তড়িৎ বিশ্লেষণে কী পরিমাণ জল খরচ হয়
প্রথম ধাপ: হাইড্রোজেন উৎপাদন
জলের ব্যবহার দুটি ধাপে হয়ে থাকে: হাইড্রোজেন উৎপাদন এবং এর পূর্ববর্তী পর্যায়ে শক্তি বাহক উৎপাদন। হাইড্রোজেন উৎপাদনের জন্য, প্রতি কিলোগ্রাম হাইড্রোজেনের বিপরীতে তড়িৎবিশ্লেষিত জলের ন্যূনতম ব্যবহার প্রায় ৯ কিলোগ্রাম। তবে, জলের খনিজ অপসারণ প্রক্রিয়াটি বিবেচনায় নিলে, এই অনুপাত প্রতি কিলোগ্রাম হাইড্রোজেনের বিপরীতে ১৮ থেকে ২৪ কিলোগ্রাম জল, এমনকি ২৫.৭ থেকে ৩০.২ কিলোগ্রাম পর্যন্তও হতে পারে।.
বিদ্যমান উৎপাদন প্রক্রিয়ার (মিথেন স্টিম রিফর্মিং) জন্য, সর্বনিম্ন পানি খরচ হলো ৪.৫ কেজি H2O/কেজি H2 (বিক্রিয়ার জন্য প্রয়োজনীয়), যেখানে প্রসেস ওয়াটার এবং কুলিং বিবেচনায় নিলে সর্বনিম্ন পানি খরচ হয় ৬.৪-৩২.২ কেজি H2O/কেজি H2।
ধাপ ২: শক্তির উৎস (নবায়নযোগ্য বিদ্যুৎ বা প্রাকৃতিক গ্যাস)
আরেকটি উপাদান হলো নবায়নযোগ্য বিদ্যুৎ এবং প্রাকৃতিক গ্যাস উৎপাদনে পানির ব্যবহার। ফটোভোল্টাইক বিদ্যুতের জন্য পানির ব্যবহার প্রতি মেগাওয়াট-ঘণ্টায় ৫০-৪০০ লিটার (প্রতি কেজি পানিতে ২.৪-১৯ কেজি পানি) এবং বায়ু বিদ্যুতের জন্য প্রতি মেগাওয়াট-ঘণ্টায় ৫-৪৫ লিটার (প্রতি কেজি পানিতে ০.২-২.১ কেজি পানি) পর্যন্ত হয়ে থাকে। একইভাবে, শেল গ্যাস থেকে গ্যাস উৎপাদন (মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের তথ্যের ভিত্তিতে) প্রতি কেজি পানিতে ১.১৪ কেজি পানি থেকে বাড়িয়ে ৪.৯ কেজি পানি পর্যন্ত করা যেতে পারে।
উপসংহারে বলা যায়, ফটোভোল্টাইক বিদ্যুৎ উৎপাদন এবং বায়ু বিদ্যুৎ উৎপাদন থেকে উৎপন্ন হাইড্রোজেনের জন্য গড় মোট জল খরচ যথাক্রমে প্রায় ৩২ এবং ২২ কেজি H2O/কেজি H2। এই অনিশ্চয়তাগুলো সৌর বিকিরণ, জীবনকাল এবং সিলিকনের পরিমাণ থেকে আসে। এই জল খরচ প্রাকৃতিক গ্যাস থেকে হাইড্রোজেন উৎপাদনের খরচের (৭.৬-৩৭ কেজি H2O/কেজি H2, যার গড় ২২ কেজি H2O/কেজি H2) সমতুল্য।
মোট জল পদচিহ্ন: নবায়নযোগ্য শক্তি ব্যবহার করলে কম হয়
