Hversu mikið vatn er notað við rafgreiningu?

Hversu mikið vatn er notað við rafgreiningu

Fyrsta skrefið: Vetnisframleiðsla

Vatnsnotkun kemur úr tveimur skrefum: vetnisframleiðslu og orkuflutningsframleiðslu. Fyrir vetnisframleiðslu er lágmarksnotkun rafleysts vatns um það bil 9 kílógrömm af vatni á hvert kílógramm af vetni. Hins vegar, að teknu tilliti til afsteinunarferlis vatns, getur þetta hlutfall verið á bilinu 18 til 24 kílógrömm af vatni á hvert kílógramm af vetni, eða jafnvel allt að 25,7 til 30,2..

 

Fyrir núverandi framleiðsluferli (metangufuumbreyting) er lágmarksvatnsnotkun 4,5 kgH2O/kgH2 (þarf fyrir efnahvarfið). Að teknu tilliti til vinnsluvatns og kælingar er lágmarksvatnsnotkun 6,4-32,2 kgH2O/kgH2.

 

Skref 2: Orkugjafar (endurnýjanleg rafmagn eða jarðgas)

Annar þáttur er vatnsnotkun til að framleiða endurnýjanlega raforku og jarðgas. Vatnsnotkun sólarorku er á bilinu 50-400 lítrar/MWh (2,4-19 kgH2O/kgH2) og vatnsnotkun vindorku á bilinu 5-45 lítrar/MWh (0,2-2,1 kgH2O/kgH2). Á sama hátt er hægt að auka gasframleiðslu úr skifergasi (byggt á bandarískum gögnum) úr 1,14 kgH2O/kgH2 í 4,9 kgH2O/kgH2.

 

Að lokum má segja að meðalheildarvatnsnotkun vetnis sem framleitt er með sólarorkuframleiðslu og vindorkuframleiðslu sé um 32 og 22 kgH2O/kgH2, talið í sömu röð. Óvissan stafar af sólargeislun, líftíma og kísillinnihaldi. Þessi vatnsnotkun er álíka stór og vetnisframleiðsla úr jarðgasi (7,6-37 kgh2o/kgH2, með meðaltali 22 kgH2O/kgH2).

 

Heildarvatnsspor: Minna þegar endurnýjanleg orka er notuð

Líkt og með losun CO2 er forsenda fyrir lágu vatnsfótspori við rafgreiningu notkun endurnýjanlegra orkugjafa. Ef aðeins lítill hluti rafmagnsins er framleiddur með jarðefnaeldsneyti er vatnsnotkunin sem tengist rafmagni mun meiri en raunverulegt vatn sem notað er við rafgreiningu.

 

Til dæmis getur gasframleiðsla notað allt að 2.500 lítra/MWh af vatni. Þetta er einnig besti kosturinn fyrir jarðefnaeldsneyti (jarðgas). Ef kolagösun er skoðuð getur vetnisframleiðsla notað 31-31,8 kgH2O/kgH2 og kolaframleiðsla 14,7 kgH2O/kgH2. Einnig er búist við að vatnsnotkun frá sólarorku og vindorku muni minnka með tímanum eftir því sem framleiðsluferli verða skilvirkari og orkuframleiðsla á hverja einingu af uppsettri afkastagetu batnar.

 

Heildarvatnsnotkun árið 2050

Gert er ráð fyrir að heimurinn muni nota margfalt meira vetni í framtíðinni en hann gerir í dag. Til dæmis áætlar IRENA í skýrslu sinni um orkuskipti í heiminum að vetnisþörfin árið 2050 verði um 74 EJ, þar af munu um tveir þriðju hlutar koma frá endurnýjanlegu vetni. Til samanburðar er notkunin í dag (hreint vetni) 8,4 EJ.

 

Jafnvel þótt rafgreining á vetni gæti fullnægt vetnisþörfinni allt árið 2050, þá væri vatnsnotkunin um 25 milljarðar rúmmetra. Myndin hér að neðan ber þessa tölu saman við aðrar manngerðar vatnsstrauma. Landbúnaður notar mest magn af vatni, 280 milljarða rúmmetra, en iðnaður notar næstum 800 milljarða rúmmetra og borgir nota 470 milljarða rúmmetra. Núverandi vatnsnotkun við umbreytingu jarðgass og kolagösun til vetnisframleiðslu er um 1,5 milljarðar rúmmetra.

