Problems of energy security, diversification of energy sources, and improvement of technologies (including alternatives) for obtaining motor fuels have become a priority of science and practice today. Many scientists devote their scientific research to the problems of obtaining effective brands of alternative (reformulated) motor fuels. Our scientific school also deals with the problems of the rational use of traditional and alternative motor fuels.This article focused on advances in motor fuel synthesis using natural, associated, or biogas. Different raw materials are used for GTL technology: biomass, natural and associated petroleum gases. Modern approaches to feed gas purification, development of Gas-to-Liquid-technology based on Fischer–Tropsch synthesis, and liquid hydrocarbon mixture reforming are considered.Biological gas is produced in the process of decomposition of waste (manure, straw, grain, sawdust waste), sludge, and organic household waste by cellulosic anaerobic organisms with the participation of methane fermentation bacteria. When 1 tonne of organic matter decomposes, 250 to 500–600 cubic meters of biogas is produced. Experts of the Bioenergy Association of Ukraine estimate the volume of its production at 7.8 billion cubic meters per year. This is 25% of the total consumption of natural gas in Ukraine. This is a significant raw material potential for obtaining liquid hydrocarbons for components of motor fuels.We believe that the potential for gas-to-liquid synthetic motor fuels is associated with shale and coalfield gases (e.g. mine methane), methane hydrate, and biogas from biomass and household waste gases.
In het kader van het FLEX P2G project zijn prototypes van een 50 KW PEMWE electrolyser en van een SEM reactor ontwikkeld. Met behulp van deze Power to Gas (P2G) technologie kan door middel van elektrolyse eerst waterstof en vervolgens ‐ na een reactie met CO2‐ methaan worden geproduceerd. Dit onderzoek richt zich op het inzichtelijk maken en identificeren van (niche)markten en het ontwikkelen van business cases voor deze technologie. Hiertoe worden alle kosten en baten van de technologie geïnventariseerd en voor zover mogelijk gemonetariseerd.Er zijn vier mogelijke modellen voor de toepassing van P2G technologie onderzocht. Deze vier modellen kennen elk meerdere varianten. In het dedicated model wordt de elektriciteitsproductie van een PV‐installatie en/of een windturbine volledig benut voor P2G. Het methaan wordt verkochtaan derden. In het Gas voor eigen gebruik model wordt de elektriciteitsproductie van een PVinstallatie of een windturbine ook volledig benut voor P2G. In dit model wordt het geproduceerde methaan door het huishouden of door de onderneming zelf gebruikt om zodoende te besparen op de eigen gasrekening. In het windpark Fryslan model wordt de elektriciteitsproductie van het windparkgeheel of gedeeltelijk benut voor P2G. De belasting van het hoogspanningsnetwerk kan daardoor worden verminderd waardoor investeringen in het verzwaren van dit netwerk kunnen worden vermeden. In het flexibiliteitsmarkt model wordt een P2G‐installatie gebruikt om bij te dragen aanhet balanceren van het elektriciteitsnet. De P2G‐installatie neemt elektriciteit af op momenten van overschotten op het net en wordt daarvoor beloond.Voor de vier modellen en hun varianten is een kosten‐baten analyse opgesteld. De belangrijkste kosten worden veroorzaakt door de investeringen, het onderhoud, de elektriciteit en de CO2. De belangrijkste opbrengsten bestaan uit de opbrengst van methaan, warmte, zuurstof en eventueel uit de vermeden investeringen in de uitbreiding van het hoogspanningsnet.Het FLEX P2G project heeft als doel om een gecombineerde electrolyser en SEM reactor te ontwikkelen met een kostprijs (CAPEX) van € 1.500 per kWe. De jaarlijkse onderhoudskosten worden gesteld op 5% van de gedane investering.Voor de kosten van elektriciteit wordt uitgegaan van de verwachte ontwikkeling van de day ahead prijs op de APX energiebeurs. Verwacht wordt dat de prijs zich zal ontwikkelen van € 0,025 in 2018 tot € 0,060 in 2032. Aangenomen wordt dat indien de exploitant van een PV‐installatie of windturbine in aanmerking komt voor SDE+ subsidie dat deze regeling van kracht blijft ook als deelektriciteit wordt geleverd aan een P2G installatie.De kosten van CO2 zijn sterk afhankelijk van de schaalgrootte van het project. Bij een kleinschalig project moet de CO2 in pakketten cilinders worden aangeschaft voor circa € 1.000 per ton CO2. Indien er kan worden gekozen voor vervoer per tanktruck en opslag in een tank zijn de kosten van CO2 € 38 ‐ € 58 per ton. Wanneer er sprake is van grootschalig gebruik of als er een CO2‐distributienet in de directe omgeving is kan de CO2 worden afgenomen via een pijpleiding. Deze kosten zijn sterk situatie specifiek.De opbrengst van methaan kan op meerdere manieren worden gewaardeerd. Indien het gas wordt verkocht op de day‐ahead markt dan is de verwachte prijs € 0,016 per kWh in 2018. Als het gas kan worden verkocht als gecertificeerd groengas dan is de verwachte prijs € 0,026 per kWh. Wanneer het gas wordt aangewend voor eigen gebruik dan gelden de bespaarde uitgaven als de opbrengst van het gas. Voor een huishouden is dit € 0,059 per kWh en voor een niet‐huishouden is dit € 0,042 per kWh. Indien de gasprijs eenzelfde tarief zou kennen als de benzineprijs op basis van de energie‐inhoud dangeldt een prijs van € 0,103 per kWh. Tenslotte kan de prijs worden gebaseerd op de bestaande subsidieregelingen