কার্বন ডাই অক্সাইড নির্গমনের মতোই, তড়িৎ বিশ্লেষণ পদ্ধতিতে কম জল ব্যবহারের জন্য নবায়নযোগ্য শক্তির উৎস ব্যবহার করা একটি পূর্বশর্ত। যদি জীবাশ্ম জ্বালানি ব্যবহার করে বিদ্যুতের সামান্য অংশও উৎপাদন করা হয়, তবে তড়িৎ বিশ্লেষণের সময় ব্যবহৃত প্রকৃত জলের চেয়ে বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য জলের ব্যবহার অনেক বেশি হয়।
উদাহরণস্বরূপ, গ্যাস থেকে বিদ্যুৎ উৎপাদনে প্রতি মেগাওয়াট-ঘণ্টা (MWh) বিদ্যুৎ উৎপাদনে ২৫০০ লিটার পর্যন্ত পানি ব্যবহার হতে পারে। জীবাশ্ম জ্বালানির (প্রাকৃতিক গ্যাস) ক্ষেত্রেও এটিই সবচেয়ে ভালো পরিস্থিতি। যদি কয়লা গ্যাসীকরণ বিবেচনা করা হয়, তবে হাইড্রোজেন উৎপাদনে প্রতি কেজি হাইড্রোজেনের জন্য ৩১-৩১.৮ কেজি পানি এবং কয়লা উৎপাদনে প্রতি কেজি হাইড্রোজেনের জন্য ১৪.৭ কেজি পানি খরচ হতে পারে। ফটোভোল্টাইক এবং বায়ু শক্তি থেকে পানি খরচও সময়ের সাথে সাথে কমবে বলে আশা করা হচ্ছে, কারণ উৎপাদন প্রক্রিয়া আরও দক্ষ হয়ে উঠছে এবং স্থাপিত ক্ষমতার প্রতি ইউনিটে শক্তি উৎপাদন বাড়ছে।
২০৫০ সালে মোট পানি ব্যবহার
ভবিষ্যতে বিশ্ব আজকের তুলনায় বহুগুণ বেশি হাইড্রোজেন ব্যবহার করবে বলে আশা করা হচ্ছে। উদাহরণস্বরূপ, IRENA-এর 'ওয়ার্ল্ড এনার্জি ট্রানজিশনস আউটলুক' অনুযায়ী ২০৫০ সালে হাইড্রোজেনের চাহিদা হবে প্রায় ৭৪ ইজে (EJ), যার প্রায় দুই-তৃতীয়াংশ আসবে নবায়নযোগ্য হাইড্রোজেন থেকে। তুলনামূলকভাবে, বর্তমানে (বিশুদ্ধ হাইড্রোজেনের) চাহিদা ৮.৪ ইজে (EJ)।
এমনকি যদি তড়িৎ-বিশ্লেষণ প্রক্রিয়ায় উৎপাদিত হাইড্রোজেন ২০৫০ সালের পুরো সময়ের চাহিদা মেটাতে পারত, তাহলেও প্রায় ২৫ বিলিয়ন ঘনমিটার পানি খরচ হতো। নিচের চিত্রে এই পরিমাণকে মানুষের তৈরি অন্যান্য পানি ব্যবহারের উৎসের সাথে তুলনা করা হয়েছে। কৃষিক্ষেত্রে সর্বাধিক ২৮০ বিলিয়ন ঘনমিটার পানি ব্যবহৃত হয়, যেখানে শিল্পখাতে প্রায় ৮০০ বিলিয়ন ঘনমিটার এবং শহরগুলোতে ৪৭০ বিলিয়ন ঘনমিটার পানি ব্যবহৃত হয়। হাইড্রোজেন উৎপাদনের জন্য প্রাকৃতিক গ্যাস রিফর্মিং এবং কয়লা গ্যাসফিকেশনে বর্তমানে প্রায় ১.৫ বিলিয়ন ঘনমিটার পানি খরচ হয়।
