Որքա՞ն ջուր է սպառվում էլեկտրոլիզի ժամանակ։

Որքա՞ն ջուր է սպառվում էլեկտրոլիզի միջոցով

Առաջին քայլը՝ ջրածնի արտադրություն

Ջրի սպառումը տեղի է ունենում երկու փուլով՝ ջրածնի արտադրություն և վերին հոսանքի էներգակիրի արտադրություն։ Ջրածնի արտադրության համար էլեկտրոլիզացված ջրի նվազագույն սպառումը մոտավորապես 9 կիլոգրամ ջուր է մեկ կիլոգրամ ջրածնի համար։ Սակայն, հաշվի առնելով ջրի դեմիներալացման գործընթացը, այս հարաբերակցությունը կարող է տատանվել 18-ից մինչև 24 կիլոգրամ ջուր մեկ կիլոգրամ ջրածնի համար, կամ նույնիսկ մինչև 25.7-ից մինչև 30.2։.

 

Գործող արտադրական գործընթացի համար (մեթանային գոլորշու ռեֆորմինգ) ջրի նվազագույն սպառումը 4.5 կգH2O/կգH2 է (անհրաժեշտ է ռեակցիայի համար), հաշվի առնելով տեխնոլոգիական ջուրը և սառեցումը, ջրի նվազագույն սպառումը կազմում է 6.4-32.2 կգH2O/կգH2:

 

Քայլ 2. Էներգիայի աղբյուրներ (վերականգնվող էլեկտրաէներգիա կամ բնական գազ)

Մեկ այլ բաղադրիչ է վերականգնվող էլեկտրաէներգիա և բնական գազ արտադրելու համար ջրի սպառումը: Ֆոտովոլտային էներգիայի ջրի սպառումը տատանվում է 50-400 լիտր/ՄՎտժ (2.4-19 կգH2O/կգH2) սահմաններում, իսկ քամու էներգիայինը՝ 5-45 լիտր/ՄՎտժ (0.2-2.1 կգH2O/կգH2): Նմանապես, թերթաքարային գազից գազի արտադրությունը (ԱՄՆ տվյալների հիման վրա) կարող է 1.14 կգH2O/կգH2-ից աճել մինչև 4.9 կգH2O/կգH2:

 

Ամփոփելով՝ ֆոտովոլտային և քամու էներգիայի արտադրության միջոցով արտադրված ջրածնի միջին ընդհանուր ջրի սպառումը կազմում է համապատասխանաբար մոտ 32 և 22 կգH2O/կգH2: Անորոշությունները պայմանավորված են արևային ճառագայթմամբ, կյանքի տևողությամբ և սիլիցիումի պարունակությամբ: Այս ջրի սպառումը նույն կարգի մեծության է, ինչ բնական գազից ջրածնի արտադրությունը (7.6-37 կգ/ժ/կգH2, միջինը 22 կգH2O/կգH2):

 

Ընդհանուր ջրային հետք. Ավելի ցածր՝ վերականգնվող էներգիայի օգտագործման դեպքում

Նման CO2 արտանետումների դեպքում, էլեկտրոլիտիկ ուղիների համար ցածր ջրային հետքի նախապայման է վերականգնվող էներգիայի աղբյուրների օգտագործումը: Եթե էլեկտրաէներգիայի միայն մի փոքր մասն է արտադրվում բրածո վառելիքի միջոցով, էլեկտրաէներգիայի հետ կապված ջրի սպառումը շատ ավելի բարձր է, քան էլեկտրոլիզի ընթացքում իրականում սպառված ջուրը:

 

Օրինակ՝ գազային էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար կարող է օգտագործվել մինչև 2500 լիտր/ՄՎտժ ջուր։ Սա նաև լավագույն դեպքն է բրածո վառելիքի (բնական գազի) համար։ Եթե դիտարկենք ածխի գազիֆիկացումը, ջրածնի արտադրությունը կարող է սպառել 31-31.8 կգH2O/կգH2, իսկ ածխի արտադրությունը՝ 14.7 կգH2O/կգH2։ Ֆոտովոլտային և քամու էներգիայից ջրի սպառումը նույնպես կանխատեսվում է, որ ժամանակի ընթացքում կնվազի, քանի որ արտադրական գործընթացները կդառնան ավելի արդյունավետ, և տեղադրված հզորության մեկ միավորի համար էներգիայի արտադրությունը կբարելավվի։

