greenhouse gas emissions from gasoline, hybrid-electric,

8/14/2019 Greenhouse Gas Emissions From Gasoline, Hybrid-Electric,

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G r e e n h o u s eG as E m i s s i o n s f r omG a s o l i n e ,H y b r i d - E l e c t r i c ,a n d H y d r o g e n - F u e l e dVe h i c l e s

Robe r t E . U h r i gU n i v e r s i t yo fTe n n e s s e e ,K n o x v i l l e ,TN 3 7 9 9 6 - 2 3 0 0

A B S TR A C T. I n a r e c e n t a r t i c l e ,t h e a u t h o r s h o w e d t h a ti t was t h e o r e t i c a l l yp o s s i b l e f o rp l u g - i n h y b r i d - e l e c t r i cl i g h tt r a n s p o r t a t i o nv e h i c l e st ou t i l i z ee l e c t r i c i t yp r o v i d e db y e l e c t r i cu t i l i t i e st o d i s p l a c ea l m o s t75 o f t h e e n e r g y o f g a s o l i n eu s e db y l i g h tt r a n s p o r t a t i o nv e h i c l e si n t h e U n i t e dS t a t e s .I ta l s o i n d i c a t e dt h a tr e p l a c i n gt h i sg a s o l i n ee n e r g y w o u l dr e q u i r e 2 0 0 - 2 5 0GW ( G ig a wa t t s) o fa d d i t i o n a le l e c t r i c a lg e n e r a t i n gc a p a c i t y .( U h r i g ,2 0 0 5 ) I na n e a r l i e ra r t i c l e ,t h e a u t h o rs h o w e d t h a ta b o u t9 3 0 GW o f a d d i t i o n a le l e c t r i c a lg e n e r a t i n gc a p a c i t yw o u l db e r e q u i r e d t op r o d u c eh y d r o g e nb y e l e c t r o l y s i st o r e p l a c e a l l t h eg a s o l i n eu s e d f o ra l lt r a n s p o r t a t i o ni n t h e U n i t e dS t a t e s .( U hr i g 2 00 4 ) .S h o u l de i t h e r o f t h es e s u b s t i t u t i o n sb e e v e n p a r t i a l l yi m p l e m e n t e d ,t h e c h o i c e o f f u e l f o rt h e new g en er a t i on o fe l e c t r i c i t ya nd t h e meth o d o f p r o d u c i n gh y d r o g e nc o u l d e i t h e rs i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e o r d e c r e a s e f u t u r eg r e e n h o u s ega s e m i s s i o n s . T h e p u r p o s e o f t h i sp a p e r i s t o p r o v i d eq u a n t i t a t i v ec o m p a r i s o n so f g r e e n h o u s ega s e m i s s i o n s , s p e c i f i c a l l yc a r b o nd i o x i d e ,b e t w e e na l lo f t h e v a r i o u so p t i o n s .T h er e s u l t si n d i c a t et h a tg r e e n h o u s ega s e m i s s i o n sa r e s m a l lo r n e g l i g i b l ew h e n e l e c t r i c i t yg e n e r a t e db y s o l a r ,r e n e w a b l e s ,o r n u c l e a re n e r g y a r eu s e d e i t h e r d i r e c t l yo r t op r o d u c eh y d r o g e n . H o w e v e r ,w h e n f o s s i lf u e l s( n a t u r a lgas, o i l o r c o a l )w e r e u s e d , t h e g r e e n h o u s ega s e m i s s i o n sw e r e g r e a t e r t h a n f o rg a s o l i n ef u e l e d v e h i c l e si nmos t c a se s . T h e us e o f s t e a mmethane r e f o r m i n gt op r o d u c eh y d r o g e ni s i n c l u d e di nt h e a n a l y s i s .

KEYWORDS.g r e e n h o u s eg a s e s , c a r b o nd i o x i d e , a l t e r n a tea u t o m o t i v ef u e l s ,e m i s s i o n s

1 . 0INTRODUCTION.I na r e c e n ta r t i c l et h ea u t h o rs h o w e dt h a ti t wa s t h e o r e t i c a l l yp o s s i b l ef o rp l u g - i nh y b r i d -e l e c t r i cl i g h tt r a n s p o r t a t i o nv e h i c l e s t o u t i l i z ee l e c t r i c i t yp r o v i d e db y e l e c t r i cu t i l i t i e st o d i s p l a c e a l m o s t75 o ft h ee n e r g y o fg a s o l i n e u s e d i n l i g h tt r a n s p o r t a t i o nv e h i c l e s i nt he U n i te dS t a t e s . t was a l s o s h o w nt h a tr e p l a c i n gt h i sg a s o l i n ee n e r g yw o u l dr e q u i r e2 0 0 - 2 5 0GW ( G i g a w a t t s )o fa d d e d e l e c t r i c a lg e n e r a t i n gc a p a c i t y .( U h r i g ,2 0 0 5 ) I n a ne a r l i e ra r t i c l e ,t h e a u t h o rs h o w e dt h a ta b o u t9 3 0 GW o fne we l e c t r i c a lg e n e r a t i n gc a p a c i t yw o u l db e r e q u i r e dt o p r o d u c eh y d r o g e nb y e l e c t r o l y s i st o r e p l a c e a l l t h e o i l - b a s e d f u e lu s e d f o rt r a n s p o r t a t i o ni n t h e U n i t e d S t a t e s .( U h r i g2 0 0 4 )H e n c e , t h e g r e e n h o u s e g a s e m i s s i o n s o f t h e s e ne we l e c t r i c a lg e n e r a t i n g p l a n t sc o u l d h a v e a n i m p o r t a n te n v i r o n m e n t a li m p a c t i f a s i g n i f i c a n tf r a c t i o no f g a s o l i n eu s e d f o r l i g h tv e h i c l et r a n s p o r t a t i o nw e r e r e p l a c e d b ye l e c t r i c i t yo r h y d r o g e n .T h e p u r p o s e o f t h i sp a p e r i s t oq u a n t i t a t i v e l yc o m p a r ea l lt h e o p t i o n s ,i n c l u d i n gt h e u se o fs t e a mm e t h a n er e f o r m i n gt op r o d u c eh y d r o g e n .

2 . 0 GREENHOUSEGASES. S u n l i g h te n t e r st h ea t m o s p h e r es t r i k i n gt h e e a r t ha n d i s r e f l e c t e db a c kt o w a r d ss p a c e a s i n f r a r e dr a d i a t i o n( h e a te n e r g y ) .G r e e n h o u s eg a s e s a b s o r bt h i si n f r a r e dr a d i a t i o n ,t r a p p i n gt h e h e a t i nt h ea t m o s p h e r e . U n t i la b o u t 1 5 0 y e a r s a g o , t h e a m o u n to fe n e r g y a b s o r b e dw a s a b o u t t h e s a m e a s t h e a m o u n to fe n e r g yr a d i a t e db a c ki n t os p a c e . T h e n , t h i se q u i l i b r i u mw a su p s e t ,a n d t he c on ce nt ra t i ono f C 0 2 , ( c a r b o nd i o x i d e )b e g a nt o i n c r e a s e a n d i s c o n t i n u i n gt o i n c r e a s e a t a r a t et h a ta p p e a r sr e l a t e dt o t h e i n c r e a s e i n p r o d u c t i o no fC 0 2 .( D O E - E I A ,2 0 0 5 ) D u r i n g t h e s a m e p e r i o d ,t h e a v e r a g et e m p e r a t u r eo ft h e a t m o s p h e r ei n c r e a s e dw i t hs u b s e q u e n tc l i m a t ec h a n g e si na manner t h a ti s t h o u g h tb y many t o b ea c a u s e - e f f e c tr e l a t i o n s h i p .

