വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിന് എത്ര വെള്ളം ഉപയോഗിക്കുന്നു?

വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിലൂടെ എത്ര വെള്ളം ഉപയോഗിക്കുന്നു?

ഘട്ടം ഒന്ന്: ഹൈഡ്രജൻ ഉത്പാദനം

ജല ഉപഭോഗം രണ്ട് ഘട്ടങ്ങളിലൂടെയാണ് സംഭവിക്കുന്നത്: ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനവും അപ്‌സ്ട്രീം എനർജി കാരിയർ ഉൽപാദനവും. ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനത്തിന്, വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം ചെയ്ത വെള്ളത്തിന്റെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ഉപഭോഗം ഒരു കിലോഗ്രാം ഹൈഡ്രജന് ഏകദേശം 9 കിലോഗ്രാം വെള്ളമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ജലത്തിന്റെ ഡീമിനറലൈസേഷൻ പ്രക്രിയ കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ, ഈ അനുപാതം ഒരു കിലോഗ്രാം ഹൈഡ്രജന് 18 മുതൽ 24 കിലോഗ്രാം വരെ വെള്ളമാകാം, അല്ലെങ്കിൽ 25.7 മുതൽ 30.2 വരെ ഉയർന്നേക്കാം..

 

നിലവിലുള്ള ഉൽ‌പാദന പ്രക്രിയയ്ക്ക് (മീഥെയ്ൻ നീരാവി പരിഷ്കരണം), ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ജല ഉപഭോഗം 4.5kgH2O/kgH2 ആണ് (പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന് ആവശ്യമാണ്), പ്രോസസ്സ് വെള്ളവും തണുപ്പിക്കലും കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ, ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ജല ഉപഭോഗം 6.4-32.2kgH2O/kgH2 ആണ്.

 

ഘട്ടം 2: ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകൾ (പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന വൈദ്യുതി അല്ലെങ്കിൽ പ്രകൃതിവാതകം)

പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന വൈദ്യുതിയും പ്രകൃതിവാതകവും ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ജല ഉപഭോഗമാണ് മറ്റൊരു ഘടകം. ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് വൈദ്യുതിയുടെ ജല ഉപഭോഗം 50-400 ലിറ്റർ /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) നും കാറ്റാടി വൈദ്യുതിയുടെ ജല ഉപഭോഗം 5-45 ലിറ്റർ /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2) നും ഇടയിൽ വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു. അതുപോലെ, ഷെയ്ൽ ഗ്യാസിൽ നിന്നുള്ള വാതക ഉൽപ്പാദനം (യുഎസ് ഡാറ്റയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി) 1.14kgH2O/kgH2 ൽ നിന്ന് 4.9kgH2O/kgH2 ആയി വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.

 

ഉപസംഹാരമായി, ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് വൈദ്യുതി ഉൽ‌പാദനത്തിലൂടെയും കാറ്റിൽ നിന്നുള്ള വൈദ്യുതി ഉൽ‌പാദനത്തിലൂടെയും ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഹൈഡ്രജന്റെ ശരാശരി മൊത്തം ജല ഉപഭോഗം യഥാക്രമം ഏകദേശം 32 ഉം 22kgH2O/kgH2 ഉം ആണ്. സൗരോർജ്ജ വികിരണം, ആയുസ്സ്, സിലിക്കൺ ഉള്ളടക്കം എന്നിവയിൽ നിന്നാണ് അനിശ്ചിതത്വങ്ങൾ ഉണ്ടാകുന്നത്. പ്രകൃതിവാതകത്തിൽ നിന്നുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ഉൽ‌പാദനത്തിന്റെ അതേ അളവിലാണ് ഈ ജല ഉപഭോഗം (7.6-37 kgh2o /kgH2, ശരാശരി 22kgH2O/kgH2).

 

മൊത്തം ജലത്തിന്റെ അളവ്: പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന ഊർജ്ജം ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ കുറവ്.

CO2 ഉദ്‌വമനം പോലെ, വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണ പാതകൾക്ക് കുറഞ്ഞ ജലനിരപ്പിന് ഒരു മുൻവ്യവസ്ഥ പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകളുടെ ഉപയോഗമാണ്. ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് വൈദ്യുതിയുടെ ഒരു ചെറിയ ഭാഗം മാത്രമേ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നുള്ളൂവെങ്കിൽ, വൈദ്യുതിയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ജല ഉപഭോഗം വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണ സമയത്ത് ഉപയോഗിക്കുന്ന യഥാർത്ഥ വെള്ളത്തേക്കാൾ വളരെ കൂടുതലാണ്.

