વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા કેટલું પાણી વપરાય છે?
પહેલું પગલું: હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન
પાણીનો વપરાશ બે તબક્કામાં થાય છે: હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન અને અપસ્ટ્રીમ ઉર્જા વાહક ઉત્પાદન. હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન માટે, ઇલેક્ટ્રોલાઇઝ્ડ પાણીનો લઘુત્તમ વપરાશ પ્રતિ કિલોગ્રામ હાઇડ્રોજન આશરે 9 કિલોગ્રામ પાણી છે. જો કે, પાણીની ખનિજીકરણ પ્રક્રિયાને ધ્યાનમાં લેતા, આ ગુણોત્તર પ્રતિ કિલોગ્રામ હાઇડ્રોજન 18 થી 24 કિલોગ્રામ પાણી અથવા 25.7 થી 30.2 સુધીનો હોઈ શકે છે..
હાલની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા (મિથેન સ્ટીમ રિફોર્મિંગ) માટે, ન્યૂનતમ પાણીનો વપરાશ 4.5kgH2O/kgH2 (પ્રતિક્રિયા માટે જરૂરી) છે, પ્રક્રિયા પાણી અને ઠંડકને ધ્યાનમાં લેતા, ન્યૂનતમ પાણીનો વપરાશ 6.4-32.2kgH2O/kgH2 છે.
પગલું 2: ઉર્જા સ્ત્રોતો (નવીનીકરણીય વીજળી અથવા કુદરતી ગેસ)
બીજો ઘટક નવીનીકરણીય વીજળી અને કુદરતી ગેસ ઉત્પન્ન કરવા માટે પાણીનો વપરાશ છે. ફોટોવોલ્ટેઇક પાવરનો પાણીનો વપરાશ 50-400 લિટર / MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) અને પવન ઉર્જાનો પાણીનો વપરાશ 5-45 લિટર / MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2) ની વચ્ચે બદલાય છે. તેવી જ રીતે, શેલ ગેસમાંથી ગેસનું ઉત્પાદન (યુએસ ડેટાના આધારે) 1.14kgH2O/kgH2 થી વધારીને 4.9kgH2O/kgH2 કરી શકાય છે.
નિષ્કર્ષમાં, ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન અને પવન ઉર્જા જનરેશન દ્વારા ઉત્પન્ન થતા હાઇડ્રોજનનો સરેરાશ કુલ પાણીનો વપરાશ અનુક્રમે 32 અને 22kgH2O/kgH2 છે. અનિશ્ચિતતાઓ સૌર કિરણોત્સર્ગ, જીવનકાળ અને સિલિકોન સામગ્રીમાંથી આવે છે. આ પાણીનો વપરાશ કુદરતી ગેસમાંથી હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન (7.6-37 kgh2o/kgH2, સરેરાશ 22kgH2O/kgH2) જેટલા જ તીવ્રતાના ક્રમમાં છે.
કુલ પાણીનો ઉપયોગ: નવીનીકરણીય ઉર્જાનો ઉપયોગ કરતી વખતે ઓછો
CO2 ઉત્સર્જનની જેમ, ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક માર્ગો માટે ઓછા પાણીના પદચિહ્ન માટે પૂર્વશરત નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોતોનો ઉપયોગ છે. જો અશ્મિભૂત ઇંધણનો ઉપયોગ કરીને વીજળીનો માત્ર એક નાનો ભાગ ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે, તો વીજળી સાથે સંકળાયેલ પાણીનો વપરાશ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન વપરાતા વાસ્તવિક પાણી કરતા ઘણો વધારે છે.
ઉદાહરણ તરીકે, ગેસ પાવર ઉત્પાદન 2,500 લિટર / મેગાવોટ કલાક સુધી પાણીનો ઉપયોગ કરી શકે છે. તે અશ્મિભૂત ઇંધણ (કુદરતી ગેસ) માટે પણ શ્રેષ્ઠ કેસ છે. જો કોલસાના ગેસિફિકેશનને ધ્યાનમાં લેવામાં આવે તો, હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન 31-31.8kgH2O/kgH2 અને કોલસાના ઉત્પાદન 14.7kgH2O/kgH2 નો ઉપયોગ કરી શકે છે. સમય જતાં ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓ વધુ કાર્યક્ષમ બનતી જાય છે અને સ્થાપિત ક્ષમતાના પ્રતિ યુનિટ ઉર્જા ઉત્પાદનમાં સુધારો થતો જાય છે, તેથી ફોટોવોલ્ટેઇક્સ અને પવનમાંથી પાણીનો વપરાશ પણ ઘટવાની અપેક્ષા છે.