T h e p r i n c i p a lg r e e n h o u s eg a s e s a r e w a t e rv a p o r ( 6 0 - 6 5 )a n d C 0 2( 2 0 - 2 5 % ) .W a t e rv a p o rs t a y s i n t h e a t m o s p h e r e

f o ra r e l a t i v e l ys h o r t t i m e ,a m a t t e r o f h o u r s o r d a y s ,w h e r e a sC 0 2h a s a n a v e r a g er e s i d e n c e p e r i o d o fa b o u t ac e n t u r y .As a r e s u l t ,t h e a m o u n to fw a t e r v a p o rr e m a i n sr e l a t i v e l yc o n s t a n ta ta l e v e lr e l a t e dt ot h e r a t ea tw h i c hi t i sp ro d uc e d b yw e a t h e r phenomena w h i l e C 0 2 t e n d s t oa c c u m u l a t ea s t h e a m o u n te m it t e d i nc re a se s. A l lo t h e rg r e e n h o u s eg a s e s ( 1 0 - 2 0 ) s u c h a s m e t h a n e , o z o n e ,n i t r o u so x i d e ,c a r b o nm o n o x i d e ,a n d f l u o r o c a r b o n st e n d t oh a v e l e s s e re f f e c t so n t h e a t m o s p h e r eo v e r t i m e b e c a u s eo fs m a l l e rq u a n t i t i e sa n d / o r s h o r t r e s i d e n c et i m e s .H e n c e ,t h e o n l yg r e e n h o u s eg a s c o n s i d e r e di nt h i sa n a l y s i si s C 0 2 .

I nc o n t r a s t w i t ht h e w e l lt ow h e e l s a p p r o a c ht h a ti n c l u d e st h e e m i s s i o n sp r o d u c e db y p r o c e s s i n gt h e o r i g i n a lf u e l ,t h i sa n a l y s i ss t a r t sw i t ht h e f u e lu s e d t og e n e r a t ee l e c t r i c i t yo r t op r o d u c eh y d r o g e n . T h i s s i m p l i f i c a t i o nd o e s n o t m a t e r i a l l yc h a n g e t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n t h e e m i s s i o n s o fg r e e n h o u s eg a s e s b y t h e v a r i o u sp r o c e s s e s a n a l y z ed .

3 . MODELSU SED FORANALYSES.T h em o d e l s t o q u a n t i t a t i v e l ye v a l u a t e t h e g r e e n h o u s eg a se m i s s i o n s , s p e c i f i c a l l yc a r b o n d i o x i d e ,when e l e c t r i c a le n e r g y o r h y d r o g e ni s u s e d t o r e p l a c e g a s o l i n ea s a na u t o m o t i v ef u e la r e t h o s e u s e d i n t h e a u t h o r ' sp r e v i o u sp u b l i ca t i on s ( Uh ri g ,2 0 0 5 a n d U h r i g ,2 0 0 4 r e s p e c t i v e l y ) .T h e s e m o d e l sw e r e b a s e d o n i n f o r m a t i o np r o v i d e db y o re x t r a p o l a t e df r o m d a t a p r o v i d e db y t h e DOE ( D e p a r t m e n to fE n e r g y )E I A( E n e r g yI n f o r m a t i o nA d m i n i s t r a t i o n )( D O E -E I A ,2 0 0 3 ) .

T h e s em o d e l su t i l i z et h e f o l l o w i n ga s s u m p t i o n s :1 . T h e r ew e r e 2 2 5 m i l l i o nl i g h tt r a n s p o r t a t i o nv e h i c l e s i n

t h e U n i t e d S t a t e s i n 2 0 0 4 , i n c l u d i n g1 3 3 m i l l i o na u t o m o b i l e sa n d 9 2 m i l l i o nl i g h tt r u c k - b a s e dv e h i c l e s( s p o r tu t i l i t yv e h i c l e s ,v a n s , p i c k u pt r u c k s ,p a s s e n g e rm i n i v a n s ,a n d d e l i v e r yv a n s )

2 . On a n y g i v e n d a y ,50 o ft h e s e v e h i c l e s t r a v e ll e s st h a n 3 2 . 2 km ( 2 0m i l e s ) .

1 - 4 2 4 4 - 0 2 1 8 - 2 / 0 6 / 2 0 . 0 0C ) 2 0 0 6I E E E .


2/6

3 . T h e a v e r a g ed i s t a n c e t r a v e l e d b y e a c hv e h i c l e i n t h eU n i t e d S t a t e s i s 1 9, 74 9 k m / y r( k i l o m e t e r sp e r y e a r )( 1 2 , 2 6 4m i l e s p e r y e a r ) .T hi s d is t an cet r a v e l e d b y e a c ha v e r a g ev e h i c l ei s d e r i v e d f r o m t h e 9 m i l l i o nb a r r e l so fo i l p e r d a y u s e d f o rg a s o l i n e f o rt h e 2 2 5 m i l l i o nl i g h tv e h i c l e s h a v i n g a n a v e r a g e f u e lc o n s u m p t i o no f 8 . 5 1k m / I( k i l o m e t e r sp e r l i t e r( 2 0 m i l e s / g a l l o n ) ,t h e a c t u a la v e r a g e m i l ea g er e p o r t e d b y E I A ( D O E - EI A , 2 00 3)

4 . T h eq u a n t i t a t i v ei n d e x u s e d f o rc o m p a r i n ge l e c t r i c i t ya n dh y d ro g e n p r o du c e d b yd i f f e r e n tm e t h o d su s i n g d i f f e r e n ts o u r c e f u e l si s t h e k g ( k i l o g r a m s )o fC0 2 p e r v e h i c l e -y e a r f o rt h e a v e r a g ed i s t a n c e t r a v e l e db y e a c hv e h i c l ei nt h e U n i t e d S t a t e s ,1 9, 74 9 k m / y r( 1 2 , 2 6 4 m i l e s / y e a r ) .A c t u a le m i s s i o n so fa n y s p e c i f i cv e h i c l e m a y b e g r e a t e ro r l e s st h a n t h e v a l u e s p r e s e n t e d h e r e d e p e nd i n g u p onw h e t h e rt h e f u e lc o n s u m p t i o no ft h e p a r t i c u l a rv e h i c l e i sg r e a t e r o r l e s st h a n t h e a v e r a g ev a l u e o f8 . 5 1k m / I( 2 0m il es p e rg a l l o n ) .

4 . 0 C 0 2 EMISSIONS FOR GASOLINE-FUELED L I G H TV E H I C L E S .T e r r a P a ss , av e n d o r d e a l i n g i n c a r b o n d i o x i d e e m i s s i o n c r e d i t s ,h a sd e v e l o p e da c a r b o n d i o x i d e c a l c u l a t o r t h a tg i v e s t h ee m i s s i o n o f c a r b o n d i o x i d e f o r v i r t u a l l ya l l A m e r i c a na u t o m o b i l e sf o r t h e p a s t 2 0 y e a r s . [ Te r r a P a s s , 2 0 0 5 ]E x p e r i m e n t i n gw i t ht h i sc a l c u l a t o rs h o w st h a tt h e q u a n t i t yo fc a r b o n d i o x i d e ,t h e m o s t i m p o r t a n tg r e e n h o u s eg a s f r o mc o m b u s t i o no f g a s o l i n e i n i n t e r n a lc o m b u s t i o ne n g i n e s ,e m i t t e d p e r u n i to ft i m e i s a d i r e c tf u nc t i o n o ft h e a m o u n to fg a s o l i n eu s e d i n a s p e c i f i ct i m e .T h i s c a l c u l a t o ru t i l i z e st h ef a c tt h a tt h e c o m b u s t i o no fo n e g a l l o no fg a s o l i n e e m i t s2 . 3 5 k g o fC0 2 p e r l i t e r( 1 9 . 5 6p o u n d so fC0 2 p e r g a l l o n )o fg a s o l i n e .S i n c e t h e a v e r a g e g a s m i l ea gei n o u r m o d e l i s8 . 5 0 k m / l i t e r( 2 0m i l e s / g a l l o n ) ,t h e a n n u a l e m i s s i o n o fc a r b o nd i o x i d ei s

[ 1 9 , 7 4 9k m / y e a rx 2 . 3 5 k g C 0 2 p e r l i t e r ]/ [ 8 .5 1 k m/ l i te r]= 5 , 4 5 8k g / v e h i c l e - y r( 11 , 9 9 7l bC 0 2p e r v e h i c l e -y e a r )

C l e a r l y,t h e a m o u n to fC 0 2f o rs m a l l e r v e hi c l esw o u l db el e s st h a n f o rl a r g e rv e h i c l e s b e c a u s et he g a so l in em i l e a g ei s g r e a t e r .H o w e v e r ,t h e m o d e lf o rt h i sa n a l y s i sd e a l s w i t ha v e r a g ev e h i c l e s t h a ta c h i e v e8 . 5 1k m / l i t e r( 2 0m i l e s p e rg a l l o n ) ,t h e r e f e r e n c ep e r f o r m a n c eu s e d f o ra l lc o m p a r i s o n s .

