje vodika. nečistočo ogljikov monoksid, kar zahteva dodatno čiščenje vodika. Skladiščenje vodika in njegova distribucija sta konceptualno nerešena.Skladiščenje vodika in njegova distribucija sta konceptualno nerešena.

Literatura s področja COLiteratura s področja CO2 2 – – toplogredni plintoplogredni plin

Ahlbeck, J., 2000: Ahlbeck, J., 2000: The Carbon Dioxide ThermometerThe Carbon Dioxide Thermometer. Energy & Environment, Vol. 11, No. 3, . Energy & Environment, Vol. 11, No. 3, pp. 355-358.pp. 355-358.

Dietze, P., 1998: Dietze, P., 1998: Der Klima-Flop des IPCCDer Klima-Flop des IPCC. Klima . Klima 2000 2000 22, , pp 5-6.pp 5-6. http://http://www.wuerzburg.de/mmwww.wuerzburg.de/mm--physik/klima/cmodel.htmphysik/klima/cmodel.htm

Gerholm, T.R.,: 1999: Gerholm, T.R.,: 1999: Energy Use and Climate ModelsEnergy Use and Climate Models. In: . In: Climate Policy after Kyoto, Climate Policy after Kyoto, T.R T.R Gerholm (ed.) Multi-Science Publishing Co Ltd, pp 78-89. (Gerholm (ed.) Multi-Science Publishing Co Ltd, pp 78-89. (www.multiwww.multi--science.co.ukscience.co.uk))

Hansen, J., Sato, M., Glascoe, J., and Ruedy, R., 1998: Hansen, J., Sato, M., Glascoe, J., and Ruedy, R., 1998: A common-sense climate index: Is A common-sense climate index: Is climate changing noticeably?climate changing noticeably? Proc. Natl. Acad. Sci. USA Vol. 95, pp 4113-4120 Proc. Natl. Acad. Sci. USA Vol. 95, pp 4113-4120

Holian, G.L., 1998: Holian, G.L., 1998: Uncertainty in Atmospheric CO2 Concentration from a Parametric Uncertainty in Atmospheric CO2 Concentration from a Parametric Uncertainty Analysis of a Global Ocean Carbon Cycle ModelUncertainty Analysis of a Global Ocean Carbon Cycle Model, M.Sc. thesis, Massachusetts , M.Sc. thesis, Massachusetts Institute of Technology, Dep of Earth, Atmopsheric, and Planetary Sciences.Institute of Technology, Dep of Earth, Atmopsheric, and Planetary Sciences.

IPCC, 1992: IPCC, 1992: Climate Change 1992: The Supplementary Report to the IPCC Scientific Climate Change 1992: The Supplementary Report to the IPCC Scientific Assessment. Assessment. Cambridge University Press, Cambridge,UKCambridge University Press, Cambridge,UK

IPCC, 1996: IPCC, 1996: Climate Change 1995: The Science of Climate Change. Climate Change 1995: The Science of Climate Change. Cambridge University Cambridge University Press, Cambridge UKPress, Cambridge UK

IPCC, 2001: IPCC, 2001: WGI Third Assesment Report, WGI Third Assesment Report, Draft.Draft. Jain, A.K., H.S.Kheshgi, M.I. Hofferet and D.J.Wuebbles 1995: Jain, A.K., H.S.Kheshgi, M.I. Hofferet and D.J.Wuebbles 1995: Distribution of radiocarbon as a Distribution of radiocarbon as a

test of global carbon cycle modelstest of global carbon cycle models. Glob.Biochem.Cycles, 9, 153-166. Glob.Biochem.Cycles, 9, 153-166 Keeling, D., and T.Whorf 2001: Keeling, D., and T.Whorf 2001: Atmospheric CO2 Record from Mauna LoaAtmospheric CO2 Record from Mauna Loa. Scripps Inst. of . Scripps Inst. of

Oceanography Oceanography http://http://cdiac.esd.ornl.govcdiac.esd.ornl.gov Marland, G., T.Boden and R.J. Andres 2001: Marland, G., T.Boden and R.J. Andres 2001: Global, Regional and National Carbon Dioxide Global, Regional and National Carbon Dioxide

Emissions From Fossil-Fuel ConsumptionEmissions From Fossil-Fuel Consumption. Univ. of North Dakota, Oak Ridge Nat. Lab.  . Univ. of North Dakota, Oak Ridge Nat. Lab.  http://http://cdiac.esd.ornl.govcdiac.esd.ornl.gov

Siegenthaler, U. and F. Joos, 1992: Siegenthaler, U. and F. Joos, 1992: Use of a simple model for studying oceanic tracer Use of a simple model for studying oceanic tracer distributions and the global carbon cycledistributions and the global carbon cycle. Tellus, 44B, 186-207.. Tellus, 44B, 186-207.

WEC/IIASA 1995: WEC/IIASA 1995: Global Energy Perspectives to 2050 and BeyondGlobal Energy Perspectives to 2050 and Beyond. N. Nakicenovic (Study . N. Nakicenovic (Study Director). WEC/IIASA Report.Director). WEC/IIASA Report.

Westerlund, T., 1990: Westerlund, T., 1990: On Modeling the Atmospheric Carbon Dioxide Change.On Modeling the Atmospheric Carbon Dioxide Change. Report 90-111-A, Report 90-111-A, Abo Akademi University, Department of Chemical Engineering. (Abo Akademi University, Department of Chemical Engineering. (tapio.westerlund@abo.fitapio.westerlund@abo.fi))