Pira banyu sing dikonsumsi nalika elektrolisis?

Pira banyu sing dikonsumsi dening elektrolisis

Langkah siji: Produksi hidrogen

Konsumsi banyu dumadi saka rong langkah: produksi hidrogen lan produksi pembawa energi hulu. Kanggo produksi hidrogen, konsumsi minimal banyu sing dielektrolisis kira-kira 9 kilogram banyu saben kilogram hidrogen. Nanging, kanthi nggatekake proses demineralisasi banyu, rasio iki bisa antara 18 nganti 24 kilogram banyu saben kilogram hidrogen, utawa malah nganti 25,7 nganti 30,2..

 

Kanggo proses produksi sing wis ana (metana steam reforming), konsumsi banyu minimal yaiku 4,5 kgH2O/kgH2 (dibutuhake kanggo reaksi), kanthi nggatekake banyu proses lan pendinginan, konsumsi banyu minimal yaiku 6,4-32,2 kgH2O/kgH2.

 

Langkah 2: Sumber energi (listrik sing bisa dianyari utawa gas alam)

Komponen liyané yaiku konsumsi banyu kanggo ngasilaké listrik sing bisa dianyari lan gas alam. Konsumsi banyu saka daya fotovoltaik beda-beda antara 50-400 liter /MWh (2,4-19kgH2O/kgH2) lan tenaga angin antara 5-45 liter /MWh (0,2-2,1kgH2O/kgH2). Kajaba iku, produksi gas saka gas shale (adhedhasar data AS) bisa ditambah saka 1,14kgH2O/kgH2 dadi 4,9kgH2O/kgH2.

 

Kesimpulane, rata-rata total konsumsi banyu hidrogen sing diasilake saka pembangkit listrik fotovoltaik lan pembangkit listrik tenaga angin yaiku udakara 32 lan 22 kgH2O/kgH2. Ketidakpastian kasebut asale saka radiasi surya, umur urip, lan kandungan silikon. Konsumsi banyu iki padha karo produksi hidrogen saka gas alam (7,6-37 kgh2o/kgH2, kanthi rata-rata 22 kgH2O/kgH2).

 

Total jejak banyu: Luwih murah nalika nggunakake energi terbarukan

Kaya dene emisi CO2, prasyarat kanggo jejak banyu sing sithik kanggo rute elektrolitik yaiku panggunaan sumber energi terbarukan. Yen mung sebagian cilik saka listrik sing diasilake nggunakake bahan bakar fosil, konsumsi banyu sing ana gandhengane karo listrik luwih dhuwur tinimbang banyu sing dikonsumsi sajrone elektrolisis.

 

Umpamane, pembangkit listrik gas bisa nggunakake nganti 2.500 liter /MWh banyu. Iki uga minangka kasus paling apik kanggo bahan bakar fosil (gas alam). Yen gasifikasi batu bara dianggep, produksi hidrogen bisa ngonsumsi 31-31,8 kgH2O / kgH2 lan produksi batu bara bisa ngonsumsi 14,7 kgH2O / kgH2. Konsumsi banyu saka fotovoltaik lan angin uga diarepake bakal mudhun seiring wektu amarga proses manufaktur dadi luwih efisien lan output energi saben unit kapasitas sing dipasang saya apik.

 

Total konsumsi banyu ing taun 2050

Donya diarepake bakal nggunakake hidrogen kaping pirang-pirang luwih akeh ing mangsa ngarep tinimbang saiki. Contone, World Energy Transitions Outlook IRENA ngira-ngira yen panjaluk hidrogen ing taun 2050 bakal udakara 74EJ, sing udakara rong pertiga bakal asale saka hidrogen sing bisa dianyari. Kanggo perbandingan, saiki (hidrogen murni) yaiku 8.4EJ.

 

Sanajan hidrogen elektrolitik bisa nyukupi kabutuhan hidrogen kanggo kabeh taun 2050, konsumsi banyu bakal udakara 25 milyar meter kubik. Gambar ing ngisor iki mbandhingake angka iki karo aliran konsumsi banyu buatan manungsa liyane. Pertanian nggunakake jumlah paling gedhe yaiku 280 milyar meter kubik banyu, dene industri nggunakake meh 800 milyar meter kubik lan kutha nggunakake 470 milyar meter kubik. Konsumsi banyu saiki saka reformasi gas alam lan gasifikasi batu bara kanggo produksi hidrogen udakara 1,5 milyar meter kubik.

