इलेक्ट्रोलिसिसमध्ये किती पाणी वापरले जाते?

इलेक्ट्रोलिसिसमध्ये किती पाणी वापरले जाते?

पहिला टप्पा: हायड्रोजन उत्पादन

पाण्याचा वापर दोन टप्प्यांतून होतो: हायड्रोजन उत्पादन आणि अपस्ट्रीम ऊर्जा वाहक उत्पादन. हायड्रोजन उत्पादनासाठी, इलेक्ट्रोलायझ्ड पाण्याचा किमान वापर प्रति किलो हायड्रोजन अंदाजे 9 किलोग्रॅम पाणी आहे. तथापि, पाण्याचे अखनिजीकरण प्रक्रिया लक्षात घेता, हे प्रमाण प्रति किलोग्रॅम हायड्रोजन 18 ते 24 किलोग्रॅम पाणी किंवा 25.7 ते 30.2 पर्यंत असू शकते..

 

सध्याच्या उत्पादन प्रक्रियेसाठी (मिथेन स्टीम रिफॉर्मिंग) किमान पाण्याचा वापर ४.५ किलो एच२ओ/किग्रॅ एच२ (प्रतिक्रियेसाठी आवश्यक) आहे, प्रक्रिया पाणी आणि थंडीकरण लक्षात घेता, किमान पाण्याचा वापर ६.४-३२.२ किलो एच२ओ/किग्रॅ एच२ आहे.

 

पायरी २: ऊर्जा स्रोत (नवीकरणीय वीज किंवा नैसर्गिक वायू)

दुसरा घटक म्हणजे अक्षय वीज आणि नैसर्गिक वायू निर्मितीसाठी पाण्याचा वापर. फोटोव्होल्टेइक उर्जेचा पाण्याचा वापर ५०-४०० लिटर / मेगावॅट तास (२.४-१९ किलोग्राम एच२ओ/किग्रॅ एच२) आणि पवन ऊर्जेचा पाण्याचा वापर ५-४५ लिटर / मेगावॅट तास (०.२-२.१ किलोग्राम एच२ओ/किग्रॅ एच२) दरम्यान असतो. त्याचप्रमाणे, शेल गॅसपासून (अमेरिकेच्या डेटावर आधारित) गॅस उत्पादन १.१४ किलोग्राम एच२ओ/किग्रॅ एच२ वरून ४.९ किलोग्राम एच२ओ/किग्रॅ एच२ पर्यंत वाढवता येते.

 

शेवटी, फोटोव्होल्टेइक वीज निर्मिती आणि पवन ऊर्जा निर्मितीद्वारे निर्माण होणाऱ्या हायड्रोजनचा सरासरी एकूण पाण्याचा वापर अनुक्रमे सुमारे ३२ आणि २२ किलोग्राम एच२ओ/किग्रॅ एच२ आहे. अनिश्चितता सौर किरणोत्सर्ग, आयुष्यमान आणि सिलिकॉन सामग्रीमुळे येते. हा पाण्याचा वापर नैसर्गिक वायूपासून हायड्रोजन उत्पादनाप्रमाणेच आहे (७.६-३७ किलोग्राम एच२ओ/किग्रॅ एच२, सरासरी २२ किलोग्राम एच२ओ/किग्रॅ एच२).

 

एकूण पाण्याचा ठसा: अक्षय ऊर्जेचा वापर करताना कमी

CO2 उत्सर्जनाप्रमाणेच, इलेक्ट्रोलाइटिक मार्गांसाठी कमी पाण्याच्या फूटप्रिंटसाठी एक पूर्वअट म्हणजे अक्षय ऊर्जा स्रोतांचा वापर. जर जीवाश्म इंधनांचा वापर करून विजेचा अगदी थोडासा भाग निर्माण केला गेला, तर विजेशी संबंधित पाण्याचा वापर इलेक्ट्रोलिसिस दरम्यान वापरल्या जाणाऱ्या प्रत्यक्ष पाण्यापेक्षा खूप जास्त असतो.