সুতরাং, যদিও ইলেক্ট্রোলাইটিক পথের পরিবর্তন এবং ক্রমবর্ধমান চাহিদার কারণে প্রচুর পরিমাণে জল খরচ হবে বলে আশা করা হচ্ছে, হাইড্রোজেন উৎপাদনে জলের ব্যবহার মানুষের ব্যবহৃত অন্যান্য প্রবাহের তুলনায় অনেক কম হবে। আরেকটি প্রসঙ্গ হলো, মাথাপিছু জল ব্যবহারের পরিমাণ বছরে ৭৫ (লুক্সেমবার্গ) থেকে ১,২০০ (মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র) ঘনমিটারের মধ্যে। গড়ে ৪০০ ঘনমিটার / (মাথাপিছু * বছর) হিসাবে, ২০৫০ সালে মোট হাইড্রোজেন উৎপাদন ৬২ মিলিয়ন জনসংখ্যার একটি দেশের উৎপাদনের সমতুল্য।
পানির দাম কত এবং কী পরিমাণ শক্তি ব্যবহৃত হয়
খরচ
ইলেকট্রোলাইটিক সেলের জন্য উচ্চ মানের জল প্রয়োজন এবং জল পরিশোধন আবশ্যক। নিম্ন মানের জলের কারণে সেল দ্রুত নষ্ট হয় এবং এর আয়ু কমে যায়। অ্যালকালাইন সেলে ব্যবহৃত ডায়াফ্রাম ও অনুঘটকসহ অনেক উপাদান, সেইসাথে পিইএম (PEM)-এর মেমব্রেন এবং ছিদ্রযুক্ত পরিবহন স্তরগুলো, জলে থাকা লোহা, ক্রোমিয়াম, তামা ইত্যাদির মতো অশুদ্ধতার কারণে প্রতিকূলভাবে প্রভাবিত হতে পারে। জলের পরিবাহিতা ১μS/cm-এর কম এবং মোট জৈব কার্বনের পরিমাণ ৫০μg/L-এর কম হওয়া প্রয়োজন।
শক্তি খরচ এবং ব্যয়ের ক্ষেত্রে জলের অংশ তুলনামূলকভাবে কম। উভয় ক্ষেত্রেই সবচেয়ে খারাপ পরিস্থিতি হলো লবণাক্ত পানি পরিশোধন। রিভার্স অসমোসিস হলো লবণাক্ত পানি পরিশোধনের প্রধান প্রযুক্তি, যা বৈশ্বিক ক্ষমতার প্রায় ৭০ শতাংশ পূরণ করে। এই প্রযুক্তির খরচ প্রতি ঘনমিটার/দিনে ১৯০০-২০০০ ডলার এবং এটি শিখতে ১৫% সময় লাগে। এই বিনিয়োগ খরচে, পরিশোধনের খরচ প্রতি ঘনমিটারে প্রায় ১ ডলার, এবং যেসব এলাকায় বিদ্যুতের খরচ কম, সেখানে এই খরচ আরও কম হতে পারে।
এছাড়াও, পরিবহন খরচ প্রতি ঘনমিটারে প্রায় ১-২ ডলার বাড়বে। এমনকি এক্ষেত্রেও, পানি পরিশোধনের খরচ প্রতি কেজি হাইড্রোজেনের জন্য প্রায় ০.০৫ ডলার। তুলনামূলকভাবে বলতে গেলে, ভালো মানের নবায়নযোগ্য উৎস পাওয়া গেলে নবায়নযোগ্য হাইড্রোজেনের খরচ প্রতি কেজি হাইড্রোজেনের জন্য ২-৩ ডলার হতে পারে, যেখানে গড় মানের উৎসের খরচ প্রতি কেজি হাইড্রোজেনের জন্য ৪-৫ ডলার।
সুতরাং এই রক্ষণশীল হিসাব অনুযায়ী, পানির খরচ মোট খরচের ২ শতাংশেরও কম হবে। সমুদ্রের পানি ব্যবহারের মাধ্যমে আহরিত পানির পরিমাণ ২.৫ থেকে ৫ গুণ পর্যন্ত বাড়ানো যেতে পারে (উদ্ধার গুণকের নিরিখে)।
