Evaluation of the Economic Efficiency of Hydrogen Production by Lignite Gasification

• Autorzy: Michał Kopacz , Radosław Kapłan , Krzysztof Kwaśniewski

Warianty tytułu

Ocena efektywności ekonomicznej wytwarzania wodoru na drodze zgazowania węgla brunatnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Hydrogen as a raw material finds its main use and application on the Polish market in the chemical industry. Its potential applications for the production of energy in fuel cell systems or as a fuel  for automobiles are widely analyzed and commented upon ever more frequently.  At present, hydrogen is produced worldwide mainly from natural gas, using the SMR technology  or via the electrolysis of water. Countries with high levels of coal resources are exceptional in that  respect, as there the production of hydrogen is increasingly based on gasification processes. China  is such an example. There some 68% of hydrogen is generated from coal.  The paper discusses the economic efficiency of hydrogen production technologies employing lignite gasification, comparing it with steam reforming of natural gas technology (SMR). In present  Polish conditions, this technology seems to be the most probable alternative for natural gas substitution.  For the purpose of evaluating the economic efficiency, a model has been developed, in which a sensitivity analysis has been carried out. An example of the technological process of energy-chemical processing of lignite has been presented, based on the gasification process rooted in disperse systems, characteristics of the fuel has been discussed, as well as carbon dioxide emission issues. Subsequently, the assumed methodology of economic assessment has been described in detail, together  with its key assumptions. Successively, based on the method of discounted cash flows, the unit of  hydrogen generation has been determined, which was followed by a detailed sensitivity analysis,  taking the main risk factors connected with lignite/coal and natural gas price relations, as well as  the price of carbon credits (allowances for emission of CO2) into account. (original abstract)

Wodór jako surowiec ma głównie zastosowanie na rynku Polskim w przemyśle chemicznym, jednak  coraz częściej są szeroko analizowane i komentowane jego perspektywiczne zastosowania do produkcji  energii w układach ogniw paliwowych czy jako paliwa samochodowego. W chwili obecnej na świecie wodór wytwarzany jest głównie z gazu ziemnego przy wykorzystaniu  technologii reformingu parowego lub na drodze elektrolizy wody. Wyjątkiem są kraje dysponujące dużymi  zasobami węgla, gdzie jego produkcja jest coraz częściej oparta na procesach zgazowania. Takim przykładem są Chiny, gdzie około 68% wodoru wytwarzane jest z węgla. Artykuł porusza tematykę oceny efektywności ekonomicznej technologii produkcji wodoru na drodze  zgazowania węgla brunatnego odnosząc ją do technologii reformingu parowego gazu ziemnego (SMR).  Aktualnie, w warunkach polskich technologia ta wydaje się być najbardziej prawdopodobną alternatywą  substytucji gazu ziemnego. Na potrzeby oceny efektywności ekonomicznej zbudowano model, w którym przeprowadzono analizę  wrażliwości, w szczególności zaprezentowano przykładowy proces technologiczny energo-chemicznego  przetwarzania węgla brunatnego, bazujący na procesie zgazowania na podstawie układu dyspersyjnego,  omówiono charakterystykę paliwa oraz kwestię emisji ditlenku węgla. Następnie szczegółowo opisano  przyjętą metodykę oceny ekonomicznej oraz jej kluczowe założenia. Kolejno, bazując na metodzie zdyskontowanych przepływów pieniężnych, wyznaczono jednostkowy koszt wytworzenia wodoru, po czym  dokonano szczegółowej analizy wrażliwości, uwzględniając główne czynniki ryzyka, związane z relacją  cen węgla i gazu ziemnego oraz ceną pozwoleń na emisje CO2. (abstrakt oryginalny)

Słowa kluczowe

EN

Energetics; Gas emissions; Chemistry; Hydrogen

PL

Energetyka; Emisja gazów; Chemia; Wodór

• Czasopismo: Polityka Energetyczna
• Rocznik: 2019
• Tom: 22
• Numer: z. 4
• Strony: 21--36