૨૦૫૦માં કુલ પાણીનો વપરાશ
ભવિષ્યમાં દુનિયા આજ કરતાં અનેક ગણી વધુ હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ કરશે તેવી અપેક્ષા છે. ઉદાહરણ તરીકે, IRENA ના વર્લ્ડ એનર્જી ટ્રાન્ઝિશન આઉટલુકનો અંદાજ છે કે 2050 માં હાઇડ્રોજનની માંગ લગભગ 74EJ હશે, જેમાંથી લગભગ બે તૃતીયાંશ નવીનીકરણીય હાઇડ્રોજનમાંથી આવશે. સરખામણીમાં, આજે (શુદ્ધ હાઇડ્રોજન) 8.4EJ છે.
જો ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક હાઇડ્રોજન સમગ્ર 2050 માટે હાઇડ્રોજનની માંગને પૂર્ણ કરી શકે, તો પણ પાણીનો વપરાશ લગભગ 25 અબજ ઘન મીટર હશે. નીચેનો આંકડો આ આંકડાને અન્ય માનવસર્જિત પાણી વપરાશ પ્રવાહો સાથે સરખાવે છે. કૃષિ સૌથી વધુ 280 અબજ ઘન મીટર પાણીનો ઉપયોગ કરે છે, જ્યારે ઉદ્યોગો લગભગ 800 અબજ ઘન મીટર અને શહેરો 470 અબજ ઘન મીટરનો ઉપયોગ કરે છે. હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન માટે કુદરતી ગેસ રિફોર્મિંગ અને કોલસા ગેસિફિકેશનનો વર્તમાન પાણીનો વપરાશ લગભગ 1.5 અબજ ઘન મીટર છે.
આમ, ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક માર્ગોમાં ફેરફાર અને વધતી માંગને કારણે મોટા પ્રમાણમાં પાણીનો વપરાશ થવાની ધારણા છે, તેમ છતાં હાઇડ્રોજન ઉત્પાદનમાંથી પાણીનો વપરાશ માનવો દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતા અન્ય પ્રવાહો કરતા ઘણો ઓછો રહેશે. બીજો સંદર્ભ બિંદુ એ છે કે પ્રતિ વ્યક્તિ પાણીનો વપરાશ 75 (લક્ઝમબર્ગ) અને 1,200 (યુએસ) ઘન મીટર પ્રતિ વર્ષ વચ્ચે છે. સરેરાશ 400 m3 / (પ્રતિ વ્યક્તિ * વર્ષ), 2050 માં કુલ હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન 62 મિલિયન લોકોના દેશના ઉત્પાદન જેટલું છે.
પાણીનો ખર્ચ કેટલો છે અને કેટલી ઉર્જા વપરાય છે
કિંમત
ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક કોષોને ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા પાણીની જરૂર પડે છે અને તેમને પાણીની સારવારની જરૂર પડે છે. ઓછી ગુણવત્તાવાળા પાણીના કારણે ઝડપી અધોગતિ અને જીવનકાળ ઓછો થાય છે. ડાયાફ્રેમ્સ અને આલ્કલાઇનમાં વપરાતા ઉત્પ્રેરકો, તેમજ PEM ના પટલ અને છિદ્રાળુ પરિવહન સ્તરો સહિત ઘણા તત્વો, આયર્ન, ક્રોમિયમ, તાંબુ વગેરે જેવી પાણીની અશુદ્ધિઓથી પ્રતિકૂળ અસર કરી શકે છે. પાણીની વાહકતા 1μS/cm કરતા ઓછી અને કુલ કાર્બનિક કાર્બન 50μg/L કરતા ઓછી હોવી જરૂરી છે.
ઉર્જા વપરાશ અને ખર્ચમાં પાણીનો હિસ્સો પ્રમાણમાં નાનો છે. બંને પરિમાણો માટે સૌથી ખરાબ પરિસ્થિતિ ડિસેલિનેશન છે. રિવર્સ ઓસ્મોસિસ ડિસેલિનેશન માટેની મુખ્ય તકનીક છે, જે વૈશ્વિક ક્ષમતાના લગભગ 70 ટકા હિસ્સો ધરાવે છે. આ તકનીકનો ખર્ચ $1900- $2000 / m³/d છે અને તેનો શીખવાનો દર 15% છે. આ રોકાણ ખર્ચ પર, સારવાર ખર્ચ લગભગ $1 / m³ છે, અને જ્યાં વીજળીનો ખર્ચ ઓછો છે ત્યાં ઓછો હોઈ શકે છે.