 

Ջրի ընդհանուր սպառումը 2050 թվականին

Ակնկալվում է, որ ապագայում աշխարհը կօգտագործի մի քանի անգամ ավելի շատ ջրածին, քան այսօր։ Օրինակ՝ IRENA-ի «Աշխարհի էներգետիկ անցումների հեռանկարը» գնահատում է, որ 2050 թվականին ջրածնի պահանջարկը կկազմի մոտ 74 ԷՋ, որից մոտ երկու երրորդը կկազմի վերականգնվող ջրածինը։ Համեմատության համար՝ այսօր (մաքուր ջրածին) կազմում է 8.4 ԷՋ։

 

Նույնիսկ եթե էլեկտրոլիտային ջրածինը կարողանա բավարարել ջրածնի պահանջարկը ամբողջ 2050 թվականի համար, ջրի սպառումը կկազմի մոտ 25 միլիարդ խորանարդ մետր: Ստորև բերված նկարը համեմատում է այս թիվը մարդածին ջրի սպառման այլ հոսքերի հետ: Գյուղատնտեսությունն օգտագործում է ամենամեծ քանակությամբ ջուր՝ 280 միլիարդ խորանարդ մետր, մինչդեռ արդյունաբերությունը՝ գրեթե 800 միլիարդ խորանարդ մետր, իսկ քաղաքները՝ 470 միլիարդ խորանարդ մետր: Բնական գազի ռեֆորմինգի և ածխի գազիֆիկացման համար ջրածնի արտադրության համար ջրի ներկայիս սպառումը կազմում է մոտ 1.5 միլիարդ խորանարդ մետր:

Այսպիսով, չնայած էլեկտրոլիտային ուղիների փոփոխությունների և աճող պահանջարկի պատճառով սպասվում է ջրի մեծ քանակի սպառում, ջրածնի արտադրությունից ջրի սպառումը դեռևս շատ ավելի փոքր կլինի, քան մարդկանց կողմից օգտագործվող այլ հոսքերի դեպքում։ Մեկ այլ հենակետային կետ է այն, որ մեկ շնչի հաշվով ջրի սպառումը տարեկան կազմում է 75 (Լյուքսեմբուրգ) մինչև 1200 (ԱՄՆ) խորանարդ մետր։ Միջինում 400 մ3 / (մեկ շնչի հաշվով * տարեկան) ջրածնի ընդհանուր արտադրությունը 2050 թվականին համարժեք է 62 միլիոն բնակչություն ունեցող երկրի արտադրությանը։

 

Որքա՞ն է արժենում ջուրը և որքան էներգիա է օգտագործվում

 

արժեքը

Էլեկտրոլիտիկ բջիջները պահանջում են բարձրորակ ջուր և պահանջում են ջրի մաքրում: Ցածր որակի ջուրը հանգեցնում է ավելի արագ քայքայման և ավելի կարճ ծառայության ժամկետի: Շատ տարրեր, այդ թվում՝ ալկալիներում օգտագործվող դիաֆրագմաները և կատալիզատորները, ինչպես նաև PEM-ի թաղանթներն ու ծակոտկեն տրանսպորտային շերտերը, կարող են բացասաբար ազդվել ջրի խառնուրդներից, ինչպիսիք են երկաթը, քրոմը, պղինձը և այլն: Ջրի հաղորդունակությունը պետք է լինի 1μS/cm-ից պակաս, իսկ ընդհանուր օրգանական ածխածինը՝ 50μg/L-ից պակաս:

 

Ջուրը կազմում է էներգիայի սպառման և ծախսերի համեմատաբար փոքր մասը: Երկու պարամետրերի համար էլ ամենավատ սցենարը աղազրկումն է: Հակադարձ օսմոսը աղազրկման հիմնական տեխնոլոգիան է, որը կազմում է համաշխարհային հզորության գրեթե 70 տոկոսը: Տեխնոլոգիայի արժեքը 1900-2000 դոլար/մ³/օր է, և ունի 15% ուսուցման կորի մակարդակ: Այս ներդրումային արժեքի դեպքում մաքրման արժեքը կազմում է մոտ 1 դոլար/մ³, և կարող է ավելի ցածր լինել այն տարածքներում, որտեղ էլեկտրաէներգիայի ծախսերը ցածր են:

