Modul 3

Hva er eksergi (E)?

Den andelen av en energimengde som gjennom en reversibel (tapsfri) prosess fullt ut kan omformes til hvilken som helst annen energiform.

Hva er anergi (B)?

Den delen av en energimengde som ikke kan omformes, og som dermed regnes som "verdiløs".

Hva er sammenhengen mellom eksergi og anergi?

ENERGI = E + B = KONSTANT.

Hva kjennetegner høyverdige energikilder og hva er eksempler på disse?

Høyverdige energikilder kan omformes 100% til andre energiformer i en reversibel (taprsfri) prosess. 100% eksergi. Elektrisk, mekanisk, kjemisk energi(biomasse, olje, gass, kull).

Hvordan påvirker temperaturnivået eksergiandelen i varme?

Eksergiandelen i en varmemengde (%) øker med temperaturnivået.

Hva er eksergiandelen ved omgivelsestemp?

Den er null (defininisjon)

Varme, termisk energi, Q =

Q = eksergi + anergi

Hva er eksergitap?

Eksergitap (∆E) = konvertering av eksergi til verdiløs anergi.

Eksempler på eksergitap i varme og kjøle-prosesser (4 stk):

Varmeoverføring fra TA til TB hvor temperaturnivået TB < TA

2) Blanding av vann- eller luftstrømmer ved ulik temperatur TA og TB, dvs. TA ≠ TB

3) Indre friksjon mellom molekyler – f.eks. ved kompresjon av en gass fra trykknivået pA til trykknivået pB

4) Mekanisk friksjon i lager osv. hvor friksjonen genererer varme (Q)

Hva beskriver flytskjemaet?

Beskriver eksergi og anergi for konvensjonelt varmeanlegg med elektrisitet, olje eller gass.

Hva beskriver flytskjemaet?

Beskriver eksergi og anergi 100% reversibel(tapsfri) elektrisk drevet varmepumpe.

Hva gjør en varmepumpe?

Varmepumpeprosessen fungerer ved å flytte varme fra en lavere temperatur (varmekilde) til et høyere temperaturnivå (varmesystem), vha et arbeidsmedie som endrer trykk, temperatur og fase.

Hvilke komponenter har en varmepumpe?

Fordamper, Kompressor, Kondensator, Strupeventil.

Hvordan virker en fordamper i en varmepumpe?

Tar opp varme fra varmekilden ved å fordampe væsken (lavt trykk, lav temp).

Hva skjer i kompressoren i en varmepumpe?

Kompressor øker trykket på det fordampede arbeidsmediet (damp), og temperaturen til arbeidsmediet øker.

Hva skjer i kondensatoren i en varmepumpe?

Avgir varme til varmesystemet (for eksempel oppvarming av rom eller vann).

Arbeidsmediet kondenserer og går fra damp tilbake til væske, samtidig som det frigir varme.

Dette skjer ved høyt trykk og høy temperatur.

Hva skjer i strupeventilen i en varmepumpe?

Reduserer trykket på arbeidsmediet.

Dette fører til at temperaturen synker før arbeidsmediet går tilbake til fordamperen.

Strupeventilen er en trykkreduserende komponent.

Hvilke prosesser er inkludert i en varmepumpes sirkulasjon?

Væske → damp, kompresjon, gass → væske, ekspansjon.

Hva er eksempel på natrulige og syntetiske kjølemedier?

Naturlige = karbondioksid og propan. Syntetiske = HFC

Hvorfor er det viktig med en arbeidsvæske (kjølemedium) med lavt kokepunkt i en varmepumpe?

Ettersom energi naturlig vil overføres fra et høyere temperaturniv˚a til et lavere, er det viktig˚a haen væske som har lavt kokepunkt slik at arbeidsfluidet vil fordampe i fordamperen til varmepumpen ved lave utetemperaturer. (Altså arbeidsmediet må kunne koke/fordampe ved lave temperaturer).

Hva gjør en sekundærkrets i en varmepumpe, og er eksergibehovet større eller mindre sammenlignet med en direkte løsning?

En sekundærkrets er en ekstra krets mellom en varmeveksler og fordamperen til varmepumpa. Den frakter energi fra varmekilden og til varmepumpas fordamper. '

Temperaturen i sekundærkretsen er lavere enn varmekilden for at varmen skal overføres, og temperaturen p˚a arbeidsmediet i for- damperen m˚a derfor være enda lavere. dette gjør at det totale eksergibehovet i varmepumper med sekundørkrets blir litt høyere enn det hadde vært uten. (kompressoren må bruke mer energi på å kompirmere kjølemediet).

Hvorfor er termisk energilagring viktig?