5 . 0C O 2EMISSIONS FOR M I C R O ,MILDA N D FULL HYBRIDV E H I C L E S .S i n c e l l o ft h e e n e r g y t o p r o p e l a l lt r a d i t i o n a lt y p e s o f h y b r i dv e h i c l e si s p r o v i d e db y g a s o l i n e ,w e w i l lu t i l i z et h e i n c r e a s e d f u e lm i l e a ge s a s s i g ne di nt h e a u t h o r ' se a r l i e rp u b l i c a t i o n[ U h r i g ,2 0 0 5 ] a n dr e d u c e t h e t o t a lC 0 2 e m i s s i o n sf o rt r a d i t i o n a lh y b r i dv e h i c l ea c c o r d i n g l ya s s h o w ni nT a b l e1 .

TABLE1 . EMISSIONSFORHYBRIDVEHICLEST y p e

H y b r i d

M i c r o - H y b r i dM i l d - H y b r i dF u l l - H y b r i d

G a s o l i n eM i l e a g e

k m / l i t e rM i l e s / g a l9 . 3 5 2 2

1 0 . 6 2 2 51 2 . 3 2 2 9

C 0 2p e rVe h i c l e - Ye a rk g l b

4 , 9 5 5 1 0 , 9 0 64 , 3 6 2 9 , 5 9 83 , 7 6 1 8 , 2 7 4

These v a l u e s a r e f o r h y b r i d v e h i c l e s o f a s i z ec o r r e s p o n d i n g t o a t r a d i t i o n a lv e h i c l e t ha t a t t ai ns 8 . 5 1

k m / l i t e r( 2 0 m i l e s / g a l l o n ) .A l a r g e ro r s m a l l e rv e h i c l ew o u l dh a v ep r o p o r t i o n a l l yh i g he r o rl o w e re m i s s i o n sr e s p e c t i v e l y .

6 . 0 CO2 EMISSIONS FOR P L U G - I NHYBRID-ELECTRICVEHICLES. T h em o d e lu t i l i z e di n t h e a u t h o r ' sh y b r i da r t i c l e( U h r i g ,2 0 0 5 ) h a s h a l ft he v eh i c l es t r a v e l i n g2 4 . 2 km ( 1 5 m i l e s )p e r d a y o ne l e c t r i c i t y,o r 8 , 8 1 6km ( 5 , 4 7 5 m i l e s )p e r y e a r .T h e o t h e rh a l fo ft h e v e h i c l e s t r a v e l5 6 . 4 k m ( 3 5 m i l e s )p e r d a y , o r2 0 , 5 7 2 km ( 1 2 , 7 7 5 m i l e s )p e r y e a r o n e l e c t r i c i t y.T h e s ea s s u m p t i o n sr e s u l ti n a n a v e r a g e o f 1 4 , 6 9 4 km ( 9 , 1 2 5m i l e s )p e r y e a r o n e l e c t r i c i t yf o ra l lv e h i c l e s .

T h e s e c o n d h a l fo f t h e s e v e h i c l e s m u s t a l s o t r a v e la na d d i t i o n a l5 0 5 5 k m ( 3 1 3 9 m i l e s )p e r y e a r a s a f u l lh y b r i du s i n g g a s o l i n e a t 1 2 . 3 2 k m / I( 29 m i l e s p e r g a l l o n ) .S i n c et h e a v e r a g et o t a ld i s t a n c e t r a v e l e d b y e a c h c a r p e r y e a r i s1 9 , 7 4 9 km ( 1 2 , 2 6 4 m i l e s ) ,t h e d i s t a n c e t r a v e l e du s i n gg a s o l i n e i s 2 5 . 6 o f t h e a v e r a g e d i s t a n c e e a c h v e h i c l et r a v e l s .T h e o t h e r 7 4 . 4 o ft h i sd i s t a n c e i s t r a v e l e d u s i n ge l e c t r i c i t yg en er a t ed b ya u t i l i t yu s i n g n u c l e a rf u e l s ,f o s s i lf u e l ,s o l a re n e r g y ( w i n d ,h y d r o o r p h o t o v o l t a i cs y s t e m s )o rr e ne wa b l e e ne rg ys y s t e m s . S u c h a s u b s t i t u t i o no fe l e c t r i c i t yf o rg a s o l i n ew o u l ds a v e 6 . 7m i l l i o no ft h e 9 m i l l i o nb a r r e l so fo i lp e r d a y u s e d i nt he U .S .f o rt r a n s p o r t a t i o n .

6 . 1ELECTRICITYGENERATEDUSINGNUCLEAR,SOLARA N D RENEWABLEF U E L S . P l ug - i n h yb r i dv e h i c l e s h a v e t w o s o u r c e s o fC 0 2 ; t h e C 0 2e m i t t e d d u e t oo p e r a t i o n i n t h e f u l l - h y b r i dm o d e a n d t h e C 0 2 e m i t t e d i ng e n e r a t i n gt h e e l e c t r i c a le n e r g yu s e d f o rt h e r e s to ft h e t i m e .S i n c e n u c l e a r ,s o l a ra n d r e n e w a b l ef u e l sg e n e r a t ea n e t o fz e r o C 0 2i n p r o d u c i n ge l e c t r i c i t y,t h e o n l y C 0 2g e n e r a t e di sb y o p e r a t i o n i n t h e f u l lh y b r i dm o d e f o r2 5 . 6 o f t h ed i s t a n c e t r a v e l e d .H e n c e , t h e e m i s s i o n i s 2 5 . 6 o f t h ev a l u e s i n T a b l e 1 f o ra f u l lh y b r i d ,9 6 4 k g ( 2, 122l b p e rv e h i c l e - y e a r .

6 . 2 ELECTRICITY GENERATEDUSING FOSSILFUELS ( C O A L ,O I L , A N DN AT U R A LG A S ) . Whent h e e l e c t r i c i t yi s s u p p l i e d b y u t i l i t i e su s i n g f u e l st h a te m i tc a r b o n d i o x i d e d u r i n gc o m b u s t i o n , t h i s CO2 f r o mg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t ym u s t b e a d d e dt o t h e C 0 2o ft h e f u l lh y b r i do p e r a t i o n d i s c u s s e d a b o v e . D a t a o n a c t u a le m i ss i on s f r omf o s s i lp o w e rp l a n t si n t he U ni t e dS t a t e s f o r1 9 9 9 ( t h el a s ty e a r f o rw h i c hc o m p l e t ed a t a a r e a v a i l a b l e )p r o v i d e d b y EP A a n d DOE [ D O E - E I A1 9 9 9 ] s h o w t h ee m i s s i o nr a t e si nT a b l e2 b e l o w.