 

ഉദാഹരണത്തിന്, ഗ്യാസ് വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദനത്തിന് 2,500 ലിറ്റർ / മെഗാവാട്ട് വരെ വെള്ളം ഉപയോഗിക്കാം. ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങൾക്കും (പ്രകൃതിവാതകം) ഇത് ഏറ്റവും മികച്ച സാഹചര്യമാണ്. കൽക്കരി വാതകവൽക്കരണം പരിഗണിക്കുകയാണെങ്കിൽ, ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപ്പാദനം 31-31.8kgH2O/kgH2 ഉം കൽക്കരി ഉൽപ്പാദനം 14.7kgH2O/kgH2 ഉം ഉപയോഗിക്കാം. നിർമ്മാണ പ്രക്രിയകൾ കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമമാവുകയും സ്ഥാപിത ശേഷിയുടെ യൂണിറ്റിന് ഊർജ്ജ ഉൽപ്പാദനം മെച്ചപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നതിനാൽ ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്‌ക്സിൽ നിന്നും കാറ്റിൽ നിന്നുമുള്ള ജല ഉപഭോഗം കാലക്രമേണ കുറയുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.

 

2050-ലെ മൊത്തം ജല ഉപഭോഗം

ലോകം ഇന്നത്തേതിനേക്കാൾ പലമടങ്ങ് കൂടുതൽ ഹൈഡ്രജൻ ഭാവിയിൽ ഉപയോഗിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, IRENA യുടെ വേൾഡ് എനർജി ട്രാൻസിഷൻസ് ഔട്ട്‌ലുക്ക് കണക്കാക്കുന്നത് 2050-ൽ ഹൈഡ്രജന്റെ ആവശ്യം ഏകദേശം 74EJ ആയിരിക്കുമെന്നാണ്, അതിൽ മൂന്നിൽ രണ്ട് ഭാഗവും പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന ഹൈഡ്രജനിൽ നിന്നായിരിക്കും. താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഇന്ന് (ശുദ്ധമായ ഹൈഡ്രജൻ) 8.4EJ ആണ്.

 

2050 മുഴുവൻ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണ ഹൈഡ്രജനുമൊത്ത് ഹൈഡ്രജന്റെ ആവശ്യകത നിറവേറ്റാൻ കഴിഞ്ഞാലും, ജല ഉപഭോഗം ഏകദേശം 25 ബില്യൺ ക്യുബിക് മീറ്ററായിരിക്കും. താഴെയുള്ള ചിത്രം ഈ കണക്കിനെ മറ്റ് മനുഷ്യനിർമ്മിത ജല ഉപഭോഗ പ്രവാഹങ്ങളുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുന്നു. കൃഷി ഏറ്റവും കൂടുതൽ 280 ബില്യൺ ക്യുബിക് മീറ്റർ വെള്ളം ഉപയോഗിക്കുന്നു, അതേസമയം വ്യവസായം ഏകദേശം 800 ബില്യൺ ക്യുബിക് മീറ്ററും നഗരങ്ങൾ 470 ബില്യൺ ക്യുബിക് മീറ്ററും ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനത്തിനായി പ്രകൃതിവാതക പരിഷ്കരണത്തിന്റെയും കൽക്കരി ഗ്യാസിഫിക്കേഷന്റെയും നിലവിലെ ജല ഉപഭോഗം ഏകദേശം 1.5 ബില്യൺ ക്യുബിക് മീറ്ററാണ്.

