زيست توده(بيوماس) چيست؟

منابع زيست توده (بيوماس) كدامند؟

توليد انرژي از زيست توده چگونه است؟

گازي سازهاي زيست توده چيست؟

ميزان بهره گيري بيوماس براي توليد انرژي امروزه، چه ميزان است؟

مزاياي بهره گيري از منابع زيست توده چيست؟

سوختهاي زيستي چيست؟

معضلاتي كه با توسعه صنعتي و تقاضاي روز افزون انرژي همراه است را نام ببريد؟

ويژگيهاي سوخت هيدروژني را نام ببريد؟

ويژگيهايي كه هيدروژن را از ساير گزينه‎هاي مطرح سوختي متمايز مي‎نمايد ‌را نام ببريد؟

خواص سوختهاي متداول با سوخت هيدروژني را مقايسه كنيد؟

سه تفاوت عمده بين پيلهاي سوختي و پروسه احتراق معمولي جهت توليد الكتريسيته را نام ببريد؟

مزاياي استفاده از هيدروژن بعنوان سوخت را نام ببريد؟

مشكلات استفاده از انرژي هيدروژني را نام ببريد؟

انواع فناورهاي توليد هيدروژن از منابع فسيلي را نام ببريد؟

انواع روشهاي توليد هيدروژن از منابع غيرفسيلي(تجديدپذير) را نام ببريد؟

انواع فناوريهاي عرضه و ذخيره سازي هيدروژن را نام ببريد؟

در حال حاضر روش عمده توليد هيدروژن به كدام روش مي‌باشد؟

 توليد هيدروژن با استفاده از روش الكتروليز را توضيح دهيد؟

چرا اقتصاد هيدروژني بدنبال آن است كه هيدروژن را از منابع تجديدپذير توليد و در آينده هيدروژن را جايگزين سوختهاي فسيلي جايگزين نمايد؟

موانعي كه بر سر راه گسترش اقتصاد هيدروژني وجود دارد را نام ببريد؟

چالشهاي موجود در زمينه فناوريهاي توليد هيدروژن را نام ببريد؟

چالشهاي موجود در زمينه فناوريهاي توزيع و ذخيره سازي هيدروژن را نام ببريد؟

 پيل سوختي چيست؟

انواع پيلهاي سوختي كدامند؟

مزاياي پيل سوختي چيست؟

چه سوختهايي مي‎توانند در پيلهاي سوختي بكار روند؟

كاربردهاي پيل سوختي چيست؟

قيمت پيلهاي سوختي چقدر است؟

 آيا مي‎توان از پيلهاي سوختي براي انرژي مصرفي منازل استفاده نمود؟

1-زيست توده(بيوماس) چيست؟

زيست توده يكي از منابع مهم انرژيهاي تجديدشونده محسوب مي شود و به هر موجود زنده كه قابليت رشد و نمو داشته و بر مبناي قوانين طبيعي تقسيم شوند اطلاق مي شود و شامل جنگلها، اجزاء گياهان، برگها، موجودات زنده اقيانوسها، زائدات حيواني، پسماندهاي شهري و غذايي و ... مي شوند. اين مواد قابليت ذخيره انرژي در خود را دارا مي باشند. در واقع در خلال پديده فتوسنتز، دي اكسيد كربن از طريق آب و خاك و هوا توسط انرژي خورشيدي در گياهان ذخيره مي شود و باعث رشد و نمو آنها مي گردد اين انرژي خورشيدي در مواقع مصرف، قابليت تبديل به انرژي را دارا مي باشد.

زيست توده قابليت توليد برق، حرارت، سوختهاي مايع، سوختهاي گازي و انواع كاربردهاي مفيد شيميايي را دارا مي باشد. زيست توده سهم بزرگي در ميان ديگر انواع منابع انرژيهاي نو دارا مي باشد.