Twórcy

autor

Michał Kopacz

• Mineral  and  Energy  Economy  Research  Institute  of  the  Polish  Academy  of  Sciences,  Kraków,  Poland

autor

Radosław Kapłan

• AGH University of Science and Technology Kraków, Poland

autor

Krzysztof Kwaśniewski

• AGH University of Science and Technology Kraków, Poland

Bibliografia

• British Petroleum BP: Energy Outlook. [Online] https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/ global/corporate/pdfs/energy-economics/energy-outlook/bp-energy-outlook-2019.pdf  [Accessed:  2019-05-27].
• Chmielniak et al. 2013 - Chmielniak, T., Ściążko, M. i Sobolewski, A. 2013. Fluidized bed gasification of coal in a CO2 atmosphere (Fluidalne zgazowanie węgla w atmosferze CO2). Karbo 1, pp. 6-15  (in Polish).
• Chmielniak, T. 2014. Simulation analyzes of hydrogen production technology in the aspect of CO2 emissions - coal mining, transport and processing (Badania symulacyjne technologii wytwarzania wodoru w aspekcie emisji CO2 - wydobycie, transport i przetwórstwo węgla). Monografia, Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej (in Polish).
• DOE NETL: Quality guidelines for Energy System Studies: Cost Estimation Methodology for NETL Assessments for Power Plant Performance: DOE/NETL-2011/1455, April 2011.
• Kwaśniewski et al. 2014 - Kwaśniewski, K., Kopacz, M., Grzesiak, P. and Kapłan, R. 2014. Assessment of economic effectiveness of selected coal gasification technologies (Ocena efektywności ekonomicznej wybranych technologii zgazowania węgla). Karbo 4, pp. 202-213 (in Polish).
• Kwaśniewski et al. 2015 - Kwaśniewski, K. eds., Kopacz, M. eds., Grzesiak, P., Kapłan, R. and Sobczyk, E.J. 2015. Coal gasification - conditions, effectiveness and perspectives for development, AGH,  Kraków.
• Kwaśniewski et al. 2016 - Kwaśniewski, K., Kopacz, M., Kapłan, R., Grzesiak, P. and Sobczyk, J.  2016. Economic assessments of hydrogen production by coal gasification (Ocena ekonomiczna wytwarzania wodoru przez zgazowanie węgla). Przemysł Chemiczny 95, No. 2, pp. 241-249. Bibliogr. p. 249,  Kraków.
• Luque, R. and Speight, J. 2015. Gasification for Syntetic Fuel Production. Woodland Publishing Series In Energy 69, Elsevier Ltd. (p. 11).
• McHugh et al. 2005 - McHugh, K., Eisele, S. and Nestell, J. 2005. Hydrogen production methods.  MPR Associates, Inc. MPR-WP-0001.
• Molenda, J. 2008. Hydrogen energetics - technologies and perspectives (Energetyka wodorowa - technologie i perspektywy). Wszechświat vol. 108, No. 04-06 (in Polish).
• Regulation (EU) 2019/943 of the European Parliament and of the Council of 5 June 2019 on the internal  market  for  electricity.  Bruksela  2019  [Online]  https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/HTML/?uri=CELEX:32019R0943&from=EN [Accessed: 2019-06-21].
• Prasertcharoensuk et al. 2019 - Prasertcharoensuk, P., Bull, S.J. and Phan, A.N. 2019. Gasification of waste biomass for hydrogen production: Effects of pyrolysis parameters. Renewable Energy Vol. 143.
• Surygała, J. 2008. Hydrogen as a fuel (Wodór jako paliwo). Warszawa: Scientific and Technical Publishing House (in Polish).
• Taniewski, M. 2012. Syngas and carbon dioxide chemistry. Review of today's opportunities (Chemia gazu syntezowego i ditlenku węgla. Zarys współczesnych możliwości). Przemysł Chemiczny 91/4 (in Polish).
• Yang, J. 2019. Hydrogen as an Energy Carrier: Can China accelerate the path down the learning curve?  [Online]  https://ihsmarkit.com/research-analysis/hydrogen-as-an-energy-carrier-can-china-accelerate -the-path.html [Accessed: 2019-10-23].

Identyfikatory

DOI

DOI: 10.33223/epj/113369