TABLE2 . EMISSIONRATESFORFOSSIL FUELS

F u e l t oG e n e r a t e o f T o t a l C 0 2 E m i ss i o n R a t eE l e c t r i c i t y G e n e r a t i o n k g / k W h l b / k W h

C o a l 5 1 . 0 0 . 9 5 2 2 . 0 9 5O i l 3 . 2 0 . 8 9 5 1 . 9 6 9N a t u r a lGa s 1 5 . 2 0 . 6 0 0 1 . 3 2 1R e n e w a b l e s 0 . 6 0 ( n e t ) 0 ( n e t )No n - F o s s i l * 3 0 . 0 0 0

( N u c l e a r ,S o l a r ,W i n d ,H y d r o )

I n a p r e v i o u sa r t i c l e[ U h r i g ,2 0 0 5 ] ,i t w a s e s t a b l i s h e d t h a t0 . 3 7 4 k W h / k m( 0 . 6 0 3k W h / m i l e )w a s a r e a s o n a b l ea v e r a g ee x p e n d i t u r eo f e l e c t r i c a le n e r g y f o rh y b r i dv e h i c l e s t h a tw o u l db e c o m p a r a b l et o a v e h i c l eg e t t i n g8 . 5 1k m / l i t e r( 2 0


3/6

m i l e s p e r g a l l o n )o fg a s o l i n e u s i n g a n i n t e r n a lc o m b u s t i o ne ng in e. P re v i ou sl yi n t h i sa r t i c l e ,i t wa s i n d i c a t e dt h a tt h ea v e r a g ed i s t a n c e t r a v e l e db y e a c h p l u g - i nh y b r i dv e h i c l ew hi l e o p er a ti n go n e l e c t r i c i t ya l o n e wa s 1 4 , 6 9 4 k m / y e a r( 9 , 1 2 5m i l e s / y e a r ) .H e n c e ,t h e e l e c t r i c i t yu s e d i s1 4 , 6 9 4k m / y e a rx 0 .3 74kWh/km= 5 , 4 9 6k W h / y e a r .

I fw e m u l t i p l yt h i sv a l u e b y t h e a m o u n to fC0 2 e m i s s i o np e rk Wh f o rt he t hr ee f o s s i lf u e l sg i v e n i nT a b l e 2a nd a ddt h e9 6 4 k g / v e h i c l e - y e a r( 2 , 1 2 2 l b / v e h i c l e - y e a r )o f C0 2 f o ro p e r a t i o n i n t h e h y b r i dm o d e ,w e g e t t h e r e su l t s f orf o s s i lf u e l sg i v e n i nT a b l e3 .

TABLE3 . EMISSIONSFORP L U G - I NHYBRIDS

F u e l t oG e n e r a t eE l e c t r i c i t y

C o a lO i lN a t u r a lG a s

E m i s s i o n so f C0 2k g / v e h i c l ey e a r l b / v e h i c l e - y e a r

6 , 2 0 5 1 3 , 6 5 05 , 8 8 9 1 2 , 9 5 64 , 2 7 1 9 , 3 9 6

7 . 0 H Y D R O G E NFUELEDVEHICLES. T h ee m i s s i o no fc a r b o nd i o x i d ef r o m v e h i c l e s u t i l i z i n ge l e c t r i c i t yg e n e r a t e d w i t h f u e l c e l l so p e r a t i n g o n h y d r o g e n i sn e g l i g i b l ee x c e p t f o r t h e e mi ss io ns f r o mt h e v a r i o u sp r o c e s s e s u s e d t op r o d u c et h e h y d r o g e n .T h e s ee m i s s i o n so f c a r b o n d i o x i d e f r o m t h e p r o d u c t i o np r o c e s s e s m u s t b et a k e n i n t o a c c o u n t t o g i v e a v a l i dc o m p a r i s o nw i t he m i s s i o n s o f g r e e n h o u s eg a s e s f r o m t h e o t h e r v e h i c l ec o n f i g u r a t i o n sa n d t h e i rp o t e n t i a li m p a c tu p o n c l i m a t ea n dw e a t h e rm o d i f i c a t i o n .

8 . 0 S T E A MME T H A N EREFORMING.Some95 o f h y d r o g e n u s e d t o d a y i s p ro d u c ed b ys t e a mm e t h a n er e f o r m i n g SMR) o f n a t u r a lga s -98 m e t h a n e -C H 4 ) .Th e t w o s t e p s o f SMR a r e

C a t a l y s tCH4 + H2 0 + H e a t( 2 0 6 k J / m o l ) * o CO + 3 H 2

( S t e a mR e f o r m i n gR e a c t i o n )

C a t a l y s tCO + H2 0 - C0 2 + H 2 + H e a t( 4 1k J / m o l )

( W a t e r - G a sS h i f tR e a c t i o n )

Th e h y d r o g e ncomes f r o m t h e m e t h a n ea n d t h e s t e a m .Th e s t e a m r e f o r m i n g r e a c t i o n i s e n d o t h e r m i cw i t h t h er e q u i r e d 2 0 6 k J / m o l ( k i l o - J o u l e spe r m o l ) h e a t e n e rg yn o r m a l l yp r o du c e d b yc o m b u s t i o no fsome o ft h e m e t h a n e .Th e w a t e r - g a ss h i f tr e a c t i o n i s e x o t h e r m i cp r o v i d i n g4 1k J / m o l h e a t e n e rg y t h a t ,i f r e c o v e r e d , c a n r e d u c e t h eamount o f methane b u r n e d . T h u s , t h e met h an e b u r ne d h a st o p r ov i de o nl yt he n e t 1 6 5 k J / m o lt h a tr e p r e s e n t s -17 o ft h e t o t a lm e t h a n eenergy. A b o u t 3 . 3 m o l s o f h y d r o g e n - 8 3 o f t h e t h e o r e t i c a l m a x i m u mo f 4 m o l so f h y d r o g e nf r o m C H 4 )a r e p r o d u c e df o re a c h m o l o f m e t h a n e . A w e l l -d e s i g n e d SMR p l a n tw i l ly i e l dh y d r o g e nh a v i n ga b o u t 8 0o f t h e energy o f t h e methane s u p p l i e d . U n f o r t u n a t e l y ,SMRp r o d u c e sCO2 i n b ot h t he methane c o m b u s t i o na n d i n t h ew a t e r - g a ss h i f tr e a c t i o n .

8 . 1EMISSIONSOF VEHICLESU S I N GHYDROGENP R O D U C E DBY SMR, I n a n e a r l i e rp u b l i c a t i o n ( U hr i g ,2 0 0 5 ) , i t was e s t a b l i s h e d t h a t0 . 2 2 8 k Wh pe r k m ( 0 . 3 6 7k Wh pe r m i l e )o f m e c h a n i c a le n e r g y a t t h e t i r e - p a v e m e n t

i n t e r f a c ec o r r e s p o n d e dt o8 . 5 1k m / l i t e r( 2 0 m i l e s / g a l l o n ) . fw e u s e t h e f o l l o w i n ge f f i c i e n c i e s :1 . 70 e f f i c i e n c yf o rt h e e l e c t r i cm o t o rd r i v e( e le c tr i ci t y t om e c h a n i c a le n e r g y a t t h e t i r e - p a v e m e n ti n t e r f a c e ) ,t h es a m e u s e d i nt h e a b o v er e f e r e n c e ,2 . 60 e f f i c i e n c y( h y d r o g e nt o e l ec t ri c i t y )f o rt h e f u e lce l l ,3 . 8 5 e f f i c i e n c yi s d i s t r i b u t i n ga n d d i s p e n s i n g t h e

h y d r o g e n t ot h e f u e lc e l l ,t h e n ,t h e n e e d e de n e r g y o ft h e h y d r o g e ni n p u tt o t h e f u e lc e l li s

[ 0 . 2 2 8k Wh / km / ( 0 . 7 0x 0 . 6 0 x 0 . 8 5 ) ]= 0 . 6 3 8 k W h / k m( 1 . 0 2 8k W h / m i l e )o fh y d r o g e ne n e r g y.S i n c e t h e a v e r a g e t o t a ld i s t a n c e t r a v e l e dp e r v e h i c l ei s1 9 , 7 4 9 k m/ y r( 1 2 , 2 6 4m i l e s / y e a r ) ,t h e t o t a lk Wh p e r v e h i c l e -y e a r i s