 

2-منابع زيست توده (بيوماس) كدامند؟

منابع زيست توده كه براي توليد انرژي مناسب هستند، طيف وسيعي از مواد را شامل مي شوند كه بصورت عمده به شش گروه تقسيم مي شوند:

• سوختهاي چوبي

• زائدات جنگلي، كشاورزي، باغداري و صنايع غذايي

• زائدات جامد شهري (زباله ها)

• فضولات دامي

• فاضلابهاي شهري

• فاضلابها، پسماندها و زائدات آلي صنعتي

 

3-توليد انرژي از زيست توده چگونه است؟

توليد انرژي از منابع زيست توده (همانند سوختهاي فسيلي) به منظور توليد الكتريسيته و حرارت مي باشد. منابع زيست توده يكي از قديمي ترين منابع انرژي در جهان مي باشد.

اين منابع در صورت استفاده مستقيم قابليت توليد حرارت را دارا مي باشند. و در صورت توليد سوختهاي زيستي يا بيوگاز قابليت استفاده در موتور ژنراتورها يا پس از توليد بخار آب در توربين ژنراتورها را جهت توليد برق دارد.

4-گازي سازهاي زيست توده چيست؟

گازي سازهاي زيست توده، راكتورها مي باشند كه قابليت توليد گازهاي سوختي در غياب اكسيژن را دارند. ارزش حرارتي اين گازها كمتر از ارزش حرارتي گازهاي سوختي طبيعي مي باشد. اين گازها بيوگاز ناميده مي شوند.

 

5-ميزان بهره گيري بيوماس براي توليد انرژي امروزه، چه ميزان است؟

و بعد از سوختهاي فسيلي زغال سنگ، نفت و گاز طبيعي، زيست توده چهارمين منبع بزرگ انرژي در جهان است كه براي توليد حرارت (بخاريهاي هيزمي در منازل و توليد حرارت و آب گرم در صنايع) پخت و پز (خصوصاً در كشورهاي در حال توسعه) حمل و نقل (سوختهاي زيستي اتانول بيو ديزل) و توليد انرژي الكتريكي بكار مي رود. طبق برآرودهاي انجام شده در تمام دنيا Btu ¹⁵ 10´278 ظرفيت نصب شده زيست توده مي باشد كه Btu ¹⁵ 10´7.2 فقط در آمريكا نصب شده است.

 

6-مزاياي بهره گيري از منابع زيست توده چيست؟

اين منابع جزء منابع تجديدشوند مي باشند چرا كه با بهره گيري از اين منابع مجدداً بطور طبيعي رشد و نمو پيدا مي كنند ضمن اينكه توليد CO₂ اين منابع (در صورت بهره گيري از آنها) بطور طبيعي بوده و توليد گازهاي گلخانه اي نمي كند. از ديگر سو بعنوان يك منبع ذخيره انرژي خورشيدي عمل مي كنند كه مي توان در مواقع لزوم از آن بهره گيري نمود.

در ميان ساير منابع تجديدشونده تنها منبعي هستند كه قابليت توليد سوختهاي مايع، جامد و گازي را دارا مي باشند و اين به معناي كاربرد گسترده آن مي باشد.

 

7-سوختهاي زيستي چيست؟

نوعي از سوختها مي باشد كه از منابع زيست توده بدست مي آيد. شامل سوختهاي اتانول مايع، متانول، بيوديزل و سوختهاي ديزل گازي همچون هيدروژن و متان. تحقيقات بر روي سوختهاي زيستي شامل 3 هدف عمده مي باشد.

1. توليد سوختهاي زيستي

2. پيدا كردن راههاي بهره گيري و استفاده از آن

3. تعيين پراكندگي ساختهاي آن

منابع توليد اين سوختها عبارتند از: نيشكر، روغن گياهان و سبزيجات

 

8- ويژگيهاي سوخت هيدروژني را نام ببريد؟

هيدروژن ساده‎ترين و فراوانترين عنصر در طبيعت است و گازي بيرنگ، بي‎بو، بي‎مزه و قابل احتراق است كه مي‎تواند مقدار زيادي انرژي آزاد كند و چگالي آن از هر مادة شيميايي ديگر كمتر است. اين عنصر قابليت تركيب مجدد با اكسيژن و همچنين توليد انرژي بسيار زيادي را دارد. هيدروژن در مقايسه با ساير سوختها مي‎تواند با راندماني بالاتر و احتراق بسيار پاك به ساير اشكال انرژي تبديل شود. هيدروژن داراي بالاترين ظرفيت انرژي به ازاي هر واحد وزن سوخت مي‎باشد و ميزان حرارت توليد شده از آن در اثر احتراق در واحد وزن بيشتر از هر سوخت ديگري است. هيدروژن از لحاظ شيميايي بسيار فعال بوده و بندرت بعنوان يك عنصر در طبيعت يافت مي‎شود و معمولاً در واكنش با عناصر ديگر بوجود مي‎آيد.

