इलेक्ट्रोलाइसिस गर्दा कति पानी खपत हुन्छ?

इलेक्ट्रोलाइसिस गर्दा कति पानी खपत हुन्छ?

चरण एक: हाइड्रोजन उत्पादन

पानीको खपत दुई चरणबाट आउँछ: हाइड्रोजन उत्पादन र अपस्ट्रीम ऊर्जा वाहक उत्पादन। हाइड्रोजन उत्पादनको लागि, इलेक्ट्रोलाइज्ड पानीको न्यूनतम खपत प्रति किलोग्राम हाइड्रोजन लगभग ९ किलोग्राम पानी हो। यद्यपि, पानीको अखनिजीकरण प्रक्रियालाई ध्यानमा राख्दा, यो अनुपात प्रति किलोग्राम हाइड्रोजन १८ देखि २४ किलोग्राम पानी, वा २५.७ देखि ३०.२ सम्म पनि हुन सक्छ।.

 

अवस्थित उत्पादन प्रक्रिया (मिथेन स्टीम रिफर्मिङ) को लागि, न्यूनतम पानी खपत ४.५ किलोग्राम एच२ओ/किग्राएच२ (प्रतिक्रियाको लागि आवश्यक) छ, प्रक्रिया पानी र शीतलनलाई ध्यानमा राख्दै, न्यूनतम पानी खपत ६.४-३२.२ किलोग्राम एच२ओ/किग्राएच२ छ।

 

चरण २: ऊर्जा स्रोतहरू (नवीकरणीय बिजुली वा प्राकृतिक ग्यास)

अर्को घटक नवीकरणीय बिजुली र प्राकृतिक ग्यास उत्पादन गर्न पानीको खपत हो। फोटोभोल्टिक पावरको पानी खपत ५०-४०० लिटर / मेगावाट घण्टा (२.४-१९ किलोग्राम एच२ओ/किग्राह२) र हावाको उर्जाको पानी खपत ५-४५ लिटर / मेगावाट घण्टा (०.२-२.१ किलोग्राम एच२ओ/किग्राह२) बीचमा हुन्छ। त्यस्तै गरी, शेल ग्यासबाट ग्यास उत्पादन (अमेरिकी तथ्याङ्कमा आधारित) १.१४ किलोग्राम एच२ओ/किग्राह२ बाट ४.९ किलोग्राम एच२ओ/किग्राह२ सम्म बढाउन सकिन्छ।

 

निष्कर्षमा, फोटोभोल्टिक पावर उत्पादन र हावा पावर उत्पादनबाट उत्पन्न हुने हाइड्रोजनको औसत कुल पानी खपत क्रमशः लगभग ३२ र २२ किलोग्राम एच२ओ/किग्राह२ छ। अनिश्चितताहरू सौर्य विकिरण, जीवनकाल र सिलिकन सामग्रीबाट आउँछन्। यो पानी खपत प्राकृतिक ग्यासबाट हाइड्रोजन उत्पादनको परिमाणको समान क्रममा छ (७.६-३७ किलोग्राम एच२ओ/किग्राह२, औसत २२ किलोग्राम एच२ओ/किग्राह२)।

 

कुल पानीको चुहावट: नवीकरणीय ऊर्जा प्रयोग गर्दा कम

CO2 उत्सर्जन जस्तै, इलेक्ट्रोलाइटिक मार्गहरूको लागि कम पानीको छापको लागि एक पूर्वशर्त नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतहरूको प्रयोग हो। यदि जीवाश्म इन्धन प्रयोग गरेर बिजुलीको सानो अंश मात्र उत्पादन गरिन्छ भने, बिजुलीसँग सम्बन्धित पानीको खपत इलेक्ट्रोलिसिसको समयमा खपत हुने वास्तविक पानी भन्दा धेरै बढी हुन्छ।

 

उदाहरणका लागि, ग्यास ऊर्जा उत्पादनले २,५०० लिटर/मेगावाट घण्टासम्म पानी खपत गर्न सक्छ। यो जीवाश्म इन्धन (प्राकृतिक ग्यास) को लागि पनि उत्तम मामला हो। यदि कोइला ग्यासीकरणलाई विचार गर्ने हो भने, हाइड्रोजन उत्पादनले ३१-३१.८ किलोग्रामH२O/kgH२ खपत गर्न सक्छ र कोइला उत्पादनले १४.७ किलोग्रामH२O/kgH२ खपत गर्न सक्छ। फोटोभोल्टाइक र हावाबाट पानीको खपत पनि समयसँगै घट्ने अपेक्षा गरिएको छ किनकि उत्पादन प्रक्रियाहरू अझ कुशल हुँदै जान्छन् र स्थापित क्षमताको प्रति एकाइ ऊर्जा उत्पादनमा सुधार हुन्छ।

 

२०५० मा कुल पानी खपत

भविष्यमा विश्वले आज भन्दा धेरै गुणा बढी हाइड्रोजन प्रयोग गर्ने अपेक्षा गरिएको छ। उदाहरणका लागि, IRENA को विश्व ऊर्जा संक्रमण आउटलुकले अनुमान गरेको छ कि २०५० मा हाइड्रोजनको माग लगभग ७४EJ हुनेछ, जसमध्ये लगभग दुई तिहाइ नवीकरणीय हाइड्रोजनबाट आउनेछ। तुलनात्मक रूपमा, आज (शुद्ध हाइड्रोजन) ८.४EJ छ।

 

यदि इलेक्ट्रोलाइटिक हाइड्रोजनले २०५० को सम्पूर्ण हाइड्रोजनको माग पूरा गर्न सक्यो भने पनि, पानीको खपत लगभग २५ अर्ब घनमिटर हुनेछ। तलको तथ्याङ्कले यो तथ्याङ्कलाई अन्य मानव निर्मित पानी खपत प्रवाहहरूसँग तुलना गर्दछ। कृषिले सबैभन्दा बढी २८० अर्ब घनमिटर पानी प्रयोग गर्दछ, जबकि उद्योगले लगभग ८०० अर्ब घनमिटर र शहरहरूले ४७० अर्ब घनमिटर प्रयोग गर्दछ। हाइड्रोजन उत्पादनको