For å håndtere variasjonene i vind- og solkraftproduksjon.

Feil = 3. Høyere turtemperatur for romoppvarming øker temperaturforskjellen til omgivelsene, noe som fører til større eksergiødeleggelse og høyere tap.

Feil = 1 og 2 1.      Ved bruk av oljefri kompressor kan man oppnå tapsfri kompresjon
Denne påstanden er feil. Selv med en oljefri kompressor oppstår det alltid tap på grunn av irreversibiliteter som friksjon og varmeoverføring, så tapsfri kompresjon er umulig i praksis.

Oppvarming til høyere temperatur enn nødvendig for å levere varme til flere forbruker med ulike behov har ingen påvirkning av eksergitapet
Denne påstanden er også feil. Oppvarming til en høyere temperatur enn nødvendig øker irreversibilitetene og dermed eksergitapet, siden større temperaturdifferanse mellom systemet og omgivelsene gir større tap.

Fluorholdige arbeidsmedier har ingen miljøpåvirkninger
Denne påstanden er feil. Fluorholdige gasser (som HFK-er) har betydelige miljøpåvirkninger, spesielt relatert til global oppvarming (høy GWP – Global Warming Potential).

Fordamper avgir varme mens kondensatoren tar opp varme
Denne påstanden er feil. Det er motsatt: Fordamperen tar opp varme, mens kondensatoren avgir varme.

Feil 1 og 3. Direkte fordampning er mindre energieffektiv pga lavere temperaturdifferanse mellom kilden og arbeidsmedium
Denne påstanden er feil. Direkte fordampning er ofte mer energieffektiv, fordi det unngås varmetap i en mellomliggende varmeveksler, noe som kan gi bedre utnyttelse av.

Varme ytelsen og effektfaktoren (COP) til varmepumper påvirkes ikke av synkende kildetemperaturen, kun av økt leveranstemperatur
Denne påstanden er feil. Effektfaktoren (COP) påvirkes sterkt av både synkende kildetemperatur og økt leveransetemperatur. Lavere kildetemperatur gjør det vanskeligere for varmepumpen å hente energi, noe som reduserer COP. COP = nyttig varme / arbeid.

Hvor stor del av energibehovet i europeisk industri er prosessoppvarming?

2/3

Hva er de 3 hovedtypene av termisk energilagring (TES)?

Sensibel, Latent, Termokjemisk.

Hva kjennetegner senibel vs latent vs termokjemisk?

Sensibel varmelagring: lagring av varme i et materiale uten at det skjer en faseovergang. (F.eks stein.) Temperaturen til materialet g˚ar opp og ned.

Latent varmelagring: Varme lagret i faseovergangen til et stoff. Temperaturen holder seg relativt konstant.

Kjemisk varmelagring: Lagring av energi gjennom kjemiske reaksjoner. (Eks: solenergi brukes til˚a gjøre vann til hydrogen og oksygen ved elektrolyse. energien kan frigjøres senere i ei brencelcelle, der prosessen reverseres.)

Hva er et problem med latent varmelagring?

Et problem med latent varmelagring er at stoffet ofte har lav varmeledning-sevne.

Hva er forksjellen på sensibel vs latent varme?

Sensibel varme endrer temperaturen i et stoff uten faseovergang (eks stein), mens latent varme brukes til å bryte eller danne bindinger under en faseovergang uten å endre temperaturen (eks smelting av voks).

Ranger TES hovedtypene fra lavest kompakthet, kostnader til høyest:

Sensibel, latent, termokjemisk

Ranger TES hovedtypene fra lavest teknologimodenhet til høyest:

Termokjemisk, latent, sensibel

va er målet ved integrasjon av TES + kuldeanlegg?

MÅL: Redusere maksimal effektbehovet og flytte ytelse til andre tidspunkt.

Hvordan kan TES bidra til fleksibilitet for sluttbrukere?

Hvordan kan TES bidra til fleksibilitet for sluttbrukere?

TES kan flytte fleksibilitet fra kraftsystemet til sluttbrukeren på en enkel måte.

Feil = 1 og 6.

1/3 av energibehovet i europeisk industri er prosessoppvarming
Dette er feil. Riktig svar er 2/3.

Lav varmeledningsevne til faseendringsmaterialet er ingen utfordring
Denne påstanden er feil. Lav varmeledningsevne er en betydelig utfordring for faseendringsmaterialer, da det begrenser hvor raskt de kan lagre eller frigjøre energi.