 

9-ويژگيهايي كه هيدروژن را از ساير گزينه ‎هاي مطرح سوختي متمايز مي‎نمايد ‌را نام ببريد؟

از ويژگيهايي كه هيدروژن را از ساير گزينه‎هاي مطرح سوختي متمايز مي‎نمايد، مي‌توان به فراواني، مصرف تقريباً منحصر به فرد، انتشار بسيار ناچيز آلايندهها، برگشت پذير بودن چرخه توليد آن و كاهش اثر گلخانه‎اي اشاره نمود.

 

10- خواص سوختهاي متداول با سوخت هيدروژني را مقايسه كنيد؟

در جدول‌ ذيل ايمني هر يك از سوختهاي گازوئيل، متان و هيدروژن با هم مقايسه شده ‎اند.

11- سه تفاوت عمده بين پيلهاي سوختي و پروسه احتراق معمولي جهت توليد الكتريسيته را نام ببريد؟

• راندمان ترموديناميكي تبديل انرژي هيدروژن / اكسيژن به انرژي الكتركي در دماي پائين واكنش، بسيار بالاتر است.

• راندمان تبديل انرژي الكتروشيميايي دربار پائين افرايش مي‎يابد؛ لذا پيلهاي سوختي در بارهاي كوچك داراي راندمان بالاتر هستند.

• يك پيل سوختي با بار بالا مي‎توان  بصورت مجموعه‎اي از پيلهاي سوختي كوچك و با راندمان بالا ساخت.

 

 

12- مزاياي استفاده از هيدروژن بعنوان سوخت را نام ببريد؟

مزيت اصلي استفاده از هيدروژن بعنوان سوخت آن است كه پس از احتراق محصول توليد شده بخار، آب و اكسيد نيتروژن است. از مزاياي ديگر استفاده از هيدروژن مي‌توان به موارد ذيل اشاره نمود:

• براحتي بوسيله خط لوله مي‌توان آنرا انتقال نمود.

• ميزان حرارت توليد شده در اثر احتراق در واحد وزن بيشتر از هر سوخت مورد استفاده ديگر مي باشد.

• يك سوخت عمومي بشمار مي رود؛ زيرا ميزان اختلاط آن با هوا را براي احتراق در يك باند وسيع مي‎توان تغيير داد.

 

 

13- مشكلات استفاده از انرژي هيدروژني را نام ببريد؟

• در دماي محيط به سرعت از حالت مايع به حالت گاز در مي‌آيد.

• براي ذخيره آن در يك مخزن، احتياج به فشار زياد در حالت مايع داريم.

• نفوذ پذيري زياد هيدروژن

• قابليت تركيب شدن سريع با اكسيژن

• براي مايع كردن بايد دماي آنرا تا 253- درجه سانتی گراد پايين آورد و در اين حالت دانسيته آن بسيار پايين مي باشد.

• انرژي حرارتي هيدروژن 32 درصد ارزش حرارتي گاز متان يا حدود 3070  کیلوکالری بر مترمکعب است.

14- انواع فناورهاي توليد هيدروژن از منابع فسيلي را نام ببريد؟

 

هیدروژن از روشهای زیر تولید می شود:

• اكسيداسيون جزئي نفت سنگين

• مبدل گاز طبيعي با پروسه تبديل گاز توسط بخار

•  گازي شدن زغال سنگ

•  فرايند بخارـ آهن

 

15- انواع روشهاي توليد هيدروژن از منابع غيرفسيلي(تجديدپذير) را نام ببريد؟

 

الكتروليز آب، فتوالكتروشيميايي،سولفید هیدروژن، بيوشيميايي،سیکل ترموشيميايي، ترموليز آب،گازی سازی مواد زيست توده و پیرولیز،رادیولیز...