met gas als energiedrager. De SDE+ subsidie voor biomassavergassing bedraagt € 0,150 per kWh.Er is alleen sprake van een opbrengst van warmte indien de warmte kan worden geleverd aan een warmtenet in de omgeving. Warmtenetten in Nederland hebben vaak een vaste bron van warmte, er is meestal geen sprake van open access. Een gemiddelde vergoeding voor warmte is € 0,018 per kWh.De industriële markt voor zuurstof lijkt niet geschikt voor een P2G‐project. De volumes op deze markt zijn groot en er is sprake van een continu proces. De markt voor medische zuurstof is mogelijk wel geschikt. Bij succesvolle toetreding zou zuurstof kunnen worden geleverd aan zuurstofdepotsvan leveranciers op deze markt. De prijs wordt geschat op € 0,27 per kg.Uit de analyse van het dedicated model blijkt dat het P2G‐proces niet resulteert in een positieve business case op basis van de opbrengsten van methaan, warmte en zuurstof. Ook wanneer de prijs van methaan wordt gebaseerd op de prijs van benzine blijft de netto contante waarde van hetproject negatief.Het Gas voor eigen gebruik model is gebaseerd op het vinden van een zo groot mogelijk verschil tussen de elektriciteitsprijs en de gasprijs. Door het geproduceerde gas zelf te gebruiken wordt de waarde van het gas gelijk aan de prijs die anders bij inkoop zou moeten worden betaald. Dat is eenprijs inclusief belasting en daardoor is deze relatief hoog. Ook dit model resulteert niet in een positieve business case.In het Windpark Fryslan model staat het besparen van de kosten van het uitbreiden van het hoogspanningsnet centraal. De bouw van het windpark maakt de aanleg van een ontsluitingskabel van Breezanddijk naar Marnezijl en een nieuwe ondergrondse kabel van Marnezijl naar Oudehaske noodzakelijk. De kosten worden geschat op € 2,5 mln per kilometer. De toepassing van P2G ominvesteringen in het hoogspanningsnet te voorkomen resulteert bij Windpark Fryslan niet in een positieve business case. Wel is duidelijk dat als de bespaarde investeringen maar hoog genoeg zijn er op een gegeven moment sprake zal zijn van een positieve business case.Uit de gevoeligheidsanalyse blijkt dat bij een daling van de investeringskosten naar € 1.200 tot € 1.000 per kW en een toekomstige elektriciteitsprijs van hoogstens € 0,04 er sprake is van een positieve business case. De verkoop van gas, warmte, zuurstof en besparingen op infrastructuur moeten dan allemaal een significante bijdrage leveren. Dit betekent dat er een warmtenet in de buurt moet zijn en dat de betreding van de zuurstofmarkt succesvol moet verlopen. Bovendien moet het methaan kunnen worden verkocht voor een prijs die is gebaseerd op de prijs van benzine.Tenslotte wordt In het flexibiliteitsmodel een P2G‐installatie gebruikt om bij lage en negatieve APXprijzen methaan te produceren. Er kan in dit model geld worden verdiend op de onbalansmarkt. Tegen de huidige en verwachte gasprijs en het relatief lage aantal uren dat er kan worden geopereerd op de onbalansmarkt is er geen sprake van een positieve business case.
In order to gain a more mature share in the future energy supply, green gas supply chains face some interesting challenges. In this thesis green gas supply chains, based on codigestion of cow manure and maize, are considered. The produced biogas is upgraded to natural gas quality and injected into the existing distribution gas grid and thus replacing natural gas. Literature research showed that relatively much attention has been paid up to now to elements of such supply chains. Research into digestion technology, agricultural aspects of (energy) crops and logistics of biomass are examples of this. This knowledge is indispensable, but how this knowledge should be combined to help understand how future green gas systems may look like, remains a white spot in the current knowledge. This thesis is an effort to fill this gap. A practical but sound way of modeling green gassupply chains was developed, taking costs and sustainability criteria into account. The way such supply chains can deal with season dependent gas demand was also investigated. This research was further expanded into a geographical model to simulate several degrees of natural gas replacement by green gas. Finally, ways to optimize green gas supply chains in terms of energy efficiency and greenhouse gas reduction were explored.
Sustainable energy production relies on smart design of functional nanomaterials with controllable sizes and structures. Core-shell nanoparticles are highly functional materials with properties arising from the core or shell materials or a combination of both. Changing the electronic properties of the shell by tailored design or induced by the underlying core lead to enhanced catalytic performances, especially in electrocatalysis. Tailoring the structure and functions of core and shell materials simultaneously often involves complex chemical methods. In this KIEM GoChem project, University of Amsterdam will work together with VSParticle, Spark904 and Inholland University of Applied Sciences to develop a novel and environmentally friendly method for the gas-phase synthesis of core-shell nanoparticles. A physical process will be used to control the growth and the mean size of the core whilst the structure and thickness of the shell will be tuned via selective adsorption and thermal processes. Core-shell nanoparticles produced by the proposed method can be directly incorporated into the next process step, e.g. at electrode surface or in (conductive) composites.