Feil = 1 og 4: 1.      Ved integrasjon av termisk energilagring må installert ytelse til varmepumpen økes for å dekke det termiske behovet
Dette er feil. Termisk energilagring reduserer ofte behovet for økt ytelse på varmepumpen ved å balansere lasttopper, ikke øke den.

Krever som regel en ekstra varmepumpe eller et kjøleanlegg (i tillegg til det ordinære varmepumpeanlegget) for å kunne lade opp det termiske lager
Dette er feil. Et ekstra varmepumpe- eller kjøleanlegg er ikke alltid nødvendig; det avhenger av systemdesignet. Mange systemer kan bruke den eksisterende varmepumpen.

Hvor produseres mest flytende hydrogen -tonn per dag (LH2)?

1.      USA: 214 TPD

2.      Canada: 81 TPD

3.      Japan: 26 TPD

4.      Frankrike: 10 TPD

5.      Nederland og Tyskland: 5 TPD hver

6.      India: 2 TPD

7.      Kina: 1 TPD

Hva er forholdet mellom produksjon av LH2 og LNG i verden?

LH2 = 350 tonn per dag (t/d), tilsvarende 0,13 millioner tonn per år (Mt/a).

LNG (flytende naturgass):400 millioner tonn per år (Mt/a), som er en faktor 3000 høyere.

Hva skjer med temperaturen under avkjøling av naturgass (NG)?

Temperaturen reduseres over store temperaturdifferanser, fra ca. 10 °C til ca. -160 °C.

Hvordan fjernes varme fra naturgass?

Varme fjernes ved varierende temperaturnivåer gjennom varmeoverføring.

Hvorfor bør temperaturen til det fordampende kuldemediet være så høy som mulig?

For å redusere strømbehovet til varmepumpen.

Er naturgass en fornybar energikilde?

Naturgass er en ikke-fornybar energikilde

og dannes under langvarige geologiske prosesser, der organisk materiale fra planter og dyr blir utsatt for høyt trykk og høye temperaturer fra jordens indre over tid.

Merk:

Metan frigjøres ved brenning av naturgass,og selv om den har kortere levetid enn CO2 i atmosfæren, fanger den varme mer effektivt. Detslippes ogs˚a ut noe CO2 ved brenning av naturgass. Det er derfor ønskelig˚a kunne bytte ut bruken av naturgass med andre mer miljøvennlige energikilder, som for eksempel hydrogen.

Hvilke metoder kan brukes for å tilpasse kjølemediets temperatur til naturgassens temperaturkurve?

1. Bruke mange trinn med ulike fordampningstemperaturer (kaskadeprosess).

2. Bruke et blandet kuldemedium som følger naturgassens temperaturkurve.

Hvordan fungerer en kaskadeprosess + fordeler?

• En kaskadeprosess bruker flere separate kjølekretser med ulike kuldemedier, hver med sin egen fordampningstemperatur.

• Dette gjør det mulig å matche kuldemedienes temperaturendringer med naturgassens temperaturprofil over hele kjøleprosessen.

• Fordeler:

  • Gir mer effektiv varmeoverføring.

  • Reduserer eksergitapet fordi temperaturforskjellen mellom kuldemediene og naturgassen holdes liten i hvert trinn.

Hvordan fungerer det å bruke et blandet kuldemedium for å kjøle ned naturgass+ fordeler?

• Et blandet kuldemedium består av flere komponenter (f.eks. metan, etan, propan, nitrogen) med forskjellige kokepunkter.

• Når dette mediumet fordamper, skjer det over et bredt temperaturområde, noe som gjør at det følger naturgassens avkjølingskurve bedre.

• Fordeler:

  • En enklere systemdesign enn kaskadeprosesser, siden det kun kreves én kjølekrets.

  • Effektiv kjøling fordi blandingen tilpasser seg gassens temperaturendring.

Hva illustrerer diagrammet?

Diagrammet viser varmeoverføringsprosessen, hvor naturgassens temperatur reduseres mens varme pumpes ut og omgivelsestemperaturen brukes som referanse. Typisk kaskadeprosess.

Mer:

Den røde, kontinuerlige linjen viser naturgassens temperaturkurve (NG) når den avkjøles fra 10 °C til -160 °C.

Den trappetrinnsformede linjen representerer kjølemediets temperaturkurve, som reduseres i trinn gjennom ulike fordampningstemperaturer.

Grønt område: Viser varmeoverføringen mellom naturgassen og kuldemediet. Her trekkes varme ut av naturgassen og "pumpes" vekk.

Naturgassen avkjøles gradvis ettersom varme fjernes.

Hva er sluttmålet med avkjølingen av naturgass?

Å flytendegjøre naturgassen ved å senke temperaturen til ca. -160 °C. For lagring, transport og bruk.