അതിനാൽ, വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണ പാതകളിലെ മാറ്റങ്ങളും വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ആവശ്യകതയും കാരണം വലിയ അളവിൽ വെള്ളം ഉപയോഗിക്കപ്പെടുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനത്തിൽ നിന്നുള്ള ജല ഉപഭോഗം മനുഷ്യർ ഉപയോഗിക്കുന്ന മറ്റ് പ്രവാഹങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച് വളരെ കുറവായിരിക്കും. മറ്റൊരു റഫറൻസ് പോയിന്റ്, പ്രതിശീർഷ ജല ഉപഭോഗം പ്രതിവർഷം 75 (ലക്സംബർഗ്) നും 1,200 (യുഎസ്) ക്യുബിക് മീറ്ററിനും ഇടയിലാണെന്നതാണ്. ശരാശരി 400 m3 / (പ്രതിശീർഷ * വർഷം), 2050 ലെ മൊത്തം ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനം 62 ദശലക്ഷം ജനങ്ങളുള്ള ഒരു രാജ്യത്തിന്റെ ഉൽപാദനത്തിന് തുല്യമാണ്.

 

വെള്ളത്തിന് എത്ര ചിലവാകും, എത്ര വൈദ്യുതി ഉപയോഗിക്കുന്നു

 

ചെലവ്

ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകൾക്ക് ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള വെള്ളം ആവശ്യമാണ്, കൂടാതെ ജലശുദ്ധീകരണവും ആവശ്യമാണ്. ഗുണനിലവാരം കുറഞ്ഞ വെള്ളം വേഗത്തിലുള്ള ഡീഗ്രേഡേഷനിലേക്കും ആയുസ്സ് കുറയ്ക്കുന്നതിലേക്കും നയിക്കുന്നു. ക്ഷാരങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഡയഫ്രങ്ങൾ, കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ, PEM ന്റെ മെംബ്രണുകൾ, സുഷിര ഗതാഗത പാളികൾ എന്നിവയുൾപ്പെടെ നിരവധി ഘടകങ്ങളെ ഇരുമ്പ്, ക്രോമിയം, ചെമ്പ് തുടങ്ങിയ ജല മാലിന്യങ്ങൾ പ്രതികൂലമായി ബാധിച്ചേക്കാം. ജലചാലകത 1μS/cm-ൽ താഴെയും മൊത്തം ജൈവ കാർബൺ 50μg/L-ൽ താഴെയും ആയിരിക്കണം.

 

ഊർജ്ജ ഉപഭോഗത്തിലും ചെലവിലും താരതമ്യേന ചെറിയ പങ്ക് വെള്ളത്തിനാണ്. രണ്ട് പാരാമീറ്ററുകളുടെയും ഏറ്റവും മോശം സാഹചര്യം ഡീസലൈനേഷനാണ്. ഡീസലൈനേഷനുള്ള പ്രധാന സാങ്കേതികവിദ്യ റിവേഴ്സ് ഓസ്മോസിസ് ആണ്, ഇത് ആഗോള ശേഷിയുടെ ഏകദേശം 70 ശതമാനമാണ്. ഈ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് $1900- $2000 / m³/d ചിലവാകും, കൂടാതെ 15% പഠന വക്ര നിരക്കുമുണ്ട്. ഈ നിക്ഷേപ ചെലവിൽ, ചികിത്സാ ചെലവ് ഏകദേശം $1 / m³ ആണ്, വൈദ്യുതി ചെലവ് കുറവുള്ള പ്രദേശങ്ങളിൽ ഇത് കുറവായിരിക്കാം.

 

കൂടാതെ, ഷിപ്പിംഗ് ചെലവ് ഒരു m³ ന് ഏകദേശം $1-2 വർദ്ധിക്കും. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ പോലും, ജലശുദ്ധീകരണ ചെലവ് ഏകദേശം $0.05 /kgH2 ആണ്. ഇത് കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ, നല്ല പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന വിഭവങ്ങൾ ലഭ്യമാണെങ്കിൽ പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന ഹൈഡ്രജന്റെ വില $2-3 /kgH2 ആകാം, അതേസമയം ശരാശരി വിഭവത്തിന്റെ വില $4-5 /kgH2 ആണ്.

 

അതിനാൽ ഈ യാഥാസ്ഥിതിക സാഹചര്യത്തിൽ, വെള്ളത്തിന് ആകെ ചെലവിന്റെ 2 ശതമാനത്തിൽ താഴെ മാത്രമേ ചെലവാകൂ. കടൽവെള്ളത്തിന്റെ ഉപയോഗം വീണ്ടെടുക്കുന്ന വെള്ളത്തിന്റെ അളവ് 2.5 മുതൽ 5 മടങ്ങ് വരെ വർദ്ധിപ്പിക്കും (വീണ്ടെടുക്കൽ ഘടകത്തിന്റെ കാര്യത്തിൽ).

