Faint o ddŵr sy'n cael ei ddefnyddio gan electrolysis
Cam un: Cynhyrchu hydrogen
Daw'r defnydd o ddŵr o ddau gam: cynhyrchu hydrogen a chynhyrchu cludwr ynni i fyny'r afon. Ar gyfer cynhyrchu hydrogen, y defnydd lleiaf o ddŵr wedi'i electrolysu yw tua 9 cilogram o ddŵr fesul cilogram o hydrogen. Fodd bynnag, gan ystyried y broses dadfwyno dŵr, gall y gymhareb hon amrywio o 18 i 24 cilogram o ddŵr fesul cilogram o hydrogen, neu hyd yn oed mor uchel â 25.7 i 30.2..
Ar gyfer y broses gynhyrchu bresennol (diwygio stêm methan), y defnydd dŵr lleiaf yw 4.5kgH2O/kgH2 (angenrheidiol ar gyfer adwaith), gan ystyried dŵr prosesu ac oeri, y defnydd dŵr lleiaf yw 6.4-32.2kgH2O/kgH2.
Cam 2: Ffynonellau ynni (trydan adnewyddadwy neu nwy naturiol)
Elfen arall yw'r defnydd o ddŵr i gynhyrchu trydan adnewyddadwy a nwy naturiol. Mae'r defnydd o ddŵr ar gyfer pŵer ffotofoltäig yn amrywio rhwng 50-400 litr /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) a'r defnydd o ddŵr ar gyfer pŵer gwynt rhwng 5-45 litr /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2). Yn yr un modd, gellir cynyddu cynhyrchiad nwy o nwy siâl (yn seiliedig ar ddata'r Unol Daleithiau) o 1.14kgH2O/kgH2 i 4.9kgH2O/kgH2.
I gloi, mae cyfanswm y defnydd dŵr cyfartalog o hydrogen a gynhyrchir gan gynhyrchu pŵer ffotofoltäig a chynhyrchu pŵer gwynt tua 32 a 22kgH2O/kgH2, yn y drefn honno. Daw'r ansicrwydd o ymbelydredd solar, oes a chynnwys silicon. Mae'r defnydd dŵr hwn ar yr un maint â chynhyrchu hydrogen o nwy naturiol (7.6-37 kgh2o /kgH2, gyda chyfartaledd o 22kgH2O/kgH2).
Cyfanswm ôl troed dŵr: Is wrth ddefnyddio ynni adnewyddadwy
Yn debyg i allyriadau CO2, rhagofyniad ar gyfer ôl troed dŵr isel ar gyfer llwybrau electrolytig yw defnyddio ffynonellau ynni adnewyddadwy. Os mai dim ond cyfran fach o'r trydan sy'n cael ei gynhyrchu gan ddefnyddio tanwydd ffosil, mae'r defnydd o ddŵr sy'n gysylltiedig â thrydan yn llawer uwch na'r dŵr gwirioneddol a ddefnyddir yn ystod electrolysis.
Er enghraifft, gall cynhyrchu pŵer nwy ddefnyddio hyd at 2,500 litr /MWh o ddŵr. Dyma hefyd yr achos gorau ar gyfer tanwydd ffosil (nwy naturiol). Os ystyrir nwyeiddio glo, gall cynhyrchu hydrogen ddefnyddio 31-31.8kgH2O/kgH2 a gall cynhyrchu glo ddefnyddio 14.7kgH2O/kgH2. Disgwylir hefyd i'r defnydd o ddŵr o ffotofoltäig a gwynt leihau dros amser wrth i brosesau gweithgynhyrchu ddod yn fwy effeithlon ac wrth i allbwn ynni fesul uned o gapasiti wedi'i osod wella.
Cyfanswm y defnydd o ddŵr yn 2050
Disgwylir i'r byd ddefnyddio llawer mwy o hydrogen yn y dyfodol nag y mae heddiw. Er enghraifft, mae Rhagolwg Pontio Ynni'r Byd IRENA yn amcangyfrif y bydd y galw am hydrogen yn 2050 tua 74EJ, a bydd tua dwy ran o dair ohono'n dod o hydrogen adnewyddadwy. Mewn cymhariaeth, heddiw (hydrogen pur) yw 8.4EJ.
Hyd yn oed pe bai hydrogen electrolytig yn gallu diwallu'r galw am hydrogen am 2050 cyfan, byddai'r defnydd o ddŵr tua 25 biliwn metr ciwbig. Mae'r ffigur isod yn cymharu'r ffigur hwn â ffrydiau defnydd dŵr eraill a wnaed gan ddyn. Amaethyddiaeth sy'n defnyddio'r swm mwyaf o 280 biliwn metr ciwbig o ddŵr, tra bod diwydiant yn defnyddio bron i 800 biliwn metr ciwbig a dinasoedd yn defnyddio 470 biliwn metr ciwbig. Y defnydd dŵr cyfredol ar gyfer diwygio nwy naturiol a nwyeiddio glo ar gyfer cynhyrchu hydrogen yw tua 1.5 biliwn metr ciwbig.
