مهندسی شیمی ایران

مهندسی شیمی ایران

تحلیل انرژی، اگزرژی و محیط‌زیستی یک سامانه گازی‌سازی زیست‌توده جهت تولید همزمان برق، آب، گرما و هیدروژن سبز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه تربیت مدرس
2 پژوهشگاه نیرو
3 استادیار، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
10.22034/ijche.2026.570146.1579
چکیده
این پژوهش به معرفی و ارزیابی یک سیستم یکپارچه نوآورانه مبتنی بر گازی‌سازی زیست‌توده می‌پردازد که با بهره‌گیری از بازیابی بهینه حرارت اتلافی، تولید همزمان هیدروژن سبز و آب نمک‌زدایی شده را در کنار توان الکتریکی و گرمایش محقق می‌سازد. در این پژوهش، تحلیل‌های جامع انرژی، اگزرژی و محیط‌زیستی بر روی پیکربندی پیشنهادی انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد که این فرآیند به بازده حرارتی 80 درصد و بازده اگزرژی ۴۲.۵۵ درصد دست یافته است. بر اساس تحلیل قانون دوم، بخش‌های گازی‌ساز و توربین گاز به ترتیب با سهم ۴۸ درصد و ۳۴ درصد، مراکز اصلی تخریب اگزرژی شناخته شدند. بررسی‌های پارامتری حاکی از آن است که با بهینه‌سازی فشار عملیاتی و دمای هوای احتراق، بازده اگزرژی سیستم می‌تواند تا ۴۶ درصد ارتقاء یافته و شاخص انتشار کربن به مقدار بهینه (kg/kWh) ۰.۰97 کاهش یابد. یافته‌های این پژوهش پتانسیل بالای سیستم‌های یکپارچه را در ارتقای شاخص‌های بهره‌وری نشان داده و چارچوبی کاربردی برای توسعه زیرساخت‌های انرژی پایدار و تولید چندگانه فراهم می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Energy, Exergy, and Environmental (3E) Analysis of a Biomass Gasification System for Polygeneration of Electricity, Freshwater, Heat, and Green Hydrogen

نویسندگان English

Alireza Ghasemi 1
Morteza Hosseinpour 2
Mohammad Fakhroleslam 3
1 Tabita Modares University
2 Niroo Research Institute
3 Assistant Professor, Faculty of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده English

This research introduces and evaluates an innovative integrated system based on biomass gasification, which achieves the simultaneous production of green hydrogen and desalinated water, alongside electrical power and heating, by leveraging optimal waste heat recovery. In this study, comprehensive energy, exergy, and environmental analyses have been conducted on the proposed configuration. The results indicate that this process achieves a thermal efficiency of 80% and an exergy efficiency of 42.55%. Based on the second-law analysis, the gasifier and gas turbine components were identified as the primary sources of exergy destruction, accounting for 48% and 34% of the total destruction, respectively. Parametric studies suggest that by optimizing operating pressure and combustion air temperature, the system’s exergy efficiency can be enhanced to 46%, and the carbon emission index can be reduced to an optimal value of 0.097 kg/kWh. The findings of this research demonstrate the high potential of integrated systems in improving efficiency indicators and provide a practical framework for the development of sustainable, multi-generation energy infrastructures.

کلیدواژه‌ها English

polygeneration
green hydrogen
proton exchange membrane electrolyzer
organic Rankine cycle
biomass
thermal integration

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 26 مرداد 1405