Document

Evaluation of utilizing methanol as a fuel source for electricity generation in Oman : application to rural areas & remote locations.

Source
Master's thesis
Other titles
تقييم استخدام الميثانول كمصدروقود لتوليد الكهرباء في سلطنة ُعمان : تطبيق على المناطق الريفية والأماكن النائية
Country
Oman
City
Muscat
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2024
Language
English
Thesis Type
Master's thesis
English abstract
The climate changes currently manifesting pose a significant challenge for the international research community. The global environment and public health have been impacted on a global scale by the emission of greenhouse gases resulting from the combustion of fossil fuels. The increasing utilization of alternative clean resources for electricity generation is widely regarded as a promising approach to mitigate greenhouse gas emissions. Renewable energy resources are dedicated to achieving a state of zero emissions. The utilization of Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) technology presents itself as a viable alternative for the development of environmentally sustainable energy systems. Methanol exhibits considerable potential as an environmentally friendly fuel alternative in the realm of power generation. Methanol can be derived from both renewable and non-renewable sources, such as biomass, electrolysis, CO2 capture technology, and natural gas. The objective of this study was to reduce dependence on conventional diesel and using methanol as a fuel source through practical experiments on emissions and efficiency. The comparison was made between a Fuel Cell system using methanol as its primary fuel source and a diesel generator operating on conventional diesel fuel. The study was conducted experimentally based on the experimental setup installed in the Renewable Energy Hybrid Station at SQU. The study found that the diesel generator produced significantly higher emissions compared to the fuel cell. Specifically, the carbon dioxide emissions from the diesel generator nearly doubled, increasing from 208.18 g/kWh to 490.62 g/kWh, while carbon monoxide emissions ranged between 1.494 kWh and 0.892 kWh. Also, the nitrogen monoxide emissions increased gradually from 0.577 g/kWh to 2.043 g/kWh, and nitrogen dioxide emissions varied between 0.1923 g/kWh and 0.0065 g/kWh. In addition, the nitrogen oxides emissions were raised from 1.212 g/kWh to 3.531 g/kWh and the sulfur dioxide emissions were differed between 0.098 g/kWh and 0.016 g/kWh. The carbon dioxide emissions of the fuel cell ranged between 3.31 g/kWh & 5.09 g/kWh and the carbon monoxide emissions were varied between 0.00317 g/kWh and 0.0164 g/kWh. Furthermore, the nitrogen monoxide emissions ranged between 0.0000775 g/kWh & 0.0000755 g/kWh and nitrogen dioxide emissions differed between 0.0000236 g/kWh and 0.0000480 g/kWh. Besides, the nitrogen oxides emissions were increased from 0.0001011 g/kWh to 0.0001235 g/kWh and the sulfur dioxide emissions were not available in the chemical reactions. Moreover, the efficiency of the diesel generator ranged between 10.74% & 22.95%, and the efficiency of the fuel cell ranged between 28.33% & 27.06%. In addition, the fuel consumption of the diesel generator ranged from 0.95L & 2L and the fuel consumption of the fuel cell was ranged from 1.9L & 6.12L. The findings indicated that the methanol-based power generation system exhibits promise as a fuel source, thereby reducing dependence on diesel fuel. The fuel cell system demonstrates lower emissions in comparison to the diesel-based power generation system, while also exhibiting superior efficiency.
