ʻEhia ka wai e hoʻopau ʻia e ka electrolysis?

ʻEhia ka wai i hoʻopau ʻia e ka electrolysis

Ka Papa Hana 1: Ka Hana ʻana o ka Hydrogen

Loaʻa ka hoʻohana ʻana i ka wai mai nā ʻanuʻu ʻelua: ka hana ʻana o ka hydrogen a me ka hana ʻana o ka mea lawe ikehu ma uka. No ka hana ʻana o ka hydrogen, ʻo ka palena iki o ka hoʻohana ʻana o ka wai electrolyzed ma kahi o 9 kilokani o ka wai no kēlā me kēia kilokani o ka hydrogen. Eia nō naʻe, me ka noʻonoʻo ʻana i ke kaʻina hana demineralization o ka wai, hiki i kēia lakio ke piʻi mai 18 a 24 kilokani o ka wai no kēlā me kēia kilokani o ka hydrogen, a hiki i ka 25.7 a 30.2 paha..

 

No ke kaʻina hana e kū nei (methane steam reforming), ʻo ka liʻiliʻi o ka hoʻohana ʻana i ka wai he 4.5kgH2O/kgH2 (e pono ai no ka hopena), me ka noʻonoʻo ʻana i ka wai hana a me ka hoʻomaʻalili ʻana, ʻo ka liʻiliʻi o ka hoʻohana ʻana i ka wai he 6.4-32.2kgH2O/kgH2.

 

KaʻAnuʻu Hana 2: Nā kumu ikehu (uila hou a i ʻole ke kinoea kūlohelohe)

ʻO kekahi ʻāpana ʻē aʻe, ʻo ia ka hoʻohana ʻana i ka wai e hana i ka uila hou a me ke kinoea kūlohelohe. ʻOkoʻa ka hoʻohana ʻana i ka wai o ka mana photovoltaic ma waena o 50-400 lita /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) a me ka mana makani ma waena o 5-45 lita /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2). Pēlā nō, hiki ke hoʻonui ʻia ka hana kinoea mai ke kinoea shale (ma muli o ka ʻikepili US) mai 1.14kgH2O/kgH2 a i 4.9kgH2O/kgH2.

 

I ka hopena, ʻo ka awelika o ka hoʻohana ʻana i ka wai o ka hydrogen i hana ʻia e ka hana mana photovoltaic a me ka hana mana makani ma kahi o 32 a me 22kgH2O/kgH2, kēlā me kēia. Loaʻa nā mea kānalua mai ka radiation o ka lā, ke ola a me ka nui o ka silicon. Aia kēia hoʻohana wai ma ke ʻano like o ka nui me ka hana hydrogen mai ke kinoea kūlohelohe (7.6-37 kgh2o /kgH2, me ka awelika o 22kgH2O/kgH2).

 

Ka huina o ka kapuaʻi wai: Haʻahaʻa i ka wā e hoʻohana ai i ka ikehu hou

E like me nā hoʻokuʻu ʻana o CO2, ʻo kahi mea e pono ai no kahi kapuaʻi wai haʻahaʻa no nā ala electrolytic ʻo ia ka hoʻohana ʻana i nā kumu ikehu hou. Inā he hapa liʻiliʻi wale nō o ka uila i hana ʻia me ka hoʻohana ʻana i nā wahie fossil, ʻoi aku ka nui o ka hoʻohana ʻana i ka wai e pili ana me ka uila ma mua o ka wai maoli i hoʻopau ʻia i ka wā electrolysis.

 

Eia kekahi laʻana, hiki i ka hana mana kinoea ke hoʻohana a hiki i ka 2,500 lita /MWh o ka wai. ʻO ia nō hoʻi ke kūlana maikaʻi loa no nā wahie fossil (kinoea kūlohelohe). Inā noʻonoʻo ʻia ka hoʻomehana ʻana o ka lanahu, hiki i ka hana hydrogen ke hoʻopau i 31-31.8kgH2O/kgH2 a hiki i ka hana lanahu ke hoʻopau i 14.7kgH2O/kgH2. Manaʻo ʻia hoʻi e emi ana ka hoʻohana ʻana i ka wai mai nā photovoltaics a me ka makani i ka hala ʻana o ka manawa i ka wā e ʻoi aku ka maikaʻi o nā kaʻina hana a hoʻomaikaʻi ka hoʻopuka ikehu no kēlā me kēia anakahi o ka mana i hoʻokomo ʻia.

 

Ka nui o ka hoʻohana ʻana i ka wai i ka makahiki 2050

Manaʻo ʻia e hoʻohana ka honua i nā manawa he nui i ka hydrogen i ka wā e hiki mai ana ma mua o kēia lā. No ka laʻana, ua manaʻo ʻo IRENA's World Energy Transitions Outlook e pili ana ka noi hydrogen i ka makahiki 2050 i 74EJ, a ma kahi o ʻelua hapakolu o ia mau mea e hele mai ana mai ka hydrogen hou. I ka hoʻohālikelike ʻana, i kēia lā (hydrogen maʻemaʻe) he 8.4EJ.

 

Inā paha e hiki i ka hydrogen electrolytic ke hoʻokō i ke koi hydrogen no ka makahiki 2050 holoʻokoʻa, ʻo ka hoʻohana ʻana i ka wai ma kahi o 25 biliona mika cubic. Hoʻohālikelike ke kiʻi ma lalo nei i kēia helu me nā kahawai hoʻohana wai ʻē aʻe i hana ʻia e ke kanaka. Hoʻohana ka mahiʻai i ka nui o 280 biliona mika cubic o ka wai, ʻoiai ʻo ka ʻoihana e hoʻohana ana ma kahi o 800 biliona mika cubic a hoʻohana nā kūlanakauhale i 470 biliona mika cubic. ʻO ka hoʻohana ʻana i ka wai o kēia manawa no ka hoʻoponopono hou ʻana i ke kinoea kūlohelohe a me ka hoʻoheheʻe ʻana i ka lanahu no ka hana hydrogen ma kahi o 1.5 biliona mika cubic.

No laila, ʻoiai e manaʻo ʻia ana ka nui o ka wai e hoʻopau ʻia ma muli o nā loli i nā ala electrolytic a me ka ulu ʻana o ke koi, e emi iki ana ka hoʻohana ʻana i ka wai mai ka hana hydrogen ma mua o nā kahe ʻē aʻe i hoʻohana ʻia e nā kānaka. ʻO kekahi kumu kuhikuhi, ʻo ka hoʻohana ʻana i ka wai no kēlā me kēia kanaka ma waena o 75 (Luxembourg) a me 1,200 (US) mika cubic i kēlā me kēia makahiki. Ma ka awelika o 400 m3 / (no kēlā me kēia kanaka * makahiki), ʻo ka huina o ka hana hydrogen i ka makahiki 2050 ua like ia me ko kahi ʻāina o 62 miliona mau kānaka.

 

ʻEhia ke kumukūʻai o ka wai a me ka nui o ka ikehu i hoʻohana ʻia

 

kumukūʻai

Pono nā cell electrolytic i ka wai kiʻekiʻe a pono e mālama i ka wai. ʻO ka wai haʻahaʻa ke kumu o ka palaho wikiwiki a me ke ola pōkole. Hiki ke hoʻopilikia maikaʻi ʻia nā mea he nui, me nā diaphragms a me nā catalysts i hoʻohana ʻia i loko o nā alkalines, a me nā membranes a me nā papa lawe porous o PEM, e nā haumia wai e like me ka hao, chromium, keleawe, a me nā mea ʻē aʻe. Pono ka conductivity wai ma lalo o 1μS/cm a ʻo ka huina o ke kalapona organik ma lalo o 50μg/L.

 

He hapa liʻiliʻi ka wai no ka hoʻohana ʻana i ka ikehu a me nā kumukūʻai. ʻO ke kūlana ʻino loa no nā ʻāpana ʻelua, ʻo ia ka desalination. ʻO ka osmosis hoʻohuli ka ʻenehana nui no ka desalination, e helu ana no kahi kokoke i 70 pakeneka o ka mana honua. ʻO ke kumukūʻai o ka ʻenehana he $1900- $2000 / m³/d a he 15% ka nui o ke aʻo ʻana. Ma kēia kumukūʻai hoʻopukapuka kālā, ʻo ke kumukūʻai mālama ʻana ma kahi o $1 /m³, a ʻoi aku paha ka haʻahaʻa ma nā wahi i haʻahaʻa ai ke kumukūʻai uila.

 

Eia kekahi, e piʻi aʻe nā kumukūʻai hoʻouna ma kahi o $1-2 no ka m³. ʻOiai ma kēia hihia, ʻo ke kumukūʻai hoʻomaʻemaʻe wai ma kahi o $0.05 /kgH2. No ka hoʻohālikelike ʻana i kēia, hiki i ke kumukūʻai o ka hydrogen hou ke $2-3 /kgH2 inā loaʻa nā kumuwaiwai hou maikaʻi, ʻoiai ʻo ke kumukūʻai o ke kumuwaiwai awelika he $4-5 /kgH2.

 

No laila, ma kēia kūlana mālama pono, ʻoi aku ke kumukūʻai o ka wai ma mua o 2 pakeneka o ka huina. Hiki i ka hoʻohana ʻana i ka wai kai ke hoʻonui i ka nui o ka wai i hoʻōla ʻia ma 2.5 a 5 mau manawa (ma ke ʻano o ka mea hoʻōla).

 

Ka hoʻohana ʻana i ka ikehu

Ke nānā nei i ka hoʻohana ʻana i ka ikehu o ka desalination, he mea liʻiliʻi loa ia i hoʻohālikelike ʻia me ka nui o ka uila e pono ai e hoʻokomo i ke kelepona electrolytic. Hoʻopau ka ʻāpana osmosis reverse e hana nei ma kahi o 3.0 kW/m3. I ka hoʻohālikelike ʻana, ʻoi aku ka nui o ka hoʻohana ʻana i ka ikehu o nā hale hana desalination thermal, mai 40 a 80 KWH/m3, me nā koi mana hou aʻe mai 2.5 a 5 KWH/m3, ma muli o ka ʻenehana desalination. Ke lawe nei i ka hihia conservative (ʻo ia hoʻi ke koi ikehu kiʻekiʻe) o kahi hale hana cogeneration ma ke ʻano he laʻana, me ka manaʻo e hoʻohana ana i kahi pamu wela, e hoʻololi ʻia ke koi ikehu i kahi o 0.7kWh/kg o ka hydrogen. No ka hoʻokomo ʻana i kēia i loko o ka manaʻo, ʻo ke koi uila o ke kelepona electrolytic ma kahi o 50-55kWh/kg, no laila ʻoiai i loko o ke kūlana ʻino loa, ʻo ke koi ikehu no ka desalination ma kahi o 1% o ka huina ikehu i hoʻokomo ʻia i ka ʻōnaehana.

 

ʻO kahi pilikia o ka desalination ʻo ia ka hoʻolei ʻana i ka wai paʻakai, kahi hiki ke loaʻa ka hopena i nā kaiaolaola kai kūloko. Hiki ke mālama hou ʻia kēia brine e hōʻemi i kona hopena i ke kaiapuni, no laila e hoʻohui hou aku i $0.6-2.40 /m³ i ke kumukūʻai o ka wai. Eia kekahi, ʻoi aku ka paʻakikī o ka maikaʻi o ka wai electrolytic ma mua o ka wai inu a hiki ke hopena i nā kumukūʻai mālama kiʻekiʻe, akā manaʻo ʻia he liʻiliʻi kēia i hoʻohālikelike ʻia me ka hoʻokomo mana.

ʻO ke kapuaʻi wai o ka wai electrolytic no ka hana hydrogen he ʻano wahi kikoʻī loa ia e hilinaʻi ana i ka loaʻa ʻana o ka wai kūloko, ka hoʻohana ʻana, ka hōʻino ʻana a me ka haumia. Pono e noʻonoʻo ʻia ke kaulike o nā ʻōnaehana ola a me ka hopena o nā ʻano aniau lōʻihi. ʻO ka hoʻohana ʻana i ka wai he mea keakea nui ia i ka hoʻonui ʻana i ka hydrogen hou.