 

16-انواع فناوريهاي عرضه و ذخيره سازي هيدروژن را نام ببريد؟

 

الف) فناوري ذخيره سازي:

امروزه سيستمهاي ذخيره سازي هيدروژن جهت مصارف حمل و نقل مشتمل بر ذخيره به اشكال ذيل مي‎باشد:

• ذخيره ‌سازي هيدروژن بصورت گاز در مخازن فولادي و كامپوزيتي

• ذخيره ‌سازي هيدروژن بصورت مايع در مخازن فوق سرد

• ذخيره سازي هيدروژن به كمك آلياژهاي فلزي مخصوص

ب) فناوري انتقال و توزیع هيدروژن:

روشهايي كه به منظور انتقال هيدروژن به اشكال گاز، مايع و جامد استفاده مي‎شود، اثرات فني‌ـ اقتصادي چشمگيري بر فرايند توليد تا مصرف هيدروژن خواهد داشت. سه روش متداول كه براي انتقال هيدروژن مي‎توان استفاده نمود، عبارتند از:

• انتقال از طريق خطوط لوله

• انتقال از طريق جاده و راه آهن

• انتقال از طريق دريا

 

17- در حال حاضر روش عمده توليد هيدروژن به كدام روش مي‌باشد؟

در حال حاضر حدود 98 درصد از كل هيدروژن توليد شده در جهان از سوختهاي فسيلي بدست مي‎آيد.

 

 

 

18- توليد هيدروژن با استفاده از روش الكتروليز را توضيح دهيد؟

روش الكتروليز اولين بار در سال1830 ميلادي توسط دانشمند انگليسي ميشل فارادي مورد بررسي و مطالعه قرار گرفت. در اين روش، جريان برق ‌مستقيم از ميان محلولي كه شامل آب و الكترودها مي‎باشد، عبور داده مي‎شود و گازهاي هيدروژن و اكسيژن از آب توليد مي‎شود. هر سلول الكتروليز شامل دو الكترود است كه داخل محلول الكتروليت غوطه‎ور مي‎باشد ‌كه اين دو الكترود به يك منبع تغذيه جريان مستقيم متصل مي‎باشند. پتانسيل الكتريكي لازم ما بين الكترودها اعمال مي‎گردد و هيدروژن و اكسيژن روي كاتد و آند جداگانه جمع مي‎شوند. فعل و انفعالات الكتروشيميايي در دستگاه الكتروليز آب بصورت زير است:

 

 

    

19-چرا اقتصاد هيدروژني بدنبال آن است كه هيدروژن را از منابع تجديدپذير توليد و در آينده هيدروژن را جايگزين سوختهاي فسيلي جايگزين نمايد؟

اقتصاد هيدروژني بدنبال آن است كه هيدروژن را از منابع تجديدپذير استخراج كند و در آينده نزديك هيدروژن را جايگزين سوختهاي فسيلي نمايد. عواملي كه باعث شده تا اقتصاد هيدروژني چنين هدفي را دنبال كند، عبارتند از

• مسئله نفت و محدوديت منابع آن

• آلودگي هوا

• خطرات زيست محيطي جهاني

 

 

 

20-موانعي كه بر سر راه گسترش اقتصاد هيدروژني وجود دارد را نام ببريد؟

• هزينه سرمايه گذاري آن نسبتاً بالاست.

• عدم وجود زيرساختهاي مرتبط با آن

• عدم وجود قوانين و استانداردهاي لازم براي هيدروژن

• كمبود آموزشهاي عمومي

 

 

21- چالشهاي موجود در زمينه فناوريهاي توليد هيدروژن را نام ببريد؟

• هزينه توليد هيدروژن نسبت به سوختهاي متداول بيشتر است.

• تقاضاي پايين براي هيدروژن از پيشرفت ظرفيت توليد جلوگيري مي‎نمايد.

• در حال حاضر از تكنولوژيهاي موجود در زمينه توليد هيدروژن، مقادير فراواني دي‌اكسيدكربن توليد مي‎شود.

• روشهاي پيشرفته توليد هيدروژن نياز به تحقيق و توسعه دارد.

• نمايش عملي تکنولوژیهای توليد هيدروژن ضروري است.

