Kemm ilma jiġi kkunsmat bl-elettroliżi
L-ewwel pass: Il-produzzjoni tal-idroġenu
Il-konsum tal-ilma jiġi minn żewġ stadji: il-produzzjoni tal-idroġenu u l-produzzjoni upstream tat-trasportatur tal-enerġija. Għall-produzzjoni tal-idroġenu, il-konsum minimu ta' ilma elettrolizzat huwa ta' madwar 9 kilogrammi ta' ilma għal kull kilogramma ta' idroġenu. Madankollu, meta jitqies il-proċess ta' demineralizzazzjoni tal-ilma, dan il-proporzjon jista' jvarja minn 18 sa 24 kilogramma ta' ilma għal kull kilogramma ta' idroġenu, jew saħansitra sa 25.7 sa 30.2..
Għall-proċess ta' produzzjoni eżistenti (riformar bil-fwar tal-metanu), il-konsum minimu tal-ilma huwa ta' 4.5kgH2O/kgH2 (meħtieġ għar-reazzjoni), filwaqt li jitqies l-ilma tal-proċess u t-tkessiħ, il-konsum minimu tal-ilma huwa ta' 6.4-32.2kgH2O/kgH2.
Pass 2: Sorsi tal-enerġija (elettriku rinnovabbli jew gass naturali)
Komponent ieħor huwa l-konsum tal-ilma biex jiġi prodott elettriku rinnovabbli u gass naturali. Il-konsum tal-ilma tal-enerġija fotovoltajka jvarja bejn 50-400 litru/MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) u dak tal-enerġija mir-riħ bejn 5-45 litru/MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2). Bl-istess mod, il-produzzjoni tal-gass mill-gass tax-shale (ibbażata fuq dejta tal-Istati Uniti) tista' tiżdied minn 1.14kgH2O/kgH2 għal 4.9kgH2O/kgH2.
Bħala konklużjoni, il-konsum totali medju tal-ilma tal-idroġenu ġġenerat mill-ġenerazzjoni tal-enerġija fotovoltajka u l-ġenerazzjoni tal-enerġija mir-riħ huwa ta’ madwar 32 u 22kgH2O/kgH2, rispettivament. L-inċertezzi ġejjin mir-radjazzjoni solari, il-ħajja u l-kontenut tas-silikon. Dan il-konsum tal-ilma huwa tal-istess ordni ta’ kobor bħall-produzzjoni tal-idroġenu mill-gass naturali (7.6-37 kgh2o /kgH2, b’medja ta’ 22kgH2O/kgH2).
Impronta totali tal-ilma: Inqas meta tintuża enerġija rinnovabbli
Simili għall-emissjonijiet tas-CO2, prerekwiżit għal impronta baxxa tal-ilma għal rotot elettrolitiċi huwa l-użu ta' sorsi ta' enerġija rinnovabbli. Jekk frazzjoni żgħira biss tal-elettriku tiġi ġġenerata bl-użu ta' fjuwils fossili, il-konsum tal-ilma assoċjat mal-elettriku huwa ħafna ogħla mill-ilma attwali kkunsmat waqt l-elettroliżi.
Pereżempju, il-ġenerazzjoni tal-enerġija mill-gass tista’ tuża sa 2,500 litru/MWh ta’ ilma. Huwa wkoll l-aħjar każ għall-fjuwils fossili (gass naturali). Jekk tiġi kkunsidrata l-gassifikazzjoni tal-faħam, il-produzzjoni tal-idroġenu tista’ tikkonsma 31-31.8kgH2O/kgH2 u l-produzzjoni tal-faħam tista’ tikkonsma 14.7kgH2O/kgH2. Il-konsum tal-ilma mill-fotovoltajċi u mir-riħ huwa mistenni wkoll li jonqos maż-żmien hekk kif il-proċessi tal-manifattura jsiru aktar effiċjenti u l-produzzjoni tal-enerġija għal kull unità ta’ kapaċità installata titjieb.
Konsum totali tal-ilma fl-2050
Id-dinja mistennija tuża ħafna aktar idroġenu fil-futur milli tuża llum. Pereżempju, il-World Energy Transitions Outlook tal-IRENA tistma li d-domanda għall-idroġenu fl-2050 se tkun ta’ madwar 74EJ, li minnhom madwar żewġ terzi se jiġu minn idroġenu rinnovabbli. B’paragun, illum (idroġenu pur) hija ta’ 8.4EJ.
Anke kieku l-idroġenu elettrolitiku jista' jissodisfa d-domanda għall-idroġenu għall-2050 kollha, il-konsum tal-ilma jkun ta' madwar 25 biljun metru kubu. Iċ-ċifra t'hawn taħt tqabbel din iċ-ċifra ma' flussi oħra ta' konsum tal-ilma magħmula mill-bniedem. L-agrikoltura tuża l-akbar ammont ta' 280 biljun metru kubu ta' ilma, filwaqt li l-industrija tuża kważi 800 biljun metru kubu u l-bliet jużaw 470 biljun metru kubu. Il-konsum attwali tal-ilma għar-riformar tal-gass naturali u l-gassifikazzjoni tal-faħam għall-produzzjoni tal-idroġenu huwa ta' madwar 1.5 biljun metru kubu.