শক্তি খরচ
লবণাক্ত পানি পরিশোধনের শক্তি খরচের দিকে তাকালে দেখা যায়, ইলেকট্রোলাইটিক সেলে প্রয়োজনীয় বিদ্যুতের পরিমাণের তুলনায় এটিও খুবই কম। বর্তমানে চালু থাকা রিভার্স অসমোসিস ইউনিট প্রতি ঘনমিটারে প্রায় ৩.০ কিলোওয়াট শক্তি খরচ করে। এর বিপরীতে, তাপীয় লবণাক্ত পানি পরিশোধন কেন্দ্রগুলিতে শক্তি খরচ অনেক বেশি, যা প্রতি ঘনমিটারে ৪০ থেকে ৮০ কিলোওয়াট-ঘণ্টা পর্যন্ত হয়ে থাকে এবং পরিশোধন প্রযুক্তির উপর নির্ভর করে অতিরিক্ত বিদ্যুতের প্রয়োজন হয় প্রতি ঘনমিটারে ২.৫ থেকে ৫ কিলোওয়াট-ঘণ্টা পর্যন্ত। উদাহরণস্বরূপ, একটি কোজেনারেশন প্ল্যান্টের সবচেয়ে রক্ষণশীল পরিস্থিতি (অর্থাৎ, উচ্চ শক্তি চাহিদা) বিবেচনা করলে, হিট পাম্প ব্যবহারের কথা ধরে নিলে, শক্তির চাহিদা প্রতি কেজি হাইড্রোজেনের জন্য প্রায় ০.৭ কিলোওয়াট-ঘণ্টায় রূপান্তরিত হবে। বিষয়টিকে একটি তুলনামূলক প্রেক্ষাপটে দেখলে, ইলেকট্রোলাইটিক সেলের বিদ্যুতের চাহিদা প্রতি কেজিতে প্রায় ৫০-৫৫ কিলোওয়াট-ঘণ্টা, সুতরাং সবচেয়ে খারাপ পরিস্থিতিতেও, লবণাক্ত পানি পরিশোধনের জন্য শক্তির চাহিদা সিস্টেমে মোট প্রদত্ত শক্তির প্রায় ১%।
লবণাক্ত পানি পরিশোধনের একটি চ্যালেঞ্জ হলো লবণাক্ত পানির নিষ্কাশন, যা স্থানীয় সামুদ্রিক বাস্তুতন্ত্রের উপর প্রভাব ফেলতে পারে। এর পরিবেশগত প্রভাব কমাতে এই লবণাক্ত পানিকে আরও পরিশোধন করা যেতে পারে, যার ফলে পানির খরচের সাথে প্রতি ঘনমিটারে আরও ০.৬-২.৪০ ডলার যোগ হয়। এছাড়াও, ইলেক্ট্রোলাইটিক পানির গুণমান পানীয় জলের চেয়ে বেশি কঠোর এবং এর ফলে পরিশোধন খরচ বেশি হতে পারে, তবে বিদ্যুৎ খরচের তুলনায় এই খরচ নগণ্য হবে বলেই আশা করা যায়।
হাইড্রোজেন উৎপাদনের জন্য ব্যবহৃত ইলেক্ট্রোলাইটিক জলের ওয়াটার ফুটপ্রিন্ট একটি অত্যন্ত নির্দিষ্ট স্থান-ভিত্তিক মাপকাঠি, যা স্থানীয় জলের প্রাপ্যতা, ব্যবহার, অবক্ষয় এবং দূষণের উপর নির্ভর করে। বাস্তুতন্ত্রের ভারসাম্য এবং দীর্ঘমেয়াদী জলবায়ু প্রবণতার প্রভাব বিবেচনা করা উচিত। নবায়নযোগ্য হাইড্রোজেনের উৎপাদন প্রসারের ক্ষেত্রে জলের ব্যবহার একটি প্রধান বাধা হবে।
পোস্ট করার সময়: ০৮-মার্চ-২০২৩