1 9 , 7 4 9k m / y e a rx 0 . 6 3 8 k Wh o fH2 e n e r g y / k m ] = 1 2 , 6 0 7k Wh o fH 2 e n e r g y / v e h i c l e - y e a r .T h e e n e r g y o f h y d r o g e n( l o w e r h e a t i n g v a l u e )i s 1 1 9 . 9M J / k g( 5 1 , 6 0 0B t u / l b ) ,s o t h e a m o u n to fH 2u s e d p e r y e a r i s[ 1 2 , 6 0 7k W h / v e h i c l e - y r ]/ [ 1 1 9 . 9M J / k gx 0 . 2 7 8k W h / M J ]=3 7 9 k g H 2 / v e h i c l ey e a r ( 8 3 4l bH 2 / v e h i c l e - y e a r ) .G o s w a m ii n d i c a t e st h a tS MRp r o d u c e sa n e t o f0 . 4 3 m o l so fC 0 2f o re a c h m o lo fH 2p r o d u c e du s i n gSMR. [ G o s w a m i ,2 0 0 5 ] S i n c et h e m o l ec u l a r w ei g ht so fC 0 2a n d H 2 a r e 4 4a n d 2 r e s p e c t i v e l y ,t h e s p e c i f i cC 0 2 e m i s s i o n c a n b ec a l c u l a t e db y

[ 0 . 4 3m o l C 0 2Xm o l H 2 ]x { [ 4 4g m / m o lC 0 2 ]/ [ 2g m / m o lH 2 ] }= 9 . 4 6 g mC 0 2 / gm H 2 = 9 . 4 6 k g C 0 2 / k gH 2

a n d t h e t o t a le m i s s i o no fC 0 2p e r v e h i c l e - y e a ri s[ 3 7 9 k g H 2/ v e h i c l ey e a r x 9 . 4 6 k g C 0 2/ k g H 2 ]= 3 , 5 8 5k gC O 2p e r v e h i c l ey e a r ( 7 , 8 8 8l bC O 2/ v e h i c l ey e a r ) .8 . 2EMISSIONFORVEHICLESUSINGHYDROGENPRODUCEDBY S MRWITH HEAT PROVIDEDBY HIGH T E M P E R AT U R ENUCLEARREACTOR.R e c en t w o r ki n J a p a n h a s d e m on s t ra t e dt h ef e a s i b i l i t yo fs u b s t i t u t i n gh i g ht e m p e r a t u r eh e a t f r o ma g a sc o ol e d n uc l ea rr e a c t o r t o r e p l a c et h e h e a t s u p p l i e db y t h ec o m b u s t i o no f m e t h a n e . T h i s i n c r e a s e s t h e a m o u n to fh yd ro ge n p r od uc e dt o 4 m o l s p e r m o l o f m e t h a n ea n de l i mi n a t es t h eC 0 2p r od uc e d b yc o m b u s t i o no fm e t h a n eb u tn o t t h e C 0 2 p r o d u c e db y t h e w a t e r - g a s s h i f tr e a c t i o n .S i n c e t h e h e a t p r o d u c e db y t h e w a t e r - g a ss h i f tr e a c t i o ni s4 1 k J / m o lo u t o fa t o t a lo f2 0 6 k J / m o l ,w e c a n e s t i m a t et h eC 0 2f r o m t h e w a t e r - g a ss h i f tr e a c t i o nt o b e a p r o p o r t i o n a lp a r to fG o s w a m i ' sv a l u eo fc a r b o nd i o x i d ee m i s s i o n s ,i . e .

[ 4 1k J / m o l/ 2 0 6 k J / m o l ]x 0 . 4 3 m o l C 0 2 / m o lH 2 = 0 . 0 8 6m o l C 0 2/ m o l H 2

H e n c e , t h e C 0 2 f r o m t h e w a t e r - g a s s h i f tr e a c t i o ni s t h es a m e f r a c t i o no ft h e C 0 2f o rS M R ,i . e .[ 4 1k J/ 2 0 6 / m o l ]x 3 , 5 8 5k g C 0 2 / y e a r= 7 1 3 k g C 0 2p e rv e h i c l e - y e a r( 1 , 5 7 0l bC 0 2/ v e h i c l e - y e a r ) .

9 . 0EMISSIONSFORVEHICLESUSINGH 2PRODUCEDBY ELECTROLYSIS. C o n v e n t -i o n a le l e c t r o l y s i so fw a t e r t o p r o d u c eh y d r o g e ni s a w e l l


4/6

d e v e l o p e dt e c h n o l o g y,a n d p r o d u c t i o nu n i t sa s l a r g ea s 1 0MWe a r e c o m m e r c i a l l ya v a i l a b l et o d a y. H o w e v e r ,t h et y p i c a lo v e r a l le f f i c i e n c yo f h y d r o g e n p ro du ct io n u si nge l e c t r o l y s i sb a s e d o n t h e t h e r m a lc o n t e n to ft h e g e n e r a t i n gp l a n tf u e l i s a b o u t 2 5 t od a y, c on s i st in g o f t w oc o m p o n e n t s - a b o u t3 3 e f f i c i e n c yi n c o n v e r t i n gf o s s i lo rn u c l e a rf u e lt oe l e c t r i c i t y,a n d a b o u t75 i n u s i n g e l e c t r i c i t yt o s e p a r a t e w a t e r i n t oh y d r o g e na n d o x y g e n . f a h i g h -t e m p er a t u re g a s - co ol e dr e a c t o r o ra m o d e r nh i g h e f f i c i e n c yg a s - f i r e dc o m b i n e d c y c l ep l a n ti s u s e d , t h e o v e r a l le f f i c i e n c yi np r o d u c i n gh y d r o g e nc o u l da p p r o a c h4 0 .A l e a d i n g m a n u f a c t u r e ro fe l e c t r o l y s i se q u i p m e n ti n d i c a t e dt h a t1 MW o fe l e c t r i c i t yc a n g e ne ra t e 0 .5 2t o n s ( 1 0 4 0l b o fh y d r o g e np er d a y, o r 0 . 4 7 3 k g o fH 2 / k Wd a y ( 1 . 0 4l b / k Wd a y ) .[ S t u a r t ,2 0 0 1 ] P r e v i o u s l y ,i t wa s c a l c u l a t e dt h a tt h eh y d r o g e nr e q u i r e d p e r y e a r f o ra v e h i c l eu s i n g h y d r o g e nt ot r a v e l1 9 , 7 4 9 k m / y e a rwa s 3 7 8 k g ( 8 3 2 l b .H e n c e , t h ea m o u n to fe l e c t r i c i t yr e q u i r e dp e r y e a r i s[ 3 7 9 k g H 2/ y e a r x 2 4 h r / d a y ]/ [ 0 . 4 7 3k g H 2 / k Wd a y ] =1 9 , 2 3 0k W h / y e a r .

T h e c a r b o nd io xi de e m it t e df o rh y d r o g e n - f u e l e dv e h i c l e s i st h e c a r b o n d io xi de e mi t te di n p r o d u c i n g t h e e l e c t r i c i t yr e q u i r e dt o p r o d u c et h e h y d r o g e n . T h e c h o i c e so ff ue l f org e n e r a t i n ge l e c t r i c i t ya r e c o a l ,o i l n a t u r a lg a s , n u c l e a r ,a n ds o l a re n e r g y ( w i n d ,p h o t o v o l t a i c s ,a n d h y d r o ) .H e n c et h ee m i s s i o n so fc a r b o nd i o x i d ea r e t h e p r o d u c to ft h e k Wh p e ry e a r a n d t h e a p p r o p r i a t ee m i s s i o np e r k Wh f ro m T a b l e2 f o rt h e f u e lu s e d .