વધુમાં, શિપિંગ ખર્ચ પ્રતિ m³ લગભગ $1-2 વધશે. આ કિસ્સામાં પણ, પાણીની શુદ્ધિકરણ ખર્ચ લગભગ $0.05 /kgH2 છે. આને પરિપ્રેક્ષ્યમાં કહીએ તો, જો સારા નવીનીકરણીય સંસાધનો ઉપલબ્ધ હોય તો નવીનીકરણીય હાઇડ્રોજનની કિંમત $2-3 /kgH2 હોઈ શકે છે, જ્યારે સરેરાશ સંસાધનની કિંમત $4-5 /kgH2 છે.
તેથી આ રૂઢિચુસ્ત પરિસ્થિતિમાં, પાણીનો ખર્ચ કુલ ખર્ચના 2 ટકા કરતા ઓછો થશે. દરિયાઈ પાણીનો ઉપયોગ પુનઃપ્રાપ્તિ પરિબળની દ્રષ્ટિએ 2.5 થી 5 ગણો પાણી પુનઃપ્રાપ્તિમાં વધારો કરી શકે છે.
ઉર્જા વપરાશ
ડિસેલિનેશનના ઉર્જા વપરાશને જોતાં, ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક સેલને ઇનપુટ કરવા માટે જરૂરી વીજળીની માત્રાની તુલનામાં તે ખૂબ જ ઓછી છે. વર્તમાન કાર્યરત રિવર્સ ઓસ્મોસિસ યુનિટ લગભગ 3.0 kW/m3 વાપરે છે. તેનાથી વિપરીત, થર્મલ ડિસેલિનેશન પ્લાન્ટમાં 40 થી 80 KWH/m3 સુધીની ઉર્જા વપરાશ ઘણી વધારે હોય છે, અને ડિસેલિનેશન ટેકનોલોજીના આધારે વધારાની વીજળીની જરૂરિયાત 2.5 થી 5 KWH/m3 સુધીની હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, કોજનરેશન પ્લાન્ટના રૂઢિચુસ્ત કેસ (એટલે કે ઉચ્ચ ઉર્જા માંગ) ને ધ્યાનમાં લેતા, હીટ પંપનો ઉપયોગ ધારીએ તો, ઉર્જા માંગ લગભગ 0.7kWh/kg હાઇડ્રોજનમાં રૂપાંતરિત થશે. આને પરિપ્રેક્ષ્યમાં મૂકવા માટે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક સેલની વીજળી માંગ લગભગ 50-55kWh/kg છે, તેથી સૌથી ખરાબ પરિસ્થિતિમાં પણ, ડિસેલિનેશન માટેની ઉર્જા માંગ સિસ્ટમમાં કુલ ઉર્જા ઇનપુટના લગભગ 1% છે.
ડિસેલિનેશનનો એક પડકાર ખારા પાણીનો નિકાલ છે, જેની અસર સ્થાનિક દરિયાઈ ઇકોસિસ્ટમ પર પડી શકે છે. આ ખારા પાણીને પર્યાવરણીય અસર ઘટાડવા માટે વધુ ટ્રીટ કરી શકાય છે, આમ પાણીની કિંમતમાં $0.6-2.40/m³ ઉમેરાય છે. વધુમાં, ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક પાણીની ગુણવત્તા પીવાના પાણી કરતાં વધુ કડક છે અને તેના પરિણામે ટ્રીટમેન્ટ ખર્ચ વધુ થઈ શકે છે, પરંતુ પાવર ઇનપુટની તુલનામાં આ હજુ પણ નાનું હોવાની અપેક્ષા છે.
હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન માટે ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક પાણીનો વોટર ફૂટપ્રિન્ટ એ ખૂબ જ ચોક્કસ સ્થાન પરિમાણ છે જે સ્થાનિક પાણીની ઉપલબ્ધતા, વપરાશ, અધોગતિ અને પ્રદૂષણ પર આધાર રાખે છે. ઇકોસિસ્ટમના સંતુલન અને લાંબા ગાળાના આબોહવા વલણોની અસર ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ. નવીનીકરણીય હાઇડ્રોજનને વધારવામાં પાણીનો વપરાશ એક મોટો અવરોધ હશે.
પોસ્ટ સમય: માર્ચ-૦૮-૨૦૨૩