Þó að búist sé við að mikið magn af vatni verði notað vegna breytinga á rafgreiningarferlum og vaxandi eftirspurnar, þá verður vatnsnotkun frá vetnisframleiðslu samt sem áður mun minni en önnur vatnsrennsli sem mannkynið notar. Annað viðmið er að vatnsnotkun á mann er á bilinu 75 (Lúxemborg) og 1.200 (Bandaríkin) rúmmetrar á ári. Með meðaltali 400 m3 / (á mann * ár) jafngildir heildarvetnisframleiðsla árið 2050 framleiðsla á 62 milljónum manna landi.

 

Hversu mikið vatn kostar og hversu mikil orka er notuð

 

kostnaður

Rafgreiningarfrumur þurfa hágæða vatn og þarfnast vatnsmeðhöndlunar. Vatn af lægri gæðum leiðir til hraðari niðurbrots og styttri líftíma. Mörg frumefni, þar á meðal himnur og hvatar sem notaðir eru í basískum efnum, sem og himnur og porous flutningslag PEM, geta orðið fyrir neikvæðum áhrifum af óhreinindum í vatni eins og járni, krómi, kopar o.s.frv. Vatnsleiðni þarf að vera minni en 1μS/cm og heildar lífrænt kolefni minna en 50μg/L.

 

Vatn er tiltölulega lítill hluti af orkunotkun og kostnaði. Versta hugsanlega atburðarásin fyrir báða þætti er afsöltun. Öfug osmósa er aðal tæknin fyrir afsöltun og nemur næstum 70 prósentum af heimsframleiðslugetu. Tæknin kostar $1900-$2000 / m³/dag og hefur námsferil upp á 15%. Miðað við þennan fjárfestingarkostnað er meðhöndlunarkostnaðurinn um $1 / m³ og getur verið lægri á svæðum þar sem rafmagnskostnaður er lágur.

 

Að auki mun flutningskostnaður aukast um 1-2 dollara á fermetra. Jafnvel í þessu tilfelli er kostnaður við vatnshreinsun um 0,05 dollarar/kgH2. Til að setja þetta í samhengi getur kostnaður við endurnýjanlegt vetni verið 2-3 dollarar/kgH2 ef góðar endurnýjanlegar auðlindir eru tiltækar, en kostnaður við meðalauðlind er 4-5 dollarar/kgH2.

 

Í þessari íhaldssömu sviðsmynd myndi vatn kosta minna en 2 prósent af heildarkostnaðinum. Notkun sjávar getur aukið magn endurheimts vatns um 2,5 til 5 falt (miðað við endurheimtarstuðul).

 

Orkunotkun

Ef litið er á orkunotkun afsaltunar er hún einnig mjög lítil miðað við þá raforku sem þarf til að renna inn í rafgreiningarfrumuna. Núverandi virk öfug himnusíueining notar um 3,0 kW/m3. Aftur á móti hafa varmaafsaltunarstöðvar mun meiri orkunotkun, á bilinu 40 til 80 kWh/m3, með viðbótarorkuþörf á bilinu 2,5 til 5 kWh/m3, allt eftir afsaltunartækni. Ef tekið er íhaldssamt tilfelli (þ.e. meiri orkuþörf) samvinnslustöðvar sem dæmi, og gert er ráð fyrir notkun varmadælu, yrði orkuþörfin umreiknuð í um 0,7 kWh/kg af vetni. Til að setja þetta í samhengi er rafmagnsþörf rafgreiningarfrumunnar um 50-55 kWh/kg, svo jafnvel í versta falli er orkuþörfin fyrir afsaltun um 1% af heildarorkuinntaki kerfisins.

 

Ein áskorun við afsöltun er förgun saltvatns, sem getur haft áhrif á vistkerfi sjávar á staðnum. Þetta saltvatn er hægt að meðhöndla frekar til að draga úr umhverfisáhrifum þess, sem bætir við 0,6-2,40 Bandaríkjadölum/m³ við vatnskostnað. Að auki eru gæði rafgreiningarvatns strangari en drykkjarvatns og geta leitt til hærri meðhöndlunarkostnaðar, en það er samt sem áður gert ráð fyrir að þetta sé lítið miðað við orkunotkunina.

Vatnsfótspor rafgreiningarvatns til vetnisframleiðslu er mjög sértæk staðsetningarbreyta sem er háð staðbundinni vatnsframboði, notkun, niðurbroti og mengun. Jafnvægi vistkerfa og áhrif langtíma loftslagsþróunar ætti að hafa í huga. Vatnsnotkun verður mikil hindrun í að auka uppbyggingu endurnýjanlegs vetnis.