Hva viser bildet?

Forenklet kaskadeprosess for flytende naturgass.

Hva viser bildet?

Prico syklus = En effektiv kjøleprosess som bruker ett kompressorsystem og et blandet kuldemedium for å oppnå høye energieffektivitet.

Hvordan påvirker gasstrykk arbeidet i flytendegjøringsprosessen?

Gasstrykket har stor innflytelse på hvor mye arbeid som kreves.

(Høyere trykk gjør det enklere å kondensere gassen, men øker energiforbruket i kompresjon. Lavere trykk reduserer kompresjonsarbeidet, men kan kreve mer avansert kjøleteknologi. Derfor er det viktig å finne en balanse som optimaliserer prosessens energieffektivitet.).

Hva er det ideelle arbeidet (uten tap) for å nedkjøle naturgass ved 60 bar? og Hvor mye energi trengs med alle tap i prosessen?

0,11 kWh/kg (tilsvarer 0,8 % av naturgassens lavere brennverdi på 13,5 kWh/kg). 0,25 kWh/kg med alle tap i prosessen.

Beskriv flytendegjøringsprosess av hydrogen (inndeling av kodensator i prosesstrinn):

1.      Hydrogen forkompresjon

2.      Forkjølingssyklus

3.      Kryogen kjølesyklus

4.      Endelig ekspansjon og flytendegjøring

Feil = 1 og 4. 1.      Global årlig produksjon av LNG er 3 ganger større enn for flytende hydrogen
Dette er feil. Den er 3000 ganger større.

Kjøling av naturgass og produksjon av LNG krever mer avansert teknologi enn produksjon av LH₂
Dette er feil. Produksjon av flytende hydrogen (LH₂) krever mer avansert teknologi enn LNG, spesielt på grunn av de ekstremt lave temperaturene som trengs for hydrogen (-253 °C sammenlignet med -162 °C for LNG).

Hvor mange prosent av maten vi kjøper blir kastet og hvor mye tonn er dette?

931 millioner tonn = 17%

Hvor mange kg spiselig mat kaster hver nordmann i gjennomsnitt i året og hvor mye blir dette hvis vi legger sammen alle husholdingene?

 40,3 kg per pers. Og 216 000 tonn til sammen.

Hvor stor andel av globale drivhusgassutslipp kommer fra mat?

26%

Hvor stor andel av verdens beboelige land brukes til landbruk?

50%

Hvor stor andel av verdens ferskvannsuttak går til landbruk?

70%

Hvor stor andel av global eutrofiering (hypervekst av alger) skyldes landbruk?

78%

Hvor stor andel av global biomasse for pattedyr (ekskludert mennesker) er husdyr?

96%

Hvor stor andel av global fuglebiomasse består av livestock (altså kyllingfarmer osv).

71%

Hvilke matvarer har størst klimapåvirkning per kg av mat?

Laks: fôr effektivitet og gjenvinning

1,0 kg fôr/kg spiselig produkt. Gjenvunnet energi: 27 %. Gjenvunnet protein: 30 %.

Kylling: fôr effektivitet og gjenvinning

2,5 kg fôr/kg spiselig produkt. Gjenvunnet energi: 12 %. Gjenvunnet protein: 18 %.

Gris: fôr effektivitet og gjenvinning

3,9 kg fôr/kg spiselig produkt. Gjenvunnet energi: 16 %. Gjenvunnet protein: 13 %

Sau: fôr effektivitet og gjenvinning

33 kg fôr/kg spiselig produkt (minst effektiv). Gjenvunnet energi: 0,8 %. Gjenvunnet protein: 2,1 %.

Hvilke matvarer har minst og mest energibehov?

Minst energibehov:

• Kjøtt/fisk gjennom jakt: Ca. 0,1 kWh/kg.

• Ris (våt kultur): 0,02–0,1 kWh/kg.

Mest energibehov:

• Kjøtt (intensiv/stall): Ca. 10 kWh/kg.

• Fisk (sjøtråling): Ca. 10 kWh/kg.

Feil = 1,4,6.  

Fremtidens proteinrik fór kan ikke produseres med overskuddsvarme i Norge og må derfor fortsatt importeres fra andre kontinenter
Denne påstanden er feil. Det finnes allerede teknologi for å produsere proteinrik fór, som insekter og mikroorganismer, ved bruk av overskuddsvarme i Norge. Import er derfor ikke en nødvendighet.

Temperaturkontroll og -stabilitet rundt matvarer har ingen påvirkning til holdbarheten
Denne påstanden er feil. Temperaturkontroll er avgjørende for holdbarheten til matvarer, spesielt for kjøle- og frysevarer.

