Zenbat ur kontsumitzen da elektrolisiaren bidez
Lehen urratsa: Hidrogenoaren ekoizpena
Uraren kontsumoa bi urratsetatik dator: hidrogenoaren ekoizpena eta energia-eramailearen ekoizpena. Hidrogenoaren ekoizpenerako, elektrolizatutako uraren gutxieneko kontsumoa gutxi gorabehera 9 kilogramo ur da hidrogeno kilogramo bakoitzeko. Hala ere, uraren desmineralizazio-prozesua kontuan hartuta, proportzio hori 18 eta 24 kilogramo ur artekoa izan daiteke hidrogeno kilogramo bakoitzeko, edo 25,7 eta 30,2 artekoa ere izan daiteke..
Dauden ekoizpen-prozesurako (metano-lurrun bidezko erreforma), gutxieneko ur-kontsumoa 4,5 kgH2O/kgH2 da (erreakziorako beharrezkoa), prozesuko ura eta hoztea kontuan hartuta, gutxieneko ur-kontsumoa 6,4-32,2 kgH2O/kgH2 da.
2. urratsa: Energia iturriak (elektrizitate berriztagarria edo gas naturala)
Beste osagai bat uraren kontsumoa da elektrizitate berriztagarria eta gas naturala ekoizteko. Energia fotovoltaikoaren ur-kontsumoa 50-400 litro/MWh (2,4-19 kgH2O/kgH2) artekoa da, eta haize-energiarena, berriz, 5-45 litro/MWh (0,2-2,1 kgH2O/kgH2). Era berean, eskisto-gasetik lortutako gas-ekoizpena (AEBetako datuetan oinarrituta) 1,14 kgH2O/kgH2-tik 4,9 kgH2O/kgH2-ra handitu daiteke.
Ondorioz, energia fotovoltaikoaren sorkuntzak eta energia eolikoaren sorkuntzak sortutako hidrogenoaren batez besteko ur-kontsumo osoa 32 eta 22 kgH2O/kgH2 ingurukoa da, hurrenez hurren. Ziurgabetasunak eguzki-erradiaziotik, bizitza-iraupenean eta silizio-edukietan daude. Ur-kontsumo hau gas naturaletik hidrogenoa ekoiztearen magnitude-ordena berekoa da (7,6-37 kgh2o/kgH2, batez beste 22 kgH2O/kgH2-rekin).
Ur-aztarna osoa: txikiagoa energia berriztagarria erabiltzean
CO2 isurien antzera, ibilbide elektrolitikoetan ur-aztarna txikia izateko aurrebaldintza energia berriztagarrien iturriak erabiltzea da. Elektrizitatearen zati txiki bat bakarrik sortzen bada erregai fosilak erabiliz, elektrizitatearekin lotutako ur-kontsumoa elektrolisian zehar kontsumitzen den benetako ura baino askoz handiagoa da.
Adibidez, gas bidezko energia sortzeko, 2.500 litro/MWh ur erabil daitezke. Erregai fosilen (gas naturala) kasuan ere kasurik onena da. Ikatzaren gasifikazioa kontuan hartzen bada, hidrogenoaren ekoizpenak 31-31,8 kgH2O/kgH2 kontsumitu ditzake eta ikatzaren ekoizpenak 14,7 kgH2O/kgH2. Energia fotovoltaikotik eta haizetik datorren uraren kontsumoa ere gutxitzea espero da denborarekin, fabrikazio-prozesuak eraginkorragoak bihurtzen diren heinean eta instalatutako ahalmen-unitateko energia-irteera hobetzen den heinean.
Ur-kontsumo osoa 2050ean
Munduak etorkizunean gaur egun baino askoz hidrogeno gehiago erabiliko duela aurreikusten da. Adibidez, IRENAren World Energy Transitions Outlook txostenak kalkulatzen du 2050ean hidrogeno eskaria 74 EJ ingurukoa izango dela, eta horietatik bi heren inguru hidrogeno berriztagarritik etorriko direla. Alderatuz gero, gaur egun (hidrogeno purua) 8,4 EJ da.
Hidrogeno elektrolitikoak 2050. urte osorako hidrogeno eskaria asetzeko aukera izango balu ere, uraren kontsumoa 25.000 milioi metro kubiko ingurukoa izango litzateke. Beheko irudiak zifra hau gizakiak sortutako beste ur kontsumo-iturri batzuekin alderatzen du. Nekazaritzak erabiltzen du ur kopuru handiena, 280.000 milioi metro kubiko, industriak ia 800.000 milioi metro kubiko eta hiriek 470.000 milioi metro kubiko. Hidrogenoa ekoizteko gas naturalaren erreformaren eta ikatzaren gasifikazioaren egungo ur-kontsumoa 1.500 milioi metro kubiko ingurukoa da.