9 . 1 EMISSIONS FOR VEHICLES USING H 2PRODUCEDBY ELECTROLYSISUSING SOLAR,NUCLEAR,A ND R EN EWA BL EENERGY. S i n c en o n e o f t h e s e e n e r g y s o u r c e s e m i t c a r b o n d i o x i d e wheng e n e r a t i n g e l e c t r i c i t y,t h e r e a r e n o e m i s s i o n s o fg r e e n h o u s eg a s e sa s s o c i a t e dw i t ht h e s e a r r a n g e m e n t s

9 . 2 EMISSIONS FOR VEHICLES USING H 2P R O D U C E DBY ELECTROLYSISUSING FOSSILE N E R G Y( C O A L ,O I L , AN DN AT U R A LG A S ) . T h ee m i s s i o n so fc a r b o n d i o x i d e f o rt h e s e f o s s i lf u e l sa r e t h ep r o d u c t s o f t h e 1 9 , 2 3 0 k W hp e r y e a r a n d t h e a p p r o p r i a t ee m i s s i o n p e r k Wh f o rt h e f u e la s g i v e n i n T a b l e 2 . T h er e s u l t sa r e s h o w ni nT a b l e4 .

TABLE4 . EMISSIONSFORF O S S I LELECTROLYSIS

F u e lN a t u r a lG a sO i lC o a l

k g C0 2 / y ea r1 1 , 5 3 81 7 , 2 1 11 8 , 3 0 7

l bC0 2 / y ea r2 5 , 3 8 43 7 , 9 6 34 0 , 2 7 6

1 0 . 0 EMISSIONSFOR V EH IC LES U SI N GH 2 PRODU ED BY T H E R M O - C H E M I C A LPROCESSES. T h e o v e r a l le f f i c i e n c yo ft h e t h e r m o -c h e m i c a l pr ocess o f p r od uc i ng h y dr og en ,s u c h a s t h es u l f u r - i o d i n eprocess , a p p r o a c h e s5 0 a t 90 0 C w hi l e t h eo v e r a l l e f f i c i e n c yo f t h e e l e c t r o l y s i spr ocess i s a b o u t 2 5 .H e n c e ,f o rt h e same f u e l ,t h e c a r b o nd i o x i d ee m i s s i o n sw i l lb e h a l fa s much f o r t h e r m o - c h e m i c a lp r o c e s s e s a s f o re l e c t r o l y s i s .

1 0 . 1 EMISSIONS FOR VEHICLES USINGH YD R OG E N P R O DU C EDBY T H ERMO - CHE MI CA LPROCESSES USING SOLAR , N UC LEA R,A N DR E N E WA B L EENERGY. S i n c e n o n e o ft h e s e e n e r g ys ou rc e s e m itc a r b o n d i o x i d e when g e n e r a t i n g e l e c t r i c i t y,t he re a re n o e m i s s i o n so fc a r b o n d i o x i d e a s s o c i a t e d w i t ht h e s e a r r a n g e m e n t s

1 0 . 2 EMISSIONS FOR V EHICLES USINGH YD R OG E N P R OD U CE DBYTHERMO-CHEMICALPROCESSES USING FOSSIL E N E R G Y( C O A L ,O I L , AND N AT U R A LG A S ) . T h e e m i s s i o n so fc a r b o nd i o x i d ef o rt h e s e f o s s i lf u e l sa r e h a l fo ft h o s e f o re l e c t r o l y s i sa s s h o w ni nT a b l e4 .T h e r e s u l t sa r e s h o w ni nT a b l e5 .

TABLE5 . EMISSIONSFORHYDROGENP R O D U C E DBYTH ERM O CH EMICA L P RO CES S ESBYFOSSIL FUELS

F u e lN a t u r a lGa sO i lC o a l

k g C0 2 / y e a r5 , 7 6 98 , 6 0 59 , 1 5 3

l bC O 2 / y e a r1 2 , 6 9 21 8 , 9 3 2

2 0 , 1 3 8

1 1 . 0 RESULTS A N D D I S C U S S I O N .T h er e s u l t so ft h i sa na l ys is a r ep r e s e n t e di n t h e T ab l e s 6a n d 7t h a tp r o v i d e e m i s s i o n so fc a r b o n d i o x i d e f o rt h e v a r i o u sh y b r i dv e h i c l e a n d h y d r o g e n - f u e lp r o d u c t i o na r r a n g e m e n t sr e s p e c t i v e l yf o rt h e r e f e r e n c ec a s e o f8 . 5 0 k m / l i t e r( 20 m i l e sp e r g a l l o n )f o rt h e a v e r a g eg a s o l i n e v e h i c l eb e i n g d r i v e n ,1 9 , 7 4 9k m / y e a r( 1 2 , 2 6 4m il es p e ry e a r ) .

1 1 . 1P L U G - I NHYBRID-ELECTRICVEHICLES. I nT a b l e 6 , t h e v e h i c l ee m i s s i o n so f CO2 f o ra l l t r a d i t i o n a lh y b r i d - e l e c t r i cv e h i c l e s a r e i n v e r s e l yr e l a t e dt o t h e g a sm i l e a g e . T h e g a s o l i n e m i l e a g ef o rm i c r o - ,m i l d - ,a n d f u l l -h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e sa r e a s s u m e dt ob e 9 . 3 5 ,1 0 . 6 2 ,a n d1 2 . 3 2 km p e r l i t e r( 2 2 ,2 5 , a n d 2 9 m i l es p er g a l l o n )

r e s p e c t i v e l y .( U h r i g ,2 0 0 5 ) T h e s e a r e r e a s o n a b l e

o v e r a l lv a l u e sf o rt h e n e w e r , l a r g e rh y b r i dv e h i c l e st h a th a v el a r g e rg a s o l i n e e n g i n e s a n d e l e c t r i cm o t o r s s u c h a s t h e To y o t aH i g h l a n d e ra n d H o n d a A c c o r d h y b r i d s .H o w e v e r ,t h eT o y o t aP r i u sa n d Honda C i v i ct h a tg e t m o r et h a n t wi ce t her e f e r e n c e df u e leconomyw o u l db o t h h a v el e s st h a n h a l ft h eCO2 e m i s s i o n s . T h e e m i s s i o n sf o rp l u g - i nh y b r i dv e h i c l e su s i n ge l e c t r i c i t yg e n e r a t e dw i t ho i la n d c o a la r e g r e a t e rt h a nf o rt h e r ef e re nc e c a s eo fg a s o l i n e .H o w e v e r ,t h e e m i s s i o n sf o r a p l u g - i nh y b r i dv e h i c l e w h e r e t h e e l e c t r i c i t yi sg e n e r a t e db y n u c l e a r ,s o l a r ,o r r e n e w a b l ee n e r g y i s l e s st h a n 2 0 o ft h e r e f e r e n c eg a s o l i n ec a s e .

1 1 . 2 HYDROGEN-FUELEDFUELCELLVEHICLES.I n T a b l e 7 , t h e v e h i c l ee m i s s i o n so f C O 2f o rh y d r o g e n -f u e l e df u e l c e l l - d r i v env e h i c l e s a r e p r e s e n t e d . T h e c a r b o nd i o x i d e e m i s s i o n s f o r h yd ro g en p ro d uc edb y s t e a mm e t h a n e r e f o r m i n g ,e l e c t r o l y s i s ,a n d t h e r m o - c h e m i c a lm e t h o d o l o g i e sa r e g i v e n .P e r h a p s t h e m o s t i m p o r t a n to b s e r v a t i o ni s t h a t ,c o n t r a r yt o t h e w i d e - s p r e a db e l i e ft h a th y d r o g e n - f u e l e dv e h i c l e s p r o d u c e n o g r e e n h o u s eg a s e su n d e r a n y c i r c u m s t a n c e s ,t h e e m i s s i o n s f o r h y d r o g e n -f u e l e dv e h i c l e s v a r y w i d e l y d e p e n d i n gu p o n t h e m e t h o du s e d t o g e n e r a t e t h e e l e c t r i c i t yo r h e a t t o p r o d u c e t h eh y d r o g e n . t i s c l e a rt h a tu s i n g h y d r o g e ni n f u e lc e l l st op r o p e lv e h i c l e si s a c o m p l e xp r o c e s sw i t hma n ys t e p s ,e a c hc o n s u m i n ga g r e a td e a l o fe n e r g y. H e n c e , t h e r e s u l t i n g


5/6

CO 2 e m i s s i o n swhen f o s s i lf u e l sa r e u s e d t o g e n e r a t e t h ee l e c t r i c i t yf o re l e c t r o l y s i so r t h e r m o - c h e m i c a lp r o ces s es ,a r e c o r r e s p o n d i n g l yh i g h .