 

उदाहरणार्थ, गॅस वीज निर्मितीसाठी २,५०० लिटर/मेगावॅट तास पाणी वापरता येते. जीवाश्म इंधनांसाठी (नैसर्गिक वायू) हे सर्वोत्तम पर्याय आहे. जर कोळशाचे गॅसिफिकेशन विचारात घेतले तर हायड्रोजन उत्पादन ३१-३१.८ किलोग्राम एच२ओ/किग्रॅ एच२ वापरू शकते आणि कोळशाचे उत्पादन १४.७ किलोग्राम एच२ओ/किग्रॅ एच२ वापरू शकते. उत्पादन प्रक्रिया अधिक कार्यक्षम होत असल्याने आणि स्थापित क्षमतेच्या प्रति युनिट ऊर्जा उत्पादन सुधारत असल्याने फोटोव्होल्टाइक्स आणि पवन ऊर्जांमधून पाण्याचा वापर देखील कालांतराने कमी होण्याची अपेक्षा आहे.

 

२०५० मध्ये एकूण पाण्याचा वापर

भविष्यात जग आजच्यापेक्षा कितीतरी पट जास्त हायड्रोजन वापरेल अशी अपेक्षा आहे. उदाहरणार्थ, IRENA च्या वर्ल्ड एनर्जी ट्रान्झिशन आउटलुकचा अंदाज आहे की २०५० मध्ये हायड्रोजनची मागणी सुमारे ७४EJ असेल, ज्यापैकी सुमारे दोन तृतीयांश अक्षय हायड्रोजनपासून येईल. तुलनेने, आज (शुद्ध हायड्रोजन) ८.४EJ आहे.

 

जरी इलेक्ट्रोलाइटिक हायड्रोजन संपूर्ण २०५० ची हायड्रोजनची मागणी पूर्ण करू शकले तरी पाण्याचा वापर सुमारे २५ अब्ज घनमीटर असेल. खालील आकृती ही आकडेवारी मानवनिर्मित इतर पाण्याच्या वापराच्या प्रवाहांशी तुलना करते. शेतीमध्ये सर्वाधिक २८० अब्ज घनमीटर पाणी वापरले जाते, तर उद्योगांमध्ये सुमारे ८०० अब्ज घनमीटर आणि शहरांमध्ये ४७० अब्ज घनमीटर पाणी वापरले जाते. हायड्रोजन उत्पादनासाठी नैसर्गिक वायू सुधारणा आणि कोळसा गॅसिफिकेशनचा सध्याचा पाण्याचा वापर सुमारे १.५ अब्ज घनमीटर आहे.

अशाप्रकारे, इलेक्ट्रोलाइटिक मार्गांमधील बदल आणि वाढत्या मागणीमुळे मोठ्या प्रमाणात पाण्याचा वापर अपेक्षित असला तरी, हायड्रोजन उत्पादनातून होणारा पाण्याचा वापर मानवांनी वापरलेल्या इतर प्रवाहांपेक्षा खूपच कमी असेल. आणखी एक संदर्भ मुद्दा असा आहे की दरडोई पाण्याचा वापर दरवर्षी ७५ (लक्झेंबर्ग) आणि १,२०० (यूएस) घनमीटर दरम्यान आहे. सरासरी ४०० घनमीटर / (दरडोई * वर्ष), २०५० मध्ये एकूण हायड्रोजन उत्पादन ६२ दशलक्ष लोकसंख्येच्या देशाच्या समतुल्य आहे.

 

पाण्याचा खर्च किती आणि किती ऊर्जा वापरली जाते

 

खर्च

इलेक्ट्रोलाइटिक पेशींना उच्च दर्जाचे पाणी आवश्यक असते आणि त्यांना पाण्यावर प्रक्रिया करावी लागते. कमी दर्जाच्या पाण्यामुळे जलद क्षय होतो आणि आयुष्य कमी होते. डायफ्राम आणि अल्कधर्मांमध्ये वापरले जाणारे उत्प्रेरक, तसेच PEM चे पडदा आणि सच्छिद्र वाहतूक थर यासह अनेक घटकांवर लोह, क्रोमियम, तांबे इत्यादी पाण्यातील अशुद्धतेचा प्रतिकूल परिणाम होऊ शकतो. पाण्याची चालकता 1μS/cm पेक्षा कमी आणि एकूण सेंद्रिय कार्बन 50μg/L पेक्षा कमी असणे आवश्यक आहे.

 

ऊर्जेच्या वापरात आणि खर्चात पाण्याचा वाटा तुलनेने कमी असतो. दोन्ही पॅरामीटर्ससाठी सर्वात वाईट परिस्थिती म्हणजे डिसॅलिनेशन. रिव्हर्स ऑस्मोसिस हे डिसॅलिनेशनसाठी मुख्य तंत्रज्ञान आहे, जे जागतिक क्षमतेच्या जवळजवळ ७० टक्के आहे. या तंत्रज्ञानाची किंमत $१९००- $२००० / m³/d आहे आणि त्याचा लर्निंग कर्व्ह रेट १५% आहे. या गुंतवणूक खर्चावर, उपचार खर्च सुमारे $१ / m³ आहे आणि ज्या भागात वीज खर्च कमी आहे तेथे कमी असू शकतो.