Det er best og tryggest å kaste maten som har gått ut på dato ifølge stemplet på forpakningen
Denne påstanden er feil. "Best før"-datoen er kun en indikasjon på kvalitet, ikke trygghet, og mat kan ofte spises etter denne datoen dersom den ser, lukter og smaker bra.

Hvordan gjør vi karbonfangst (tre typer)?

Pre-combustion (CO₂ separeres fra brenselet før forbrenning ved å omdanne det til syntesegass.)

Post-combustion (CO₂ fanges opp fra røykgass etter forbrenning ved hjelp av kjemikalier som absorberer CO₂.)

Oxy-combustion (Oksygenforbrenning: Brensel forbrennes med rent oksygen, noe som gir røykgass med høy konsentrasjon av CO₂ som lett kan skilles ut)

Hvordan henger membranseparasjon og flytendegjøring sammen med karbonfangst og lagring?

Membranseparasjon: Kan brukes i fangstfasen for å isolere CO₂ fra gassblandinger( Membranseparasjon er en teknologi som brukes i fangstfasen av CCS for å isolere CO₂ fra andre gasser i en gassblanding. Dette skjer ved hjelp av spesialdesignede membraner som selektivt lar CO₂ passere gjennom, mens andre gasser, som nitrogen (N₂) eller oksygen (O₂), holdes tilbake.).

Flytendegjøring: Brukes etter CO₂ er fanget, for å gjøre transport og lagring mer praktisk.

Hvordan transporteres karbon etter karbonfangst osv?

Rørledninger, spesiallagde tankskip (-50 grader), tog og lastebiler

Hva beskriver bildet?

Bildet viser fasediagremmet til CO2.

Triple Point (rød boks til venstre): CO₂ eksisterer som gass, væske og fast stoff i likevekt ved ca. 5.2 bar og -56.6 °C. Vil ofte bringe det over dette punktet.

Critical Point (rød boks til høyre): Over dette punktet (73.8 bar og 31.1 °C) oppfører CO₂ seg som en superkritisk væske, en tilstand som kombinerer egenskaper fra både væske og gass. Det er ved denne formen CO2 komprimeres til for enklere transport og lagring

Hvor dypt injiseres CO₂ for lagring?

Fra 700 meter (minimum for væskeform) til rundt 3000 meter.

Hvorfor brukes tidligere oljereservoar til CO₂-lagring?

Fordi de har vist å holde gasser trygt i millioner av år.

Hva er ferskvannslommer (aquifer) i CO₂-lagring?

Porøse bergarter fylt med saltvann som kan binde CO₂.

Hvilke typer porøse steiner brukes til CO₂-lagring?

Sandstein og andre bergarter som kan inneholde CO₂ under trykk.

Hvordan hindres lekkasje fra lagringsområder?

Ved impermeable lag av leirskifer eller andre tette materialer som dekker lagringsområdene.

Hvorfor injiseres CO₂ dypt i bakken?

Trykk og temperatur holder det i væske- eller superkritisk form for langsiktig lagring.

Hvordan sikres CO₂-lagring mot lekkasje?

Naturlige geologiske barrierer og overvåking forhindrer lekkasje tilbake til atmosfæren.

Hvor lagres CO₂ i CCS-systemer?

På landbaserte og offshore reservoarer, ofte under havbunnen.

Hva er utfordringene med karbonfangst og lagring?

Sikkerhet

• Håndtering av CO₂ i rørledninger på land.

• Risiko for CO₂-utslipp i havet ved transport eller lagring.

• Potensial for lekkasje fra lagringssteder.

Regulering

• Spørsmål om eierskap: Hvem eier CO₂-en, og når/hvor skjer overgangen?

• Hva skjer hvis CO₂ fanges i Nederland og transporteres til Norge – hvem har ansvaret?

• Behandling av CO₂ som en handelsvare.

Feil = 1 og 5.

Karbonfangst, transport og lagring har ingen fremtid, naturen klarer selv å redusere CO₂-innholdet i atmosfæren
Denne påstanden er feil. Naturlige prosesser som skoger og hav kan absorbere CO₂, men ikke raskt nok til å håndtere dagens utslippsnivåer. Karbonfangst og lagring er derfor viktig for å nå klimamålene.

Transport over lange avstander er enklest og mest gunstig med lavtryksrørledninger
Denne påstanden er feil. Lavtryksrørledninger er ikke egnet for lange avstander; høyttryksrørledninger eller skipstransport er mer effektive.

Hvordan regner du ut 30 grader C til kelvin?

Kelvin, K = C + 273—> 30 + 273 = 303 K