 

Բացի այդ, առաքման ծախսերը կավելանան մոտ 1-2 դոլարով մեկ խորանարդ մետրի համար: Նույնիսկ այս դեպքում ջրի մաքրման արժեքը կազմում է մոտ 0.05 դոլար/կգH2: Համեմատության համար նշենք, որ վերականգնվող ջրածնի արժեքը կարող է կազմել 2-3 դոլար/կգH2, եթե առկա են լավ վերականգնվող ռեսուրսներ, մինչդեռ միջին ռեսուրսի արժեքը կազմում է 4-5 դոլար/կգH2:

 

Այսպիսով, այս պահպանողական սցենարում ջուրը կարժենա ընդհանուրի 2 տոկոսից պակաս: Ծովի ջրի օգտագործումը կարող է վերականգնված ջրի քանակը մեծացնել 2.5-ից 5 անգամ (վերականգնման գործակցի առումով):

 

Էներգիայի սպառում

Աղազրկման էներգիայի սպառումը նույնպես շատ փոքր է՝ համեմատած էլեկտրոլիտիկ խցիկին մուտքագրելու համար անհրաժեշտ էլեկտրաէներգիայի քանակի հետ։ Գործող հակադարձ օսմոսի բլոկը սպառում է մոտ 3.0 կՎտ/մ3։ Ի տարբերություն դրա, ջերմային աղազրկման կայաններն ունեն շատ ավելի բարձր էներգիայի սպառում՝ տատանվելով 40-ից մինչև 80 կՎտժ/մ3, իսկ լրացուցիչ հզորության պահանջները՝ 2.5-ից մինչև 5 կՎտժ/մ3, կախված աղազրկման տեխնոլոգիայից։ Որպես օրինակ վերցնելով համակցված արտադրության կայանի պահպանողական դեպքը (այսինքն՝ ավելի բարձր էներգիայի պահանջարկը), ենթադրելով ջերմային պոմպի օգտագործումը, էներգիայի պահանջարկը կվերածվի մոտ 0.7 կՎտժ/կգ ջրածնի։ Համեմատության համար, էլեկտրոլիտիկ խցիկի էլեկտրաէներգիայի պահանջարկը կազմում է մոտ 50-55 կՎտժ/կգ, ուստի նույնիսկ ամենավատ դեպքում աղազրկման էներգիայի պահանջարկը կազմում է համակարգին մուտքագրվող ընդհանուր էներգիայի մոտ 1%-ը։

 

Աղազրկման մարտահրավերներից մեկը աղի ջրի հեռացումն է, որը կարող է ազդեցություն ունենալ տեղական ծովային էկոհամակարգերի վրա: Այս աղաջուրը կարող է լրացուցիչ մաքրվել՝ շրջակա միջավայրի վրա դրա ազդեցությունը նվազեցնելու համար, այդպիսով ջրի արժեքին ավելացնելով ևս 0.6-2.40 դոլար/մ³: Բացի այդ, էլեկտրոլիտային ջրի որակը ավելի խիստ է, քան խմելու ջրի, և կարող է հանգեցնել մաքրման ավելի բարձր ծախսերի, սակայն, այնուամենայնիվ, կանխատեսվում է, որ սա փոքր կլինի՝ համեմատած էներգիայի ծախսի հետ:

Ջրածնի արտադրության համար էլեկտրոլիտային ջրի ջրային հետքը շատ կոնկրետ տեղանքի պարամետր է, որը կախված է տեղական ջրի հասանելիությունից, սպառումից, քայքայումից և աղտոտումից: Պետք է հաշվի առնել էկոհամակարգերի հավասարակշռությունը և երկարաժամկետ կլիմայական միտումների ազդեցությունը: Ջրի սպառումը կլինի վերականգնվող ջրածնի ընդլայնման հիմնական խոչընդոտը: