इलेक्ट्रोलिसिस में कितना पानी खपत होता है?

इलेक्ट्रोलिसिस में कितना पानी खर्च होता है

पहला चरण: हाइड्रोजन उत्पादन

पानी की खपत दो चरणों से होती है: हाइड्रोजन उत्पादन और अपस्ट्रीम ऊर्जा वाहक उत्पादन। हाइड्रोजन उत्पादन के लिए, इलेक्ट्रोलाइज्ड पानी की न्यूनतम खपत लगभग 9 किलोग्राम पानी प्रति किलोग्राम हाइड्रोजन है। हालांकि, पानी की डीमिनरलाइजेशन प्रक्रिया को ध्यान में रखते हुए, यह अनुपात 18 से 24 किलोग्राम पानी प्रति किलोग्राम हाइड्रोजन या यहां तक ​​कि 25.7 से 30.2 तक भी हो सकता है।.

 

मौजूदा उत्पादन प्रक्रिया (मीथेन स्टीम रिफॉर्मिंग) के लिए, न्यूनतम जल खपत 4.5kgH2O/kgH2 (प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक) है, प्रक्रिया जल और शीतलन को ध्यान में रखते हुए, न्यूनतम जल खपत 6.4-32.2kgH2O/kgH2 है।

 

चरण 2: ऊर्जा स्रोत (नवीकरणीय बिजली या प्राकृतिक गैस)

एक अन्य घटक नवीकरणीय बिजली और प्राकृतिक गैस के उत्पादन के लिए पानी की खपत है। फोटोवोल्टिक बिजली की पानी की खपत 50-400 लीटर/MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) के बीच होती है और पवन ऊर्जा की पानी की खपत 5-45 लीटर/MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2) के बीच होती है। इसी तरह, शेल गैस (अमेरिकी डेटा के आधार पर) से गैस उत्पादन 1.14kgH2O/kgH2 से बढ़ाकर 4.9kgH2O/kgH2 किया जा सकता है।

 

निष्कर्ष में, फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन और पवन ऊर्जा उत्पादन द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन की औसत कुल जल खपत क्रमशः लगभग 32 और 22kgH2O/kgH2 है। अनिश्चितताएं सौर विकिरण, जीवनकाल और सिलिकॉन सामग्री से आती हैं। यह जल खपत प्राकृतिक गैस से हाइड्रोजन उत्पादन के समान परिमाण पर है (7.6-37 kgh2o /kgH2, औसत 22kgH2O/kgH2 के साथ)।

 

कुल जल पदचिह्न: नवीकरणीय ऊर्जा का उपयोग करने पर कम

CO2 उत्सर्जन की तरह, इलेक्ट्रोलाइटिक मार्गों के लिए कम जल पदचिह्न के लिए एक शर्त नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों का उपयोग है। यदि जीवाश्म ईंधन का उपयोग करके बिजली का केवल एक छोटा सा हिस्सा उत्पन्न किया जाता है, तो बिजली से जुड़ी पानी की खपत इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान खपत किए गए वास्तविक पानी से बहुत अधिक होती है।

 

उदाहरण के लिए, गैस बिजली उत्पादन में 2,500 लीटर/MWh तक पानी का उपयोग किया जा सकता है। यह जीवाश्म ईंधन (प्राकृतिक गैस) के लिए भी सबसे अच्छा मामला है। यदि कोयला गैसीकरण पर विचार किया जाता है, तो हाइड्रोजन उत्पादन 31-31.8kgH2O/kgH2 की खपत कर सकता है और कोयला उत्पादन 14.7kgH2O/kgH2 की खपत कर सकता है। फोटोवोल्टिक्स और पवन से पानी की खपत भी समय के साथ कम होने की उम्मीद है क्योंकि विनिर्माण प्रक्रियाएं अधिक कुशल हो जाती हैं और स्थापित क्षमता की प्रति इकाई ऊर्जा उत्पादन में सुधार होता है।

 

2050 में कुल जल खपत

भविष्य में दुनिया में आज की तुलना में कई गुना ज़्यादा हाइड्रोजन का इस्तेमाल होने की उम्मीद है। उदाहरण के लिए, IRENA के वर्ल्ड एनर्जी ट्रांज़िशन आउटलुक का अनुमान है कि 2050 में हाइड्रोजन की मांग लगभग 74EJ होगी, जिसमें से लगभग दो-तिहाई नवीकरणीय हाइड्रोजन से आएगी। तुलना करें तो, आज (शुद्ध हाइड्रोजन) 8.4EJ है।

 

अगर इलेक्ट्रोलाइटिक हाइड्रोजन पूरे 2050 के लिए हाइड्रोजन की मांग को पूरा कर सकता है, तो भी पानी की खपत लगभग 25 बिलियन क्यूबिक मीटर होगी। नीचे दिया गया आंकड़ा इस आंकड़े की तुलना अन्य मानव निर्मित जल खपत धाराओं से करता है। कृषि में सबसे अधिक 280 बिलियन क्यूबिक मीटर पानी का उपयोग होता है, जबकि उद्योग लगभग 800 बिलियन क्यूबिक मीटर और शहर 470 बिलियन क्यूबिक मीटर पानी का उपयोग करते हैं। हाइड्रोजन उत्पादन के लिए प्राकृतिक गैस सुधार और कोयला गैसीकरण की वर्तमान जल खपत लगभग 1.5 बिलियन क्यूबिक मीटर है।

इस प्रकार, हालांकि इलेक्ट्रोलाइटिक मार्गों में परिवर्तन और बढ़ती मांग के कारण बड़ी मात्रा में पानी की खपत होने की उम्मीद है, हाइड्रोजन उत्पादन से पानी की खपत अभी भी मनुष्यों द्वारा उपयोग किए जाने वाले अन्य प्रवाहों की तुलना में बहुत कम होगी। एक अन्य संदर्भ बिंदु यह है कि प्रति व्यक्ति पानी की खपत 75 (लक्समबर्ग) और 1,200 (यूएस) क्यूबिक मीटर प्रति वर्ष के बीच है। औसतन 400 m3 / (प्रति व्यक्ति * वर्ष) पर, 2050 में कुल हाइड्रोजन उत्पादन 62 मिलियन लोगों के देश के बराबर है।

 

पानी की लागत कितनी है और ऊर्जा का कितना उपयोग होता है

 

लागत

इलेक्ट्रोलाइटिक सेल को उच्च गुणवत्ता वाले पानी की आवश्यकता होती है और जल उपचार की आवश्यकता होती है। कम गुणवत्ता वाले पानी से तेजी से गिरावट और कम जीवन होता है। क्षारीय पदार्थों में उपयोग किए जाने वाले डायाफ्राम और उत्प्रेरक सहित कई तत्व, साथ ही पीईएम की झिल्ली और छिद्रपूर्ण परिवहन परतें, पानी की अशुद्धियों जैसे लोहा, क्रोमियम, तांबा आदि से प्रतिकूल रूप से प्रभावित हो सकती हैं। पानी की चालकता 1μS/cm से कम और कुल कार्बनिक कार्बन 50μg/L से कम होना आवश्यक है।

 

ऊर्जा खपत और लागत में पानी का हिस्सा अपेक्षाकृत कम है। दोनों मापदंडों के लिए सबसे खराब स्थिति विलवणीकरण की है। रिवर्स ऑस्मोसिस विलवणीकरण के लिए मुख्य तकनीक है, जो वैश्विक क्षमता का लगभग 70 प्रतिशत है। इस तकनीक की लागत $1900- $2000 / m³/d है और इसकी सीखने की दर 15% है। इस निवेश लागत पर, उपचार लागत लगभग $1 / m³ है, और उन क्षेत्रों में कम हो सकती है जहाँ बिजली की लागत कम है।

 

इसके अलावा, शिपिंग लागत में लगभग 1-2 डॉलर प्रति m³ की वृद्धि होगी। इस मामले में भी, जल उपचार लागत लगभग 0.05 डॉलर प्रति kgH2 है। इसे परिप्रेक्ष्य में रखने के लिए, यदि अच्छे नवीकरणीय संसाधन उपलब्ध हैं, तो नवीकरणीय हाइड्रोजन की लागत 2-3 डॉलर प्रति kgH2 हो सकती है, जबकि औसत संसाधन की लागत 4-5 डॉलर प्रति kgH2 है।

 

इसलिए इस रूढ़िवादी परिदृश्य में, पानी की लागत कुल लागत का 2 प्रतिशत से भी कम होगी। समुद्री जल के उपयोग से पुनर्प्राप्त पानी की मात्रा 2.5 से 5 गुना (पुनर्प्राप्ति कारक के संदर्भ में) बढ़ सकती है।

 

ऊर्जा की खपत

विलवणीकरण की ऊर्जा खपत को देखें तो यह इलेक्ट्रोलाइटिक सेल को इनपुट करने के लिए आवश्यक बिजली की मात्रा की तुलना में बहुत कम है। वर्तमान में चल रही रिवर्स ऑस्मोसिस इकाई लगभग 3.0 kW/m3 की खपत करती है। इसके विपरीत, थर्मल विलवणीकरण संयंत्रों की ऊर्जा खपत बहुत अधिक है, जो 40 से 80 KWH/m3 तक है, और विलवणीकरण तकनीक के आधार पर अतिरिक्त बिजली की आवश्यकता 2.5 से 5 KWH/m3 तक है। एक सह-उत्पादन संयंत्र के रूढ़िवादी मामले (यानी उच्च ऊर्जा मांग) को एक उदाहरण के रूप में लेते हुए, एक ताप पंप के उपयोग को मानते हुए, ऊर्जा की मांग लगभग 0.7kWh/kg हाइड्रोजन में परिवर्तित हो जाएगी। इसे परिप्रेक्ष्य में रखने के लिए, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल की बिजली की मांग लगभग 50-55kWh/kg है

 

विलवणीकरण की एक चुनौती खारे पानी का निपटान है, जिसका स्थानीय समुद्री पारिस्थितिकी तंत्र पर प्रभाव पड़ सकता है। इस नमकीन पानी को इसके पर्यावरणीय प्रभाव को कम करने के लिए और अधिक उपचारित किया जा सकता है, इस प्रकार पानी की लागत में $0.6-2.40/m³ की वृद्धि हो सकती है। इसके अलावा, इलेक्ट्रोलाइटिक पानी की गुणवत्ता पीने के पानी की तुलना में अधिक सख्त होती है और इसके परिणामस्वरूप उपचार की लागत अधिक हो सकती है, लेकिन बिजली इनपुट की तुलना में यह अभी भी कम होने की उम्मीद है।

हाइड्रोजन उत्पादन के लिए इलेक्ट्रोलाइटिक पानी का जल पदचिह्न एक बहुत ही विशिष्ट स्थान पैरामीटर है जो स्थानीय जल उपलब्धता, खपत, क्षरण और प्रदूषण पर निर्भर करता है। पारिस्थितिकी तंत्र के संतुलन और दीर्घकालिक जलवायु प्रवृत्तियों के प्रभाव पर विचार किया जाना चाहिए। नवीकरणीय हाइड्रोजन को बढ़ाने में पानी की खपत एक बड़ी बाधा होगी।