Dadi, sanajan banyu akeh sing diarepake bakal dikonsumsi amarga owah-owahan ing jalur elektrolitik lan panjaluk sing saya tambah, konsumsi banyu saka produksi hidrogen isih bakal luwih cilik tinimbang aliran liyane sing digunakake dening manungsa. Titik referensi liyane yaiku konsumsi banyu per kapita antara 75 (Luksemburg) lan 1.200 (AS) meter kubik saben taun. Rata-rata 400 m3 / (per kapita * taun), total produksi hidrogen ing taun 2050 padha karo negara sing duwe 62 yuta wong.

 

Pira regane banyu lan pira energi sing digunakake

 

biaya

Sel elektrolitik mbutuhake banyu sing berkualitas tinggi lan mbutuhake pangolahan banyu. Banyu sing berkualitas rendah nyebabake degradasi sing luwih cepet lan umur sing luwih cendhek. Akeh unsur, kalebu diafragma lan katalis sing digunakake ing alkali, uga membran lan lapisan transportasi berpori PEM, bisa kena pengaruh negatif dening rereged banyu kayata wesi, kromium, tembaga, lan liya-liyane. Konduktivitas banyu kudu kurang saka 1μS/cm lan total karbon organik kurang saka 50μg/L.

 

Banyu nyumbang bagean sing relatif cilik saka konsumsi energi lan biaya. Skenario paling awon kanggo kaloro parameter kasebut yaiku desalinasi. Osmosis terbalik minangka teknologi utama kanggo desalinasi, sing nyumbang meh 70 persen saka kapasitas global. Teknologi kasebut regane $1900- $2000 / m³ / d lan duwe tingkat kurva pembelajaran 15%. Kanthi biaya investasi iki, biaya perawatan udakara $1 / m³, lan bisa uga luwih murah ing wilayah sing biaya listrik murah.

 

Kajaba iku, biaya pengiriman bakal mundhak udakara $1-2 saben m³. Sanajan ing kasus iki, biaya pangolahan banyu udakara $0,05 /kgH2. Kanggo menehi perspektif, biaya hidrogen sing bisa dianyari bisa dadi $2-3 /kgH2 yen sumber daya sing bisa dianyari kasedhiya, dene biaya sumber daya rata-rata yaiku $4-5 /kgH2.

 

Dadi ing skenario konservatif iki, banyu bakal regane kurang saka 2 persen saka total. Panggunaan banyu segara bisa nambah jumlah banyu sing dipulihake nganti 2,5 nganti 5 kali lipat (saka segi faktor pemulihan).

 

Konsumsi energi

Ndeleng konsumsi energi desalinasi, iki uga cilik banget dibandhingake karo jumlah listrik sing dibutuhake kanggo nglebokake sel elektrolitik. Unit osmosis terbalik sing beroperasi saiki ngonsumsi udakara 3,0 kW/m3. Kosok baline, pabrik desalinasi termal duwe konsumsi energi sing luwih dhuwur, wiwit saka 40 nganti 80 KWH/m3, kanthi kabutuhan daya tambahan wiwit saka 2,5 nganti 5 KWH/m3, gumantung saka teknologi desalinasi. Njupuk kasus konservatif (yaiku panjaluk energi sing luwih dhuwur) saka pabrik kogenerasi minangka conto, kanthi nganggep panggunaan pompa panas, panjaluk energi bakal diowahi dadi udakara 0,7 kWh/kg hidrogen. Kanggo menehi perspektif iki, panjaluk listrik sel elektrolitik udakara 50-55 kWh/kg, dadi sanajan ing skenario paling ala, panjaluk energi kanggo desalinasi udakara 1% saka total input energi menyang sistem.

 

Salah sawijining tantangan desalinasi yaiku mbuwang banyu asin, sing bisa nduweni dampak marang ekosistem Laut lokal. Banyu asin iki bisa diolah luwih lanjut kanggo nyuda dampak lingkungan, saengga nambah $0,6-2,40 /m³ kanggo biaya banyu. Kajaba iku, kualitas banyu elektrolitik luwih ketat tinimbang banyu ngombe lan bisa nyebabake biaya perawatan sing luwih dhuwur, nanging iki isih diarepake cilik dibandhingake karo input daya.

Jejak banyu saka banyu elektrolitik kanggo produksi hidrogen minangka parameter lokasi sing spesifik banget sing gumantung saka kasedhiyan banyu lokal, konsumsi, degradasi, lan polusi. Keseimbangan ekosistem lan dampak tren iklim jangka panjang kudu ditimbang. Konsumsi banyu bakal dadi alangan utama kanggo ningkatake hidrogen sing bisa dianyari.