 

ഊർജ്ജ ഉപഭോഗം

ഉപ്പുവെള്ളം നീക്കം ചെയ്യുന്നതിലൂടെ ലഭിക്കുന്ന ഊർജ്ജ ഉപഭോഗം നോക്കുമ്പോൾ, ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലിലേക്ക് ഇൻപുട്ട് ചെയ്യാൻ ആവശ്യമായ വൈദ്യുതിയുടെ അളവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഇത് വളരെ ചെറുതാണ്. നിലവിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന റിവേഴ്സ് ഓസ്മോസിസ് യൂണിറ്റ് ഏകദേശം 3.0 kW/m3 ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇതിനു വിപരീതമായി, താപ ഉപ്പുവെള്ളം നീക്കം ചെയ്യൽ പ്ലാന്റുകൾക്ക് വളരെ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ഉപഭോഗമുണ്ട്, 40 മുതൽ 80 KWH/m3 വരെ, ഡീസലൈനേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയെ ആശ്രയിച്ച് 2.5 മുതൽ 5 KWH/m3 വരെ അധിക വൈദ്യുതി ആവശ്യകതകളുണ്ട്. ഒരു കോജനറേഷൻ പ്ലാന്റിന്റെ യാഥാസ്ഥിതിക കേസ് (അതായത് ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ആവശ്യം) ഉദാഹരണമായി എടുക്കുകയാണെങ്കിൽ, ഒരു ഹീറ്റ് പമ്പിന്റെ ഉപയോഗം അനുമാനിക്കുകയാണെങ്കിൽ, ഊർജ്ജ ആവശ്യം ഏകദേശം 0.7kWh/kg ഹൈഡ്രജനായി പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടും. ഇത് വീക്ഷണകോണിൽ പറഞ്ഞാൽ, ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലിന്റെ വൈദ്യുതി ആവശ്യകത ഏകദേശം 50-55kWh/kg ആണ്, അതിനാൽ ഏറ്റവും മോശം സാഹചര്യത്തിൽ പോലും, ഉപ്പുവെള്ളം നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനുള്ള ഊർജ്ജ ആവശ്യകത സിസ്റ്റത്തിലേക്കുള്ള മൊത്തം ഊർജ്ജ ഇൻപുട്ടിന്റെ 1% ആണ്.

 

ഉപ്പുവെള്ളം നീക്കം ചെയ്യുന്നതാണ് ഡീസലൈനേഷന്റെ ഒരു വെല്ലുവിളി, ഇത് പ്രാദേശിക സമുദ്ര ആവാസവ്യവസ്ഥയെ ബാധിച്ചേക്കാം. പാരിസ്ഥിതിക ആഘാതം കുറയ്ക്കുന്നതിന് ഈ ഉപ്പുവെള്ളം കൂടുതൽ സംസ്കരിക്കാൻ കഴിയും, അങ്ങനെ വെള്ളത്തിന്റെ വിലയിൽ $0.6-2.40 /m³ കൂടി ചേർക്കുന്നു. കൂടാതെ, കുടിവെള്ളത്തേക്കാൾ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണ ജലത്തിന്റെ ഗുണനിലവാരം കൂടുതൽ കർശനമാണ്, ഇത് ഉയർന്ന സംസ്കരണ ചെലവുകൾക്ക് കാരണമായേക്കാം, പക്ഷേ വൈദ്യുതി ഇൻപുട്ടുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഇത് ഇപ്പോഴും ചെറുതായിരിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.

ഹൈഡ്രജൻ ഉൽ‌പാദനത്തിനായുള്ള ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് ജലത്തിന്റെ ജല കാൽപ്പാട് പ്രാദേശിക ജലലഭ്യത, ഉപഭോഗം, നശീകരണം, മലിനീകരണം എന്നിവയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്ന വളരെ നിർദ്ദിഷ്ട സ്ഥാന പാരാമീറ്ററാണ്. ആവാസവ്യവസ്ഥകളുടെ സന്തുലിതാവസ്ഥയും ദീർഘകാല കാലാവസ്ഥാ പ്രവണതകളുടെ ആഘാതവും പരിഗണിക്കണം. പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന ഹൈഡ്രജന്റെ അളവ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ജല ഉപഭോഗം ഒരു പ്രധാന തടസ്സമായിരിക്കും.