Felly, er bod disgwyl i symiau mawr o ddŵr gael eu defnyddio oherwydd newidiadau mewn llwybrau electrolytig a galw cynyddol, bydd y defnydd o ddŵr o gynhyrchu hydrogen yn dal i fod yn llawer llai na llifau eraill a ddefnyddir gan fodau dynol. Pwynt cyfeirio arall yw bod y defnydd o ddŵr y pen rhwng 75 (Lwcsembwrg) a 1,200 (UDA) metr ciwbig y flwyddyn. Ar gyfartaledd o 400 m3 / (y pen * blwyddyn), mae cyfanswm y cynhyrchiad hydrogen yn 2050 yn cyfateb i gynhyrchiad gwlad o 62 miliwn o bobl.
Faint mae dŵr yn ei gostio a faint o ynni sy'n cael ei ddefnyddio
cost
Mae angen dŵr o ansawdd uchel ar gelloedd electrolytig ac mae angen trin dŵr arnynt. Mae dŵr o ansawdd is yn arwain at ddiraddio cyflymach a bywyd byrrach. Gall llawer o elfennau, gan gynnwys diafframau a chatalyddion a ddefnyddir mewn alcalïau, yn ogystal â philenni a haenau cludo mandyllog PEM, gael eu heffeithio'n andwyol gan amhureddau dŵr fel haearn, cromiwm, copr, ac ati. Mae'n ofynnol i ddargludedd dŵr fod yn llai nag 1μS/cm a chyfanswm y carbon organig yn llai na 50μg/L.
Mae dŵr yn cyfrif am gyfran gymharol fach o'r defnydd o ynni a'r costau. Y senario gwaethaf ar gyfer y ddau baramedr yw dadhalltu. Osmosis gwrthdro yw'r brif dechnoleg ar gyfer dadhalltu, gan gyfrif am bron i 70 y cant o gapasiti byd-eang. Mae'r dechnoleg yn costio $1900-$2000 / m³/d ac mae ganddi gyfradd gromlin ddysgu o 15%. Ar y gost fuddsoddi hon, mae'r gost trin tua $1 /m³, a gall fod yn is mewn ardaloedd lle mae costau trydan yn isel.
Yn ogystal, bydd costau cludo yn cynyddu tua $1-2 y m³. Hyd yn oed yn yr achos hwn, mae costau trin dŵr tua $0.05 /kgH2. I roi hyn mewn persbectif, gall cost hydrogen adnewyddadwy fod yn $2-3 /kgH2 os oes adnoddau adnewyddadwy da ar gael, tra bod cost yr adnodd cyfartalog yn $4-5 /kgH2.
Felly yn y senario ceidwadol hwn, byddai dŵr yn costio llai na 2 y cant o'r cyfanswm. Gall defnyddio dŵr y môr gynyddu faint o ddŵr a adferir 2.5 i 5 gwaith (o ran ffactor adfer).
Defnydd ynni
Wrth edrych ar y defnydd o ynni ar gyfer dadhalltu, mae hefyd yn fach iawn o'i gymharu â faint o drydan sydd ei angen i fewnbynnu'r gell electrolytig. Mae'r uned osmosis gwrthdro sy'n gweithredu ar hyn o bryd yn defnyddio tua 3.0 kW/m3. Mewn cyferbyniad, mae gan blanhigion dadhalltu thermol ddefnydd ynni llawer uwch, yn amrywio o 40 i 80 KWH/m3, gyda gofynion pŵer ychwanegol yn amrywio o 2.5 i 5 KWH/m3, yn dibynnu ar y dechnoleg dadhalltu. Gan gymryd yr achos ceidwadol (h.y. galw am ynni uwch) o blanhigyn cydgynhyrchu fel enghraifft, gan dybio defnyddio pwmp gwres, byddai'r galw am ynni yn cael ei drawsnewid i tua 0.7kWh/kg o hydrogen. I roi hyn mewn persbectif, mae galw am drydan y gell electrolytig tua 50-55kWh/kg, felly hyd yn oed yn y senario gwaethaf, mae'r galw am ynni ar gyfer dadhalltu tua 1% o gyfanswm y mewnbwn ynni i'r system.
Un her o ddadhalltu yw gwaredu dŵr halen, a all gael effaith ar ecosystemau morol lleol. Gellir trin y dŵr hallt hwn ymhellach i leihau ei effaith amgylcheddol, gan ychwanegu $0.6-2.40 /m³ arall at gost dŵr. Yn ogystal, mae ansawdd dŵr electrolytig yn fwy llym na dŵr yfed a gall arwain at gostau trin uwch, ond disgwylir i hyn fod yn fach o hyd o'i gymharu â'r mewnbwn pŵer.
Mae ôl troed dŵr dŵr electrolytig ar gyfer cynhyrchu hydrogen yn baramedr lleoliad penodol iawn sy'n dibynnu ar argaeledd, defnydd, diraddio a llygredd dŵr lleol. Dylid ystyried cydbwysedd ecosystemau ac effaith tueddiadau hinsawdd hirdymor. Bydd y defnydd o ddŵr yn rhwystr mawr i gynyddu hydrogen adnewyddadwy.
Amser postio: Mawrth-08-2023