Beraz, ur kantitate handiak kontsumitzea espero den arren bide elektrolitikoetan izandako aldaketen eta eskariaren hazkundearen ondorioz, hidrogenoaren ekoizpenetik eratorritako ur-kontsumoa gizakiek erabiltzen dituzten beste emari batzuk baino askoz txikiagoa izango da oraindik. Beste erreferentzia-puntu bat da per capita ur-kontsumoa urtean 75 (Luxenburgo) eta 1.200 (AEB) metro kubiko artekoa dela. Batez beste 400 m3 / (per capita * urte) izanik, 2050ean hidrogenoaren ekoizpen osoa 62 milioi biztanleko herrialde batenaren baliokidea izango da.
Zenbat balio du urak eta zenbat energia erabiltzen den
kostua
Zelula elektrolitikoek kalitate handiko ura behar dute eta uraren tratamendua behar dute. Kalitate baxuko urak degradazio azkarragoa eta bizitza laburragoa dakar. Elementu asko, besteak beste, alkalinoetan erabiltzen diren diafragmak eta katalizatzaileak, baita PEM-en mintzak eta garraio-geruza porotsuak ere, kaltegarriak izan daitezke uraren ezpurutasunen ondorioz, hala nola burdina, kromoa, kobrea, etab. Uraren eroankortasuna 1 μS/cm baino txikiagoa izan behar da eta karbono organiko totala 50 μg/L baino txikiagoa.
Urak energia-kontsumoaren eta kostuen zati nahiko txikia osatzen du. Bi parametroetarako kasurik txarrena gatzgabetzea da. Alderantzizko osmosia da gatzgabetzeko teknologia nagusia, munduko edukieraren ia % 70 hartzen baitu. Teknologiak 1900-2000 $/m³/eguneko kostua du eta % 15eko ikaskuntza-kurba du. Inbertsio-kostu honekin, tratamendu-kostua 1 $/m³ ingurukoa da, eta txikiagoa izan daiteke elektrizitate-kostuak baxuak diren eremuetan.
Gainera, bidalketa-kostuak m³ bakoitzeko 1-2 dolar inguru igoko dira. Kasu honetan ere, uraren tratamendu-kostuak 0,05 dolar/kgH2 ingurukoak dira. Hau perspektiban jartzeko, hidrogeno berriztagarriaren kostua 2-3 dolar/kgH2 izan daiteke baliabide berriztagarri onak eskuragarri badaude, batez besteko baliabidearen kostua, berriz, 4-5 dolar/kgH2 den bitartean.
Beraz, eszenatoki kontserbadore honetan, urak guztizkoaren % 2 baino gutxiago kostatuko luke. Itsasoko ura erabiltzeak berreskuratutako ur kopurua 2,5 eta 5 aldiz handitu dezake (berreskuratze faktoreari dagokionez).
Energia-kontsumoa
Gatzgabetzearen energia-kontsumoari erreparatuta, oso txikia da zelula elektrolitikoa sartzeko behar den elektrizitate-kopuruarekin alderatuta. Gaur egun funtzionatzen duen alderantzizko osmosi unitateak 3,0 kW/m3 inguru kontsumitzen du. Aldiz, gatzgabetze termikoko plantek energia-kontsumo askoz handiagoa dute, 40 eta 80 kWH/m3 artekoa, eta 2,5 eta 5 kWH/m3 arteko potentzia-behar gehigarriak dituzte, gatzgabetze-teknologiaren arabera. Kogenerazio-planta baten kasu kontserbadorea (hau da, energia-eskaria handiagoa) adibide gisa hartuta, bero-ponpa bat erabiltzen dela suposatuz, energia-eskaria 0,7 kWh/kg hidrogeno inguru bihurtuko litzateke. Hau perspektiban jartzeko, zelula elektrolitikoaren elektrizitate-eskaria 50-55 kWh/kg ingurukoa da, beraz, kasurik txarrenean ere, gatzgabetzearen energia-eskaria sistemaren sarrerako energia osoaren % 1 ingurukoa da.
Gatzgabetzearen erronka bat ur gaziaren isurketa da, eta horrek eragina izan dezake tokiko itsas ekosistemetan. Gatzun hori gehiago tratatu daiteke ingurumen-inpaktua murrizteko, eta horrela, beste 0,6-2,40 $/m³ gehituko zaio uraren kostuari. Gainera, ur elektrolitikoen kalitatea edateko urarena baino zorrotzagoa da eta tratamendu-kostu handiagoak ekar ditzake, baina oraindik ere txikia izatea espero da kontsumo-potentziarekin alderatuta.
Hidrogenoa ekoizteko ur elektrolitikoak duen ur-aztarna kokapen-parametro oso zehatza da, tokiko uraren erabilgarritasunaren, kontsumoaren, degradazioaren eta kutsaduraren araberakoa. Ekosistemen oreka eta epe luzeko klima-joeren eragina kontuan hartu behar dira. Ur-kontsumoa oztopo nagusia izango da hidrogeno berriztagarria eskalatzeko.
Argitaratze data: 2023ko martxoaren 8a