Αξιολόγηση μεθόδων παραγωγής υδρογόνου με τη χρήση της αναλυτικής ιεραρχικής διαδικασίας

Abstract

Στην παρούσα εργασία επιχειρείται μια αξιολόγηση των επτά βασικότερων μεθόδων παραγωγής υδρογόνου ως προς πέντε κριτήρια χρησιμοποιώντας την αναλυτική ιεραρχική διαδικασία (Analytic Hierarchy Process, AHP). Οι μέθοδοι που εξετάζονται είναι η καταλυτική αναμόρφωση του φυσικού αερίου (Steam Methane Reforming, SMR), η μερική οξείδωση των υδρογονανθράκων (Partial Oxidation of Hydrocarbons, POX), η αεριοποίηση του άνθρακα (Coal Gasification, CG), η αεριοποίηση βιομάζας (Biomass Gasification, BG), η παραγωγή υδρογόνου μέσω του συστήματος φωτοβολταϊκής μονάδας-ηλεκτρολυτικής μονάδας (PV-EL), η παραγωγή υδρογόνου μέσω του συστήματος αιολικής μονάδας-ηλεκτρολυτικής μονάδας (W-EL) και τέλος η παραγωγή υδρογόνου μέσω του συστήματος υδροηλεκτρικής μονάδας-ηλεκτρολυτικής μονάδας (Η-EL). Τα κριτήρια τα οποία επιλέχθηκαν για την αξιολόγηση είναι οι εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακα (CO2 Emissions), το κόστος λειτουργίας και συντήρησης (Operation & Maintenance cost, O&M), το κόστος πάγιου κεφαλαίου (Capital Cost), το κόστος της πρώτης ύλης (Feedstock Cost) και τέλος το κόστος παραγωγής υδρογόνου (H2 Production Cost). Για την σύγκριση και αξιολόγηση των μεθόδων παραγωγής υδρογόνου με την αναλυτική ιεραρχική διαδικασία χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Εxpert Choice. Αρχικά, αξιολογήθηκαν οι μέθοδοι παραγωγής υδρογόνου με βάση το σενάριο αναφοράς ως προς τις αρχικές βαρύτητες των κριτηρίων που υπολογίστηκαν με βάση συγκρίσεις κατά ζεύγη. Στο σενάριο αναφοράς δόθηκε μεγαλύτερη βαρύτητα στις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CO2 Emissions) και μικρότερη στο κόστος λειτουργίας και συντήρησης (Operation & Maintenance cost, O&M). Στη συνέχεια έγινε η αξιολόγηση των μεθόδων παραγωγής υδρογόνου όταν τα κριτήρια αξιολογούνται με την ίδια βαρύτητα, όταν δηλαδή λαμβάνει το καθένα ποσοστό βαρύτητας 20%. Έπειτα, έγινε μονοκριτηριακή μελέτη των μεθόδων παραγωγής υδρογόνου δίνοντας πλήρη έμφαση, δηλαδή 100%, σε ένα κριτήριο κάθε φορά, αγνοώντας τα υπόλοιπα. Ακολούθησε πολυκριτηριακή μελέτη των μεθόδων παραγωγής υδρογόνου δίνοντας μεγαλύτερη έμφαση σε ένα κριτήριο κάθε φορά και μικρότερη στα υπόλοιπα Τέλος, ερευνήθηκαν τρεις περιπτώσεις όπου δόθηκε μερική έμφαση (35% για το καθένα) σε δύο κριτήρια ταυτόχρονα κάθε φορά ενώ καθένα από τα υπόλοιπα έλαβε ποσοστό 10%. Τελικά θα μπορούσε να ειπωθεί ότι τις περισσότερες φορές οι καλύτερες μέθοδοι παραγωγής υδρογόνου είναι αυτές που συνδυάζουν τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας με την ηλεκτρόλυση (PV-EL, W-EL και H-EL) και πιο συγκεκριμένα το σύστημα υδροηλεκτρικής μονάδας-ηλεκτρολυτικής μονάδας (Η-EL). Οι συμβατικές μέθοδοι παραγωγής (SMR, POX, CG και BG) φαίνεται να καταλαμβάνουν ενδιάμεσες θέσεις εκτός από την αεριοποίηση άνθρακα (CG) που είναι τις περισσότερες φορές η χειρότερη μέθοδος παραγωγής υδρογόνου.