Għalhekk, għalkemm huwa mistenni li jiġu kkunsmati ammonti kbar ta’ ilma minħabba bidliet fil-mogħdijiet elettrolitiċi u domanda dejjem tikber, il-konsum tal-ilma mill-produzzjoni tal-idroġenu xorta se jkun ħafna iżgħar minn flussi oħra użati mill-bnedmin. Punt ta’ referenza ieħor huwa li l-konsum tal-ilma per capita huwa bejn 75 (Lussemburgu) u 1,200 (l-Istati Uniti) metru kubu fis-sena. B’medja ta’ 400 m3 / (per capita * sena), il-produzzjoni totali tal-idroġenu fl-2050 hija ekwivalenti għal dik ta’ pajjiż ta’ 62 miljun ruħ.
Kemm tiswa l-ilma u kemm tintuża l-enerġija
spiża
Iċ-ċelloli elettrolitiċi jeħtieġu ilma ta’ kwalità għolja u jeħtieġu trattament tal-ilma. Ilma ta’ kwalità aktar baxxa jwassal għal degradazzjoni aktar mgħaġġla u ħajja iqsar. Ħafna elementi, inklużi d-dijaframmi u l-katalisti użati fl-alkalini, kif ukoll il-membrani u s-saffi porużi tat-trasport tal-PEM, jistgħu jiġu affettwati ħażin minn impuritajiet tal-ilma bħal ħadid, kromju, ram, eċċ. Il-konduttività tal-ilma hija meħtieġa li tkun inqas minn 1μS/cm u l-karbonju organiku totali inqas minn 50μg/L.
L-ilma jammonta għal sehem relattivament żgħir tal-konsum u l-ispejjeż tal-enerġija. L-agħar xenarju għaż-żewġ parametri huwa d-desalinazzjoni. L-osmosi inversa hija t-teknoloġija ewlenija għad-desalinazzjoni, li tirrappreżenta kważi 70 fil-mija tal-kapaċità globali. It-teknoloġija tiswa $1900-$2000 / m³/d u għandha rata ta' kurva tat-tagħlim ta' 15%. B'dan l-ispiża tal-investiment, l-ispiża tat-trattament hija ta' madwar $1 /m³, u tista' tkun aktar baxxa f'żoni fejn l-ispejjeż tal-elettriku huma baxxi.
Barra minn hekk, l-ispejjeż tat-tbaħħir se jiżdiedu b'madwar $1-2 għal kull m³. Anke f'dan il-każ, l-ispejjeż tat-trattament tal-ilma huma ta' madwar $0.05 /kgH2. Biex inpoġġu dan f'perspettiva, l-ispiża tal-idroġenu rinnovabbli tista' tkun ta' $2-3 /kgH2 jekk ikunu disponibbli riżorsi rinnovabbli tajbin, filwaqt li l-ispiża tar-riżorsa medja hija ta' $4-5 /kgH2.
Għalhekk f'dan ix-xenarju konservattiv, l-ilma jiswa inqas minn 2 fil-mija tat-total. L-użu tal-ilma baħar jista' jżid l-ammont ta' ilma rkuprat b'2.5 sa 5 darbiet (f'termini ta' fattur ta' rkupru).
Konsum tal-enerġija
Meta wieħed iħares lejn il-konsum tal-enerġija tad-desalinazzjoni, dan huwa wkoll żgħir ħafna meta mqabbel mal-ammont ta' elettriku meħtieġ biex jiddaħħal fiċ-ċellula elettrolitika. L-unità tal-osmosi inversa li qed topera bħalissa tikkonsma madwar 3.0 kW/m3. B'kuntrast, l-impjanti tad-desalinazzjoni termali għandhom konsum ta' enerġija ħafna ogħla, li jvarja minn 40 sa 80 KWH/m3, b'rekwiżiti addizzjonali ta' enerġija li jvarjaw minn 2.5 sa 5 KWH/m3, skont it-teknoloġija tad-desalinazzjoni. Jekk nieħdu l-każ konservattiv (jiġifieri domanda ogħla ta' enerġija) ta' impjant ta' koġenerazzjoni bħala eżempju, jekk nassumu l-użu ta' pompa tas-sħana, id-domanda għall-enerġija tiġi kkonvertita għal madwar 0.7kWh/kg ta' idroġenu. Biex dan jitqiegħed f'perspettiva, id-domanda għall-elettriku taċ-ċellula elettrolitika hija ta' madwar 50-55kWh/kg, għalhekk anke fl-agħar xenarju, id-domanda għall-enerġija għad-desalinazzjoni hija ta' madwar 1% tal-input totali tal-enerġija fis-sistema.
Sfida waħda tad-desalinizzazzjoni hija r-rimi tal-ilma mielaħ, li jista' jkollu impatt fuq l-ekosistemi Marini lokali. Din l-ilma mielaħ jista' jiġi ttrattat aktar biex jitnaqqas l-impatt ambjentali tiegħu, u b'hekk jiżdied $0.6-2.40/m³ ieħor mal-ispiża tal-ilma. Barra minn hekk, il-kwalità tal-ilma elettrolitiku hija aktar stretta mill-ilma tax-xorb u tista' tirriżulta fi spejjeż ogħla ta' trattament, iżda dan xorta huwa mistenni li jkun żgħir meta mqabbel mal-input tal-enerġija.
L-impronta tal-ilma tal-ilma elettrolitiku għall-produzzjoni tal-idroġenu hija parametru ta' post speċifiku ħafna li jiddependi mid-disponibbiltà lokali tal-ilma, il-konsum, id-degradazzjoni u t-tniġġis. Għandhom jiġu kkunsidrati l-bilanċ tal-ekosistemi u l-impatt tax-xejriet klimatiċi fit-tul. Il-konsum tal-ilma se jkun ostaklu ewlieni għall-iskalar tal-idroġenu rinnovabbli.
Ħin tal-posta: 08 ta' Marzu 2023