 

 

22-چالشهاي موجود در زمينه فناوريهاي توزيع و ذخيره سازي هيدروژن را نام ببريد؟

 

تلاش های کنونی تحقیق و توسعه در زمینه ذخیره سازی هیدروژن کافی نمی باشد.

• ظرفيت ذخيره‌ سازي هيدروژن

• تقاضاي پايين براي تجهیزات هيدروژنی موجب افزايش قيمت مي‌گردد.

• سيستمهاي توزيع و پخش هيدروژن پر زحمت و گران است.

• در حال حاضر هزينه تمام شده تكنولوژيهاي توزيع هيدروژن بيشتر از هزينه ساير سوختهاي متداول است.

• براي گذر به سيستم توزيع هيدروژن نياز به يك استراتژي مقرون به صرفه و اقتصادي مي‌باشد.

• در حال حاضر فعاليتهاي انجام شده در زمينه تحقيق و توسعه ذخيره سازي هيدروژن كافي نيست.

 

 

23- پيل سوختي چيست؟

پيل سوختي يك سيستم الكتروشيميايي است كه از آند، كاتد و الكتروليت تشكيل شده است و انرژي شيميايي سوخت را مستقيماً به انرژي الكتريكي تبديل مي‎كند، سوخت آن هيدروژن و يا ساير گازهاي حامل هيدروژن نظير گاز طبيعي و متانول مي‎باشد. در پيل سوختي محصولات جانبي آب و حرارت هستند

 

 

 

24- انواع پيلهاي سوختي كدامند؟

 پيلهاي سوختي در انواع زير موجود مي‎باشند:

• پيلهاي سوختي اسيدفسفريكي

• پيلهاي سوختي پليمري

• پيلهاي سوختي اكسيد جامد

• پيلهاي سوختي قليايي

• پيلهاي سوختي متانولي

 

25- مزاياي پيل سوختي چيست؟

راندمان بالا، حداقل نشر آلاينده‎هاي زيست محيطي، امكان استفاده از سوختهاي فسيلي و پاك، مدولار بودن و قابليت توليد همزمان حرارت و الكتريسيته و استفاده در كاربردهاي توليد غيرمتمركز انرژي از جمله مزاياي پيل سوختي مي‎باشند.

 

 

 

26- چه سوختهايي مي‎توانند در پيلهاي سوختي بكار روند؟

عموماً از گاز هيدروژن كه مي‎تواند از منابع مختلفي مانند آب، متانل اتانل، طبيعي، بنزين يا سوختهاي ديزل، آمونياك يا بي‎كربنات سديم بوجود آيد، مي‎توان در پيلهاي سوختي استفاده نمود.

برخي از انواع پيل سوختي (SOFC, MCFC) مي‎توانند مستقيماً از انرژيهاي فسيلي (از جمله گاز طبيعي) استفاده نمايند.

 

 

 

27- كاربردهاي پيل سوختي چيست؟

پيلهاي سوختي در سه كاربرد اصلي انواع ثابت، قابل حمل و كاربردهاي حمل و نقل به كار مي‎روند. در حالت حاضر تلاشها جهت حضور پيلهاي سوختي در نيروگاه‎ها، صنعت حمل و نقل و كاربردهاي پرتابل به مرحله تجاري شدن نزديك است.

 

 

 

28-قيمت پيلهاي سوختي چقدر است؟

در حال حاضر كمپاني‎هايي نيروگاه‎هايي را با حدود$/kw 3000 ارائه نموده اند و اين قيمت در جايي كه قيمت برق بالا و قيمت گاز طبيعي پايين است قابل رقابت خواهد بود. پيلهاي سوختي بايد براي مصارف حمل و نقل ارزانتر شوند.

 

 

 

29- آيا مي‎توان از پيلهاي سوختي براي انرژي مصرفي منازل استفاده نمود؟

پيلهاي سوختي براي توليد انرژي ايده‎آل هستند. پيلهاي سوختي مي‎توانند بصورت توأمان الكتريسيته و حرارت توليد نمايند كه مي‎توانند براي تأمين برق يك منزل مسكوني بكار رفته و از حرارت آن نيز مي‎توان براي آب گرم مصرفي منازل استفاده نمود.

قيمتهاي اوليه در حدود $/kw 1500 بوده كه بايد به زير قيمت $/kw  500 برسد.