Arabic abstract
تشكِّل التغيرات المناخية التي تحدث حاليًا تحديًا كبيرا لمجتمع البحث الدولي. تأثرت البيئة العالمية والصحة العامة على نطاق عالمي بانبعاثات الغازات الدفيئة الناتجة عن احتراق الوقود األحفوري. يُعتبر استخدام مصادر الطاقة النظيفة البديلة لتوليد الكهرباء وسيلة واعدة للتخفيف من انبعاثات غازات الدفيئة. تهدف مصادر الطاقة المتجددة إلى تحقيق حالة من عدم الانبعاثات. تقدم تقنية خلية الوقود ذات غشاء التبادل البروتوني نفسها كبديل مستدام قابل للتطوير ألنظمة الطاقة المستدامة المستقبلية. يظهر الميثانول إمكانات كبيرة كبديل للوقود صديق للبيئة في مجال توليد الطاقة. يمكن استخراج الميثانول من مصادر متجددة وغير متجددة، مثل الكتلة الحيوية والتحليل الكهربائي وتقنية التقاط ثاني أكسيد الكربون والغاز الطبيعي. كان الهدف من هذه الدراسة هو الحد من االعتماد على الديزل التقليدي واستخدام الميثانول كمصدر وقود من خالل التجارب العملية على الانبعاثات والكفاءة. وأجريت مقارنة بين نظام خلية الوقود الذي يستخدم الميثانول كمصدر أساسي للوقود ومولد ديزل يعمل على وقود الديزل التقليدي. باالعتماد على اإلعداد التجريبي الذي تم تركيبه في محطة الطاقة المتجددة الهجينة بجامعة أجريت الدراسة تجريبياً السلطان قابوس. ووجدت الدراسة أن مولد الديزل ينتج انبعاثات أعلى بكثير مقارنة بخلية الوقود. وعلى وجه التحديد، فإن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من مولد الديزل قد تضاعفت تقريبا، حيث ارتفعت من 208.18 جم/كيلوواط/ساعة إلى 490.62 جم/كيلوواط/ساعة، في حين تراوحت انبعاثات أول أكسيد الكربون بين 1.494 جم/كيلوواط/ساعة و0.892 جم/ كيلوواط/ساعة. كما ارتفعت انبعاثات أول أكسيد النيتروجين تدريجياًمن 0.577 جم/كيلوواط-ساعة إلى 2.043 جم/كيلوواط-ساعة، وتباينت انبعاثات ثاني أكسيد النيتروجين بين 0.1923 جم/كيلوواط-ساعة و0.0065 جم/كيلوواط-ساعة. وباإلضافة إلى ذلك، ارتفعت انبعاثات أكاسيد النيتروجين من 1.212 جم/كيلوواط-ساعة إلى 3.531 جم/كيلوواط-ساعة وتفاوتت انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت بين 0.098 جم/كيلوواط-ساعة و0.016 جم/كيلوواط-ساعة. وكانت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لخلية الوقود تتراوح بين 3.31 جم/كيلوواط-ساعة و5.09 جم/كيلوواط-ساعة وتباينت انبعاثات أول أكسيد الكربون بين 0.00317 جم/كيلوواط-ساعة و0.0164 جم/كيلوواط-ساعة. وعالوة على ذلك، كانت انبعاثات أول أكسيد النيتروجين تتراوح بين 0.0000775 جم/كيلوواط-ساعة و0.0000755 جم/كيلوواط-ساعة، بينما كانت انبعاثات ثاني أكسيد النيتروجين متباينة بين 0.0000236 جم/كيلوواط-ساعة و0.0000480 جم/كيلوواط-ساعة. وباإلضافة إلى ذلك، زادت انبعاثات أكاسيد النيتروجين من 0.0001011 جم/كيلوواط-ساعة إلى 0.0001235 جم/كيلوواط-ساعة، وكانت انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت غير متاحة في التفاعالت الكيميائية. عالوة على ذلك، تراوحت كفاءة مولد الديزل بين %10.74 و،%22.95 في حين تراوحت كفاءة الخلية الوقود بين %28.33 و.%27.06 وإلى جانب ذلك، كان استهالك وقود مولد الديزل يتراوح بين 0.95 لتر و2 لتر، بينما كان استهالك وقود الخلية الوقود يتراوح بين 1.9 لتر و6.12 لتر. أظهرت النتائج أن نظام توليد الطاقة القائم على الميثانول يظهر وعدًا كمصدر وقود، مما يقلل من االعتماد على وقود الديزل. يظهر نظام خلية الوقود انبعاثات أقل بالمقارنة مع نظام توليد الطاقة القائم على الديزل، مع تحقيق كفاءة فائقة أيضا.
Category
Theses and Dissertations

Same Subject