Využití vodíku pro energetické účely v rafinérsko-petrochemickém průmyslu

Bc. Kateřina Hojerová

Master's thesis

Use of hydrogen for energy purposes in the refining and petrochemical industry

Abstract:

Vodík hraje klíčovou roli v rafinérsko-petrochemickém průmyslu, kde se využívá v následných chemických procesech při zpracování ropy a výroby petrochemických produktů. Práce se zaměřuje na srovnání tradičních a obnovitelných metod výroby. Tradičně se vyrábí šedý vodík, který je ekonomicky výhodný, ale zároveň vysokým producentem emisí. Rostoucí tlak na dekarbonizaci nutí průmysl hledat alternativy, především výrobu vodíku z obnovitelných zdrojů energie. Diplomová práce analyzuje možnosti integrace obnovitelného vodíku, využití směsných plynů a potenciál technologických inovací, včetně spalovacích technologií pro energetické účely. Součástí je také hodnocení synergií mezi výrobou vodíku a procesními jednotkami rafinérií, a to i využití vedlejších plynů. Tato práce analyzuje současnou produkci vodíku v petrochemickém sektoru a jeho environmentální dopady. Následně zhodnocuje moderní technologie výroby vodíku z obnovitelných zdrojů energie, zejména elektrolýzu vody napájenou elektřinou z fotovoltaické elektrárny, včetně její účinnosti, nákladovosti a emisní stopy. V další části se tato práce zaměřuje na možnosti skladování a distribuci vodíku, přičemž jsou porovnány různé metody. V závěru práce je provedeno ekonomické a environmentální zhodnocení různých variant výroby a využití vodíku v průmyslu. Výsledky zhodnotí přechod na zelený vodík, jeho pozitivní vliv na snížení emisí, ale také počáteční investice a její návratnost. Práce poskytuje komplexní pohled na problematiku dekarbonizace vodíkových procesů v rafinérsko-petrochemickém průmyslu a identifikuje klíčové výzvy i příležitosti pro jeho udržitelný rozvoj.

Abstract:

Hydrogen plays a key role in the refining and petrochemical industry, where it is used in subsequent chemical processes in the processing of crude oil and the production of petrochemical products. The work focuses on comparing traditional and renewable production methods. Traditionally, grey hydrogen is produced, which is economically advantageous, but at the same time a high producer of emissions. The growing pressure for decarbonization is forcing the industry to look for alternatives, especially the production of hydrogen from renewable energy sources. The thesis analyses the possibilities of integrating renewable hydrogen, the use of mixed gases and the potential of technological innovations, including combustion technologies for energy purposes. It also includes an assessment of synergies between hydrogen production and refinery process units, including the use of by-products. This work analyses the current production of hydrogen in the petrochemical sector and its environmental impacts. It then evaluates modern technologies for the production of hydrogen from renewable energy sources, in particular the electrolysis of water powered by electricity from a photovoltaic power plant, including its efficiency, cost and emission footprint. In the next part, this work focuses on the possibilities of hydrogen storage and distribution, comparing different methods. At the end of the work, an economic and environmental assessment of various options for hydrogen production and use in industry is carried out. The results will evaluate the transition to green hydrogen, its positive impact on reducing emissions, but also the initial investment and its return. The work provides a comprehensive view of the issue of decarbonization of hydrogen processes in the refining and petrochemical industry and identifies key challenges and opportunities for its sustainable development.

Keywords

vodík, ropa, energetika, mobilita, dekarbonizace

Keywords

petroleum, energy, hydrogen, mobility, dekarbonization

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 3. 2025

Thesis defence

• Date of defence: 22. 5. 2025
• Supervisor: doc. Ing. Vladimír Hönig, Ph.D. Ph.D.
• Reader: Jakub Mařík, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Regional Environmental Administration