I n t h e c a s e o f e l e c t r o l y s i s ,i n w h i c h t h e e l e c t r i c i t yi sg e n e r a t e d u s i n g n u c l e a r ,s o l a r ,a n d r e n e w a b l eenergy, t h ea n n u a le m i s s i o n spe r v e h i c l e - y e a ra r e n e g l i g i b l e .H o w e v e r ,t h e e m i s s i o n sf o rf o s s i lf u e l s( n a t u r a lgas , o i la n d c o a l )a r ea b o u t 1 1 , 5 0 0 , 1 7 , 2 0 0 , a n d 1 8 , 3 0 0 k g pe r y e a r ( a b o u t2 5, 4 00 , 3 7, 9 0 0,a n d 4 0 , 3 0 0 l b pe r y e a r ) r e s p e c t i v e l y ,a l m o s t t h r e e t im es t h o se u s i n g f o s s i lf u e l st o g e n e r a t ee l e c t r i c i t yf o rp l u g - i nh y b r i dv e h i c l e s .T h e s e a r e e x t r e m e l yl a r g ee m i s s i o n s c o m p a r e dt o a l m o s t a ny o t h e r m e t h o di n v e s t i g a t e dh e r e .

P r o d u c i n gh y d r o g e nf o ra h y d r o g e n - f u e l e dv eh ic l es u si ngSMR p r o d u c e sCO 2 b y t w o m e t h o ds : c o mb u st i onof someo f t h e m e t h a n et od r i v et h e r e a c t i o n a n d t h e w a t e r - g a ss h i f tr e a c t i o n .T h e s er e a c t i o n sp r o d u c ea b o u t3 6 0 0 k g ( 7 , 9 0 0l b )CO2 pe r v e h i c l e - y e a r ,a b o u t t h e same a s a f u l l - h y b r i dv e h i c l e ,b u t f o u rt i m e s t h a tf o ra p l u g - i nh y b r i dv e h i c l e . .

I f t h e h e a t r e q u i r e d t od r i v et h e r e a c t i o n in s t e a m m e t h a n er e f o r m i n gc a n b e s u p p l i e d b y a n o u t s i d e s o u r c e s u c h a s ah i g h t e m p e r a t u r ega s c o o l e d r e a c t o r ,t h e n t h e e m i s s i o no fCO 2 i s r e d u c e dt oa b o u t 7 0 0 k g ( 1 , 60 0l b )pe r v e h i c l ey e a r ,a l i t t l el e s s t h a n f o ra p l u g - i nh y b r i dv e h i c l e u s i n g e l e c t r i c i t yg e n e r a t e db y n u c l e a r ,s o l a r ,o r r e n e w a b l eenergy.

1 2 . 0 CONCLUSIONS. G i v e nt h e c o n c e r n s a b o u tt h e i n f l u e n c e o f CO2 o n w ea t h er a n dc l i m a t e ,i t seemsc o m p e l l i n gt h a tf o s s i lf u e l sn o t b e u s e d i n p r o d u c i n gt h ei n c r e a s e d a m o u n to fe l e c t r i c i t yf o re l e c t r o l y s i so r h e a t f o rt h e r m o - c h e m i c a lp r o c e s s e s t o p r o du c e h yd ro ge nf o rt r a n s p o r t a t i o n .Th e l o g i c a lc o n c l u s i o n i s t h a ti n t he U ni t edS t a t e s ,a n d p e r h a p se l s e w h e r e , t h e o n l yway t os i g n i f i c a n t l yi m p r o v et h e g r e e n h o u s ega s s i t u a t i o ni f p l u g - i nh y b r i d s o rh y d r o g e nf u e l e d v e h i c l e s a r e i m p l e m e n t e do n a l a r g es c a l ei s t o us e o n l y n u c l e a r energy, s o l a r ( w i n d ,h y d r o o rp h o t o v o l t a i c )energy, o r r e n e w a b l e st og e n e r a t et h e n e e d e de l e c t r i c i t y.H o w e v e r ,e a c h o f t h e s e e n e r g y s o u r c e s h a v es i g n i f i c a n td i s a d v a n t a g e s :1 . H y d r op o w e r i sv i r t u a l l yo u t o f t h e q u e s t i o n b e c a u s eo f

t h e l i m i t e ds i t e sa n d e n v i r o n m e n t a lconcerns ,2 . R e n e w a b l e sh a v e l a r g el a n d r e q u i r e m e n t st h a t d i ve r t s

l a n d f r o m n e e d e da g r i c u l t u r a lpu r po s es ,3 . B o t h p h o t o v o l t a i c ,a n d w i n d a r e c y c l i co r e r r a t i ci n

n a t u r e w i t h a v a i l a b i l i t i e so f l es s t h a n a b o u t3 0 , a n d4 . Th e n u c l e a r w a s t e d i s p o s a l i s s u e c o n t i n u e st o r e t a r d

f u r t h e rn u c l e a rp o we r. H o w e v e r ,r e c e n t e v e n t s i n t h eU ni t e d S t a t e si n d i c a t e i n c r e a s e d i n t e r e s ti n b u i l d i n gnew n u c l e a rp o w e r p l a n t s .

I n r e a l i t y,a l l o f t h e n o n - f o s s i lm e t h o d sw i l lb e n e e d e d t om e e t t h e i n c r e a s e d n e e d s f o rt r a n s p o r t a t i o ne n e r g y i n t h e

U n i t e d S t a t e s . T h i s w i l la l l o wf o s s i lf u e l s t o b e u s e d wh eree l e c t r i c i t ya n d o t h e r n o n - f o s s i l s o u r c e s o f energy a r e n o ta p p r o p r i a t e ,i . e . i n a i r p l a n e s, s h i p s ,a n d f o rp e t r o c h e m i c a lp r o d u c t s .

REFERENCES

D O E - E I A ,D e p a r t m e n to f E n e r g y , E n e r g y I n f o r m a t i o nA d m i n i s t r a t i o n DOE a n d E P A ) , C a rb o nD i o x i d eE m i s s i o n sf r o m t h e G e n e r a t i o no fE l e c t r i cP o w e ri n t h e U n i t e dS t a t e s ,J u l y 2 0 0 0 .

D O E - E I A ,E n e r g y I n f o r m a t i o nA d m i n i s t r a t i o n , P e t r o l e u mF l o w 2 0 0 2 . A n n ua l E n e rg yR e v i e w a t < w w w . e i a . d o e .g o v / e m e u l a e r / d i a g r a m 2 . h t m l > ,2 0 0 3 .

D O W - E I A ,E n e r g y I n f o r m a t i o nA d m i n i s t r a t i o n , G r e e n -h o u s e G a se s , C l i m a t e C h a n g e , a n d E n e r g y, a t< h t t p : / / w w w. e i a . d o e . g o v / o i a f / 1 6 O 5 / q q c c e b r o / c h a p t e r 1 .h t m l >2 0 0 5 .

G o s w a m i ,D . Yo g i , H y d r o g en S u p p l yTe c h n o l o g i e s :I n t r o d u c t i o nt o I s s u e s ,< w w w . a s e s . o r q / h v d r o q e nf o r u m0 3 / G o s w a m i . p d f > ,2 0 0 5 .

