Pila ka tubig ang makonsumo sa electrolysis?

Pila ka tubig ang gikonsumo sa electrolysis

Lakang 1: Paggama sa Hydrogen

Ang konsumo sa tubig naggikan sa duha ka lakang: produksiyon sa hydrogen ug produksiyon sa upstream energy carrier. Para sa produksiyon sa hydrogen, ang minimum nga konsumo sa electrolyzed water kay gibana-bana nga 9 ka kilo nga tubig kada kilo nga hydrogen. Apan, kon tagdon ang proseso sa demineralization sa tubig, kini nga ratio mahimong gikan sa 18 ngadto sa 24 ka kilo nga tubig kada kilo nga hydrogen, o bisan hangtod sa 25.7 ngadto sa 30.2..

 

Alang sa kasamtangang proseso sa produksiyon (methane steam reforming), ang minimum nga konsumo sa tubig kay 4.5kgH2O/kgH2 (gikinahanglan para sa reaksyon), kon tagdon ang tubig sa proseso ug ang pagpabugnaw, ang minimum nga konsumo sa tubig kay 6.4-32.2kgH2O/kgH2.

 

Lakang 2: Mga tinubdan sa enerhiya (mabag-o nga kuryente o natural nga gas)

Laing sangkap mao ang konsumo sa tubig aron makahimo og renewable nga kuryente ug natural gas. Ang konsumo sa tubig sa photovoltaic power nagkalainlain tali sa 50-400 ka litro /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) ug sa wind power tali sa 5-45 ka litro /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2). Sa susama, ang produksiyon sa gas gikan sa shale gas (base sa datos sa US) mahimong madugangan gikan sa 1.14kgH2O/kgH2 ngadto sa 4.9kgH2O/kgH2.

 

Sa konklusyon, ang aberids nga kinatibuk-ang konsumo sa tubig sa hydrogen nga namugna sa photovoltaic power generation ug wind power generation mga 32 ug 22kgH2O/kgH2, matag usa. Ang mga kawalay kasiguroan naggikan sa solar radiation, lifetime ug silicon content. Kini nga konsumo sa tubig parehas og gidak-on sa produksiyon sa hydrogen gikan sa natural gas (7.6-37 kgh2o/kgH2, nga adunay aberids nga 22kgH2O/kgH2).

 

Kinatibuk-ang tunob sa tubig: Mas ubos kon mogamit og renewable energy

Sama sa mga emisyon sa CO2, ang usa ka kinahanglanon para sa ubos nga water footprint para sa mga ruta sa electrolytic mao ang paggamit sa renewable energy sources. Kon gamay ra nga bahin sa kuryente ang mamugna gamit ang fossil fuels, ang konsumo sa tubig nga nalangkit sa kuryente mas taas kay sa aktuwal nga tubig nga nakonsumo atol sa electrolysis.

 

Pananglitan, ang pagmugna og kuryente gikan sa gas makagamit og hangtod sa 2,500 ka litro/MWh nga tubig. Kini usab ang pinakamaayong kaso para sa mga fossil fuel (natural gas). Kon hunahunaon ang coal gasification, ang produksiyon sa hydrogen makakonsumo og 31-31.8kgH2O/kgH2 ug ang produksiyon sa coal makakonsumo og 14.7kgH2O/kgH2. Ang konsumo sa tubig gikan sa photovoltaics ug hangin gilauman usab nga mokunhod sa paglabay sa panahon samtang ang mga proseso sa paggama mahimong mas episyente ug ang output sa enerhiya kada yunit sa naka-install nga kapasidad mouswag.

 

Kinatibuk-ang konsumo sa tubig sa 2050

Ang kalibutan gilauman nga mogamit ug mas daghang hydrogen sa umaabot kaysa karon. Pananglitan, ang World Energy Transitions Outlook sa IRENA nagbanabana nga ang panginahanglan sa hydrogen sa 2050 moabot ug mga 74EJ, diin mga dos-tersiya niini maggikan sa renewable hydrogen. Sa pagtandi, karon (puro nga hydrogen) kay 8.4EJ.

 

Bisan kon ang electrolytic hydrogen makatubag sa panginahanglan sa hydrogen sa tibuok tuig 2050, ang konsumo sa tubig moabot og mga 25 bilyon cubic meters. Ang hulagway sa ubos nagtandi niini nga numero sa ubang hinimo sa tawo nga mga sapa sa konsumo sa tubig. Ang agrikultura naggamit sa pinakadako nga kantidad nga 280 bilyon cubic meters nga tubig, samtang ang industriya naggamit og hapit 800 bilyon cubic meters ug ang mga siyudad naggamit og 470 bilyon cubic meters. Ang kasamtangang konsumo sa tubig sa natural gas reforming ug coal gasification para sa produksiyon sa hydrogen mga 1.5 bilyon cubic meters.

