Elektroliz nə qədər su sərf edir
Birinci addım: Hidrogen istehsalı
Su sərfi iki mərhələdən ibarətdir: hidrogen istehsalı və yuxarı axın enerji daşıyıcılarının istehsalı. Hidrogen istehsalı üçün elektroliz edilmiş suyun minimum sərfi hər kiloqram hidrogen üçün təxminən 9 kiloqram su təşkil edir. Lakin suyun demineralizasiya prosesi nəzərə alınmaqla, bu nisbət hər kiloqram hidrogen üçün 18 ilə 24 kiloqram su arasında, hətta 25,7 ilə 30,2-yə qədər dəyişə bilər..
Mövcud istehsal prosesi (metan buxarı ilə islahat) üçün minimum su sərfi 4,5 kqH2O/kqH2 (reaksiya üçün tələb olunur), proses suyu və soyutma nəzərə alınmaqla minimum su sərfi 6,4-32,2 kqH2O/kqH2-dir.
Addım 2: Enerji mənbələri (bərpa olunan elektrik enerjisi və ya təbii qaz)
Digər bir komponent bərpa olunan elektrik enerjisi və təbii qaz istehsalı üçün su sərfiyyatıdır. Fotovoltaik enerjinin su sərfiyyatı 50-400 litr/MVt/saat (2.4-19 kqH2O/kqH2), külək enerjisinin isə 5-45 litr/MVt/saat (0.2-2.1 kqH2O/kqH2) arasında dəyişir. Eynilə, şist qazından qaz hasilatı (ABŞ məlumatlarına əsasən) 1.14 kqH2O/kqH2-dən 4.9 kqH2O/kqH2-yə qədər artırıla bilər.
Nəticə olaraq, fotovoltaik və külək enerjisi istehsalı ilə istehsal olunan hidrogenin orta ümumi su sərfi müvafiq olaraq təxminən 32 və 22 kqH2O/kqH2-dir. Qeyri-müəyyənliklər günəş radiasiyasından, ömründən və silikon tərkibindən irəli gəlir. Bu su sərfi təbii qazdan hidrogen istehsalı ilə eyni dərəcədədir (7,6-37 kqh2o/kqH2, orta hesabla 22 kqH2O/kqH2).
Ümumi su izi: Bərpa olunan enerjidən istifadə edərkən daha aşağı
CO2 emissiyalarına bənzər şəkildə, elektrolitik marşrutlar üçün aşağı su izi üçün ilkin şərt bərpa olunan enerji mənbələrindən istifadədir. Elektrik enerjisinin yalnız kiçik bir hissəsi qalıq yanacaqlardan istifadə edilərək istehsal olunursa, elektrik enerjisi ilə əlaqəli su sərfi elektroliz zamanı faktiki istehlak edilən sudan daha yüksəkdir.
Məsələn, qaz enerjisi istehsalı 2500 litr/MVt/saata qədər su istifadə edə bilər. Bu, həmçinin qalıq yanacaqlar (təbii qaz) üçün ən yaxşı haldır. Kömürün qazlaşdırılması nəzərə alınarsa, hidrogen istehsalı 31-31,8 kqH2O/kqH2, kömür istehsalı isə 14,7 kqH2O/kqH2 istehlak edə bilər. İstehsal prosesləri daha səmərəli hala gəldikcə və quraşdırılmış gücün vahidinə düşən enerji çıxışı yaxşılaşdıqca fotovoltaiklərdən və küləkdən su istehlakının da zamanla azalacağı gözlənilir.
2050-ci ildə ümumi su istehlakı
Dünyanın gələcəkdə bu günkündən dəfələrlə çox hidrogen istifadə edəcəyi gözlənilir. Məsələn, IRENA-nın Dünya Enerji Keçidlərinin Perspektivinə əsasən, 2050-ci ildə hidrogen tələbatı təxminən 74 EJ olacaq ki, bunun da təxminən üçdə ikisi bərpa olunan hidrogendən gələcək. Müqayisə üçün, bu gün (təmiz hidrogen) 8,4 EJ-dir.
Elektrolitik hidrogen 2050-ci il ərzində hidrogen tələbatını ödəyə bilsə belə, su istehlakı təxminən 25 milyard kubmetr olardı. Aşağıdakı rəqəm bu rəqəmi digər süni su istehlak axınları ilə müqayisə edir. Kənd təsərrüfatı ən çox 280 milyard kubmetr su istifadə edir, sənaye isə təxminən 800 milyard kubmetr, şəhərlər isə 470 milyard kubmetr su istifadə edir. Hidrogen istehsalı üçün təbii qaz islahatının və kömür qazlaşdırmasının hazırkı su istehlakı təxminən 1,5 milyard kubmetrdir.
