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Multi-Objective Optimization and K-Means Clustering Analysis of Green Hydrogen Production Routes via Biomass Gasification and Water Electrolysis

バイオマスガス化と水電解によるグリーン水素製造ルートの多目的最適化とK平均クラスタリング解析 (AI 翻訳)

Carlos Antonio Padilla-Esquivel, Thelma Posadas-Paredes, Heriberto Alcocer-García, César Ramírez-Márquez, J. M. Ponce-Ortega

Processes📚 査読済 / ジャーナル2026-03-16#水素Origin: Global
DOI: 10.3390/pr14060946
原典: https://doi.org/10.3390/pr14060946

🤖 gxceed AI 要約

日本語

本研究では、バイオマスガス化と水電解によるグリーン水素製造を、DETLアルゴリズムを用いた多目的最適化とK平均クラスタリングで比較評価。結果、ガス化がエネルギー効率とコストで優位であり、最適構成で水素3625.95 kg/h、消費エネルギー39.63 kWh/kg H2、年間コスト2.45 MUSDを達成。水電解は3156.78 kg/h、68.7 kWh/kg H2、3.72 MUSD/yr。ガス化は柔軟でバランスの取れた解を提供し、持続可能な水素製造経路としての可能性を示す。

English

This study compares green hydrogen production via biomass gasification and water electrolysis using multi-objective optimization (DETL algorithm) and K-means clustering. Gasification outperforms electrolysis: optimal configuration yields 3625.95 kg/h H2 at 39.63 kWh/kg H2 and 2.45 MUSD/yr, versus 3156.78 kg/h at 68.7 kWh/kg and 3.72 MUSD/yr. Gasification offers more balanced, flexible solutions, highlighting its potential for sustainable hydrogen production.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

日本は水素基本戦略でグリーン水素の普及を掲げており、本論文が示す製造ルートの技術経済比較は、国内での最適な水素供給体制の設計に示唆を与える。特にバイオマスの利用は地域分散型エネルギー源としても注目される。

In the global GX context

This paper provides critical techno-economic benchmarks for green hydrogen production, directly informing global efforts to scale up clean hydrogen under cost and efficiency constraints. The comparative framework helps policymakers and investors assess trade-offs between biomass gasification and electrolysis.

👥 読者別の含意

🔬研究者:The study presents a novel multi-objective optimization framework with clustering for hydrogen production route comparison.

🏢実務担当者:Energy engineers can use the cost and efficiency data to evaluate biomass gasification as a competitive green hydrogen production method.

🏛政策担当者:The comparative cost and performance data support hydrogen strategy development and subsidy allocation for production technologies.

📄 抄録（日本語訳）

グリーン水素は産業脱炭素化のための主要なエネルギーキャリアであるが、その大規模展開には、エネルギー的および経済的観点の両方から生産経路の最適化が必要である。本研究では、バイオマスガス化と水電解によるグリーン水素製造を、Differential Evolution Tabu List（DETL）アルゴリズムに基づく多目的最適化フレームワークを用いて比較評価する。最適化は、水素生成量を最大化すると同時に、比エネルギー消費量と年間総コストを最小化し、競合する技術間のトレードオフを明示的に捉える。結果は、バイオマスガス化がエネルギー的および経済的両面で水電解を上回ることを示している。最適なガス化構成は、3625.95 kg/hのH2を比エネルギー消費量39.63 kWh/kg H2、年間総コスト2.45 MUSD/年で達成するのに対し、水電解は3156.78 kg/hのH2を68.7 kWh/kg H2、コスト3.72 MUSD/年で達成する。結果の解釈を支援するため、K-meansクラスタリングが方法論的フレームワークに統合され、パレートフロント内の代表的な領域の特定を可能にする。全体として、バイオマスガス化はよりバランスが取れ柔軟な解を提供し、持続可能な水素製造のための競争力のある経路としての可能性を強調している。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

📄 Abstract（原文）

Green hydrogen is a key energy carrier for industrial decarbonization; however, its large-scale deployment requires the optimization of production routes from both energetic and economic perspectives. In this study, green hydrogen production via biomass gasification and water electrolysis is comparatively evaluated using a multi-objective optimization framework based on the Differential Evolution Tabu List (DETL) algorithm. The optimization simultaneously maximizes hydrogen production while minimizing specific energy consumption and total annualized cost, explicitly capturing the trade-offs between competing technologies. Results indicate that biomass gasification outperforms water electrolysis in both energetic and economic terms. The optimal gasification configuration achieves 3625.95 kg/h of H2 with a specific energy consumption of 39.63 kWh/kg H2 and a total annualized cost of 2.45 MUSD/yr, whereas water electrolysis reaches 3156.78 kg/h of H2 with 68.7 kWh/kg H2 and a cost of 3.72 MUSD/yr. To support the interpretation of results, K-means clustering is integrated into the methodological framework, enabling the identification of representative regions within the Pareto fronts. Overall, biomass gasification provides more balanced and flexible solutions, highlighting its potential as a competitive route for sustainable hydrogen production.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。