Busa, bisan tuod daghang tubig ang gilauman nga makonsumo tungod sa mga pagbag-o sa mga electrolytic pathway ug nagkadako nga panginahanglan, ang konsumo sa tubig gikan sa produksiyon sa hydrogen mas gamay gihapon kay sa ubang mga agos nga gigamit sa mga tawo. Laing punto sa pakisayran mao nga ang konsumo sa tubig kada tawo tali sa 75 (Luxembourg) ug 1,200 (US) cubic meters kada tuig. Sa aberids nga 400 m3 / (per capita * year), ang kinatibuk-ang produksiyon sa hydrogen sa 2050 katumbas sa usa ka nasud nga adunay 62 milyon nga mga tawo.

 

Pila ang gasto sa tubig ug pila ka enerhiya ang gigamit

 

gasto

Ang mga electrolytic cell nanginahanglan og taas nga kalidad nga tubig ug nanginahanglan og pagtambal sa tubig. Ang ubos nga kalidad nga tubig mosangpot sa mas paspas nga pagkadaot ug mas mubo nga kinabuhi. Daghang mga elemento, lakip ang mga diaphragm ug catalyst nga gigamit sa mga alkaline, ingon man ang mga lamad ug porous transport layer sa PEM, mahimong maapektuhan sa mga hugaw sa tubig sama sa iron, chromium, copper, ug uban pa. Ang conductivity sa tubig kinahanglan nga ubos sa 1μS/cm ug ang total organic carbon ubos sa 50μg/L.

 

Ang tubig gamay ra kaayo nga bahin sa konsumo ug gasto sa enerhiya. Ang pinakagrabe nga senaryo alang sa duha ka parametro mao ang desalination. Ang reverse osmosis mao ang pangunang teknolohiya alang sa desalination, nga nagkantidad og hapit 70 porsyento sa kapasidad sa tibuok kalibutan. Ang teknolohiya nagkantidad og $1900- $2000 / m³/d ug adunay learning curve rate nga 15%. Niini nga gasto sa pamuhunan, ang gasto sa pagtambal mga $1 /m³, ug mahimong mas ubos sa mga lugar diin ubos ang gasto sa kuryente.

 

Dugang pa, ang gasto sa pagpadala mosaka og mga $1-2 kada m³. Bisan niini nga kaso, ang gasto sa pagtambal sa tubig mga $0.05 /kgH2. Aron masabtan kini, ang gasto sa renewable hydrogen mahimong $2-3 /kgH2 kung adunay maayo ug renewable resources nga magamit, samtang ang gasto sa aberids nga kahinguhaan kay $4-5 /kgH2.

 

Busa niining konserbatibo nga senaryo, ang tubig mogasto og ubos sa 2 porsyento sa kinatibuk-an. Ang paggamit sa tubig sa dagat makadugang sa gidaghanon sa tubig nga makuha og 2.5 ngadto sa 5 ka pilo (sa termino sa recovery factor).

 

Konsumo sa enerhiya

Kon tan-awon ang konsumo sa enerhiya sa desalination, gamay ra usab kini kon itandi sa gidaghanon sa kuryente nga gikinahanglan aron masulod ang electrolytic cell. Ang kasamtangang naglihok nga reverse osmosis unit mokonsumo og mga 3.0 kW/m3. Sa kasukwahi, ang mga thermal desalination plant adunay mas taas nga konsumo sa enerhiya, gikan sa 40 hangtod 80 KWH/m3, nga adunay dugang nga kinahanglanon sa kuryente gikan sa 2.5 hangtod 5 KWH/m3, depende sa teknolohiya sa desalination. Kon atong tan-awon ang konserbatibo nga kaso (ie mas taas nga panginahanglan sa enerhiya) sa usa ka cogeneration plant isip pananglitan, kon gamiton ang heat pump, ang panginahanglan sa enerhiya makabig ngadto sa mga 0.7kWh/kg nga hydrogen. Aron masabtan kini, ang panginahanglan sa kuryente sa electrolytic cell mga 50-55kWh/kg, busa bisan sa pinakagrabe nga senaryo, ang panginahanglan sa enerhiya alang sa desalination mga 1% sa kinatibuk-ang input sa enerhiya sa sistema.

 

Usa ka hagit sa desalination mao ang paglabay sa tubig nga parat, nga mahimong makaapekto sa lokal nga ekosistema sa kadagatan. Kini nga brine mahimong dugang nga matambalan aron makunhuran ang epekto niini sa kalikopan, sa ingon makadugang ug laing $0.6-2.40/m³ sa gasto sa tubig. Dugang pa, ang kalidad sa electrolytic water mas estrikto kaysa sa tubig nga mainom ug mahimong moresulta sa mas taas nga gasto sa pagtambal, apan gilauman gihapon nga gamay kini kon itandi sa power input.

Ang water footprint sa electrolytic water para sa produksiyon sa hydrogen usa ka espesipikong parametro sa lokasyon nga nagdepende sa lokal nga pagkaanaa sa tubig, konsumo, pagkadaot, ug polusyon. Ang balanse sa mga ekosistema ug ang epekto sa dugay nga mga uso sa klima kinahanglan nga tagdon. Ang konsumo sa tubig mahimong usa ka dakong babag sa pagpadako sa renewable hydrogen.