S t u a r t ,S a n d y , N u c l e a r - E l e c t r i cS y n e rg i e s : F o r N e a tH y d r o g e n P r o d u c t i o n a n d C l e a n e r F o s s i lR e s e r v e sH a r v e s t i n g ,ANS P r e s i d e n t ' sS p ec i a l S es si o n: H y d r o g e nS y s t e m s ,ANSM e e t i n g ,R e n o ,N V ,N o v. 1 1 - 1 5 ,2 0 0 1 .

Te r r a P a s s , C a r b o nD i o x i d eC a l c u l a t o r ,< Te r r a p a s s . c o m /c a r b o n c a l c . h t m l >

U h r i g ,R o b e r tE . , E n g i n e e r i n gC h a l l e n g e so ft h e H y d r o g e nE c o n o m y , T h e BENTo fT a u B e t a P i ,Vo l .X C L ,No . 2 ,S p r i n g ,2 0 0 4

U h r i g ,R o b e r t E . , U s i n g P l u g - i nH y b r i d Ve h i c l e s t oD r a s t i c a l l yR e d u c e P e t r o l e u m - B a s e dF u e l C o n s u m p t i o na n d E m i s s i o n s , T h e BENTo fT a u B e t a P i Vo l .X C L I ,No .2 ,S p r i n g ,2 0 0 5 .

BIOGRAPHICALSKETCH

D r .R o b e r t E . U h r i g i s a j o i n t D i s t i n g u i s h e dP r o f e s s o rE m e r i t u so ft h e U n i v e r s i t yo fT e n n e s s e ea n d D i s t i n g u i s h e dS c i e n t i s tE m e r i t u s o f Oa k R i d g e N a t i o n a l L a b o r a t o r y .P r e v i o u s l y ,h e wa s V i c e P r e s i d e n t f o rA d v a n c ed S y s t e m sa n d Te c h n o l o g ya t F l o r i d aP o w e r a n d L i g h tC o m p a n y ;D e a no ft h e C o l l e g eo fE n g i n e e r i n ga n d C h a i r m a no ft h eN u c l e a rE n g i n e e r i n gS c i e n c e sD e p a r t m e n ta tt h e U n i v e r s i t yo f F l o r i d a ;D e p u t yA s s i s t a n t D i r e c t o rf o rR e s e a r c hi n t h eD e p a r t m e n to fD e f e n s e ;A s s oc i a t e P r o f es s ora t I o w aS t a t eU n i v e r s i t y ,a n d a n a c a d e m i cI n s t r u c t o ra t t h e U . S .M i l i t a r yAcademya t We s t P o i n t .He i s a F e l l o wo ft h e A m e r i c a nN u c l e a r S o c i e t y ,t h e A m e r i c a n A s s o c i a t i o n f o r t h eA d v a n c e m e n to f S c i e n c e , a n d t h e A m e r i c a nS o c i e t y o fM e c h a n i c a lE n g i n e e r st h a tr e c e n t l ya w a r d e dh i m t h e ASM EM e d a l ,t h e i rh i g h e s ta w a r d .


6/6

T a b l e6 . Comparison o f E m i s s i o n so f C a r b o nD i o x i d ef o r H y b r i dVe h i c l e s( Ve h i c l e st r a v e l s1 9 , 7 4 9km ( 1 2 , 2 6 4m i l e s )p e r y e a r

Ve h i c l eE m i s s i o n so fC a r b o nD i o x i d e. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . k gC 0 2/ v e h i c l ey e a r. . . . . l bC 0 2/ v e h i c l ey e a rR e f e r e n c eg a s o l i n ev e h i c l eu t i l i z e da n a v e r a g e8 . 5 1k m / l i t e r( 2 0m i l e s / g a l l o n ). . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 9 8. . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 , 9 9 7

M i c r o - H y b r i dVe h i c l e 9 . 3 5 k m / l i t e r( 2 2m i l e s p e r g a l l o n ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 , 9 5 5. . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 , 9 0 6M i l d - H y b r i dV e h i c l e 1 0 . 62k m / l i t e r( 2 5m i l e s p e r g a l l o n ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 , 3 6 2. . . . . . . . . . . . . . . . 9 , 5 9 8F u l l - H y b r i dV e h i c l e 1 2 . 3 2k m / l i t e r( 2 9m i l e s p e r g a l l o n ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 , 7 6 1. . . . . . . . . . . . . . . . 8 , 2 7 4P l u g - i nH y b r i dE l e c t r i cVe h i c l e

E l e c t r i c i t yG e n e r a t e dw i t hN u c l e a r. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 6 4. . . . . . . . . . . . . . . . 2 , 1 2 2E l e c t r i c i t yG e n e r a t e dw i t hS o l a r E n e r g y. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 6 4. . . . . . . . . . . . . . . . 2 , 1 2 2E l e c t r i c i t yG e n e r a t e dw i t hR e n e w a b l e s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 6 4. . . . . . . . . . . . . . . . 2 , 1 2 2E l e c t r i c i t yG e n e r a t e dw i t hN a t u r a lGas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 , 2 7 1. . . . . . . . . . . . . . . . 9 , 3 9 6E l e c t r i c i t yG e n e r a t e dw i t hO i l. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 , 8 8 9. . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 , 9 5 6E l e c t r i c i t yG e n e r a t e dw i t hC o a l. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 0 5. . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 , 6 5 0

T a b l e7 . C o m p a r i s o no f E m i s s i o n so f C a r b o nD i o x i d ef o r H y d r o g e nF u e l e dF u e l C e l lVe h i c l e s( Ve h i c l et r a v e l s1 9 , 7 4 9k m ( 1 2 , 2 6 4m i l e s )p e r y e a r )

Ve h i c l eE m i s s i o n so fC a r b o nD i o x i d e. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . k gC O 2/ v e h i c l ey e a r. . . . . . . l bC0 2 v e h i c l ey e a rR e f e r e n c eg a s o l i n ev e h i c l eu t i l i z e da n a v e r a g e8 . 5 0 k m / l i t e r( 2 0m i l e s / g a l l o n ). . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 9 8. . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 , 0 7 4

Ve h i c l eu s e s H y d r o g e nP r o d u c e du s i n gS MR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 , 5 8 5. . . . . . . . . . . . . . . . 7 , 8 8 8Ve h i c l eu s i n g H y d r o g e nP r o d u c e du s i n g S MRw i t hh e a t s u p p l i e db y

H i g hTe m p e r a t u r eG a sC o o l e dR e a c t o r. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 7 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 , 5 7 0Ve h i c l eu s i n g H y d r o g e nP r o d u c e du s i n g E l e c t r o l y s i sw i t hE l e c t r i c i t y

P r o d u c e du s i n gN a t u r a lG a s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 , 5 3 8................ 2 5 , 3 8 4P r o d u c e du s i n gO i l. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 211 ............... 7 8 6 3P r o d u c e du s i n gC o a l. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 307 ............... 0 2 7 6P r o d u c e du s i n gN u c l e a rE n e r g y. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 0.... . . . . . . . . . . . . . 0

P r o d u c e ds i n gS o l a r E n e r g y( W i n d ,H y d r o ,& P h o t o v o l t a i c ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0P r o d u c e du s i n gR e n e w a b l e s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ve h i c l eu s i n g H y d r o g e ng e n e r a t e du si ng aT h e r m o c h e m i c a lP r o c e s sw i t hH e a tg e n e r a t e du s i n gN a t u r a lGas. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 5 7 6 9. . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 , 6 9 2H e a tg e n e r a t e du s i n gO i l. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . 8 6 0 5. 1 8 9 3 2H e a tg e n e r a t e du s i n gC o a l . 9 1 5 3 . 2 0 , 1 3 8H e a tg e n e r a t e du s i n gN u c l e a rE n e r g y . H e a tg e n e r a t e du s i n gS o l a r E n e r g y( W i n d ,H y d r o ,& P h o t o v o l t a i c ) . 0. 0H e a tg e n e r a t e du s i n gR e n e w a b l e s. 0. 0

greenhouse gas emissions from gasoline, hybrid-electric,

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