Beləliklə, elektrolit yollarındakı dəyişikliklər və artan tələbat səbəbindən çox miqdarda su istehlak ediləcəyi gözlənilsə də, hidrogen istehsalından əldə edilən su istehlakı insanların istifadə etdiyi digər axınlardan daha az olacaq. Digər bir istinad nöqtəsi isə adambaşına su istehlakının ildə 75 (Lüksemburq) ilə 1200 (ABŞ) kubmetr arasında olmasıdır. Orta hesabla 400 m3 / (adambaşına * ildə) ilə 2050-ci ildə ümumi hidrogen istehsalı 62 milyon əhalisi olan bir ölkənin istehsalına bərabərdir.
Suyun qiyməti nə qədərdir və nə qədər enerji istifadə olunur
xərc
Elektrolitik elementlər yüksək keyfiyyətli su tələb edir və suyun təmizlənməsini tələb edir. Daha aşağı keyfiyyətli su daha sürətli parçalanmaya və ömrünün qısalmasına səbəb olur. Qələvilərdə istifadə olunan diafraqmalar və katalizatorlar, eləcə də PEM-in membranları və məsaməli daşıyıcı təbəqələri daxil olmaqla bir çox element dəmir, xrom, mis və s. kimi su çirklərindən mənfi təsirlənə bilər. Su keçiriciliyinin 1μS/sm3-dən az, ümumi üzvi karbonun isə 50μg/L-dən az olması tələb olunur.
Su enerji istehlakının və xərclərinin nisbətən az bir hissəsini təşkil edir. Hər iki parametr üçün ən pis ssenari duzsuzlaşdırmadır. Əks osmoz duzsuzlaşdırma üçün əsas texnologiyadır və qlobal tutumun təxminən 70 faizini təşkil edir. Texnologiyanın qiyməti 1900-2000 dollar/m³/gün və öyrənmə əyrisi nisbəti 15% -dir. Bu investisiya xərci ilə emal dəyəri təxminən 1 dollar/m³-dir və elektrik enerjisi xərclərinin aşağı olduğu ərazilərdə daha aşağı ola bilər.
Bundan əlavə, çatdırılma xərcləri hər m³ üçün təxminən 1-2 dollar artacaq. Hətta bu halda belə, suyun təmizlənməsi xərcləri təxminən 0,05 dollar/kqH2 təşkil edir. Bunu perspektivə qoymaq üçün, yaxşı bərpa olunan resurslar mövcud olduqda bərpa olunan hidrogenin dəyəri 2-3 dollar/kqH2 ola bilər, orta resursun dəyəri isə 4-5 dollar/kqH2-dir.
Beləliklə, bu mühafizəkar ssenaridə suyun qiyməti ümumi dəyərin 2 faizindən az olardı. Dəniz suyundan istifadə bərpa olunan suyun miqdarını (bərpa əmsalı baxımından) 2,5-5 dəfə artıra bilər.
Enerji istehlakı
Duzsuzlaşdırmanın enerji istehlakına baxdıqda, bu, elektrolitik elementin daxil edilməsi üçün lazım olan elektrik enerjisi miqdarı ilə müqayisədə çox azdır. Hazırda işləyən tərs osmos qurğusu təxminən 3,0 kVt/m3 enerji sərf edir. Bunun əksinə olaraq, termal duzsuzlaşdırma qurğularının enerji istehlakı daha yüksəkdir, 40-80 kVt/m3 arasında dəyişir, əlavə enerji tələbləri isə duzsuzlaşdırma texnologiyasından asılı olaraq 2,5-5 kVt/m3 arasında dəyişir. Kogenerasiya qurğusunun mühafizəkar halını (yəni daha yüksək enerji tələbatı) nümunə götürsək, istilik nasosunun istifadəsini fərz etsək, enerji tələbatı təxminən 0,7 kVt/kq hidrogenə çevriləcək. Bunu perspektivə qoymaq üçün elektrolitik elementin elektrik tələbatı təxminən 50-55 kVt/kq-dır, buna görə də ən pis ssenaridə belə, duzsuzlaşdırma üçün enerji tələbatı sistemə daxil olan ümumi enerjinin təxminən 1%-ni təşkil edir.
Duzsuzlaşdırmanın çətinliklərindən biri yerli dəniz ekosistemlərinə təsir göstərə bilən duzlu suyun atılmasıdır. Bu duzlu su ətraf mühitə təsirini azaltmaq üçün əlavə emal edilə bilər və beləliklə, suyun dəyərinə daha 0,6-2,40 dollar/m³ əlavə olunur. Bundan əlavə, elektrolitik suyun keyfiyyəti içməli sudan daha sərtdir və daha yüksək təmizləmə xərclərinə səbəb ola bilər, lakin bunun enerji sərfiyyatı ilə müqayisədə hələ də az olacağı gözlənilir.
Hidrogen istehsalı üçün elektrolitik suyun su izi yerli suyun mövcudluğundan, istehlakından, deqradasiyasından və çirklənməsindən asılı olan çox spesifik bir yer parametridir. Ekosistemlərin tarazlığı və uzunmüddətli iqlim tendensiyalarının təsiri nəzərə alınmalıdır. Su istehlakı bərpa olunan hidrogenin miqyasının artırılmasında əsas maneə olacaq.
Yazı vaxtı: 08 Mart 2023