 

याव्यतिरिक्त, शिपिंग खर्च प्रति चौरस मीटर सुमारे $१-२ ने वाढेल. या प्रकरणातही, पाणी प्रक्रिया खर्च सुमारे $०.०५ /kgH2 आहे. या दृष्टिकोनातून, चांगले अक्षय संसाधने उपलब्ध असल्यास अक्षय हायड्रोजनची किंमत $२-३ /kgH2 असू शकते, तर सरासरी संसाधनाची किंमत $४-५ /kgH2 आहे.

 

तर या रूढीवादी परिस्थितीत, पाण्याची किंमत एकूण खर्चाच्या २ टक्क्यांपेक्षा कमी असेल. समुद्राच्या पाण्याचा वापर केल्याने पुनर्प्राप्त होणाऱ्या पाण्याचे प्रमाण २.५ ते ५ पट वाढू शकते (पुनर्प्राप्ती घटकाच्या बाबतीत).

 

ऊर्जेचा वापर

डिसॅलिनेशनच्या ऊर्जेच्या वापराकडे पाहता, इलेक्ट्रोलाइटिक सेलमध्ये इनपुट करण्यासाठी लागणाऱ्या विजेच्या तुलनेत ते खूपच कमी आहे. सध्या कार्यरत असलेले रिव्हर्स ऑस्मोसिस युनिट सुमारे 3.0 kW/m3 वापरते. याउलट, थर्मल डिसॅलिनेशन प्लांट्समध्ये 40 ते 80 KWH/m3 पर्यंत जास्त ऊर्जा वापरली जाते, तर डिसॅलिनेशन तंत्रज्ञानावर अवलंबून 2.5 ते 5 KWH/m3 पर्यंत अतिरिक्त वीज आवश्यकता असते. सह-निर्मिती संयंत्राची रूढीवादी केस (म्हणजे जास्त ऊर्जा मागणी) उदाहरण म्हणून घेतल्यास, उष्णता पंपाचा वापर गृहीत धरल्यास, ऊर्जेची मागणी सुमारे 0.7kWh/kg हायड्रोजनमध्ये रूपांतरित होईल. या दृष्टिकोनातून, इलेक्ट्रोलाइटिक सेलची वीज मागणी सुमारे 50-55kWh/kg आहे, म्हणून सर्वात वाईट परिस्थितीतही, डिसॅलिनेशनसाठी ऊर्जेची मागणी सिस्टमला एकूण ऊर्जेच्या इनपुटच्या सुमारे 1% आहे.

 

खाऱ्या पाण्याचे विल्हेवाट लावण्याचे एक आव्हान म्हणजे खाऱ्या पाण्याची विल्हेवाट लावणे, ज्याचा स्थानिक सागरी परिसंस्थांवर परिणाम होऊ शकतो. या खाऱ्या पाण्यावर त्याचा पर्यावरणीय परिणाम कमी करण्यासाठी आणखी प्रक्रिया केली जाऊ शकते, ज्यामुळे पाण्याच्या किमतीत आणखी $0.6-2.40/m³ वाढ होते. याव्यतिरिक्त, इलेक्ट्रोलाइटिक पाण्याची गुणवत्ता पिण्याच्या पाण्यापेक्षा अधिक कठोर आहे आणि त्यामुळे प्रक्रिया खर्च जास्त असू शकतो, परंतु वीज इनपुटच्या तुलनेत हे अजूनही कमी असण्याची अपेक्षा आहे.

हायड्रोजन उत्पादनासाठी इलेक्ट्रोलाइटिक पाण्याचा पाण्याचा ठसा हा एक अतिशय विशिष्ट स्थान पॅरामीटर आहे जो स्थानिक पाण्याची उपलब्धता, वापर, ऱ्हास आणि प्रदूषण यावर अवलंबून असतो. परिसंस्थेचा समतोल आणि दीर्घकालीन हवामान ट्रेंडचा प्रभाव विचारात घेतला पाहिजे. अक्षय हायड्रोजन वाढवण्यासाठी पाण्याचा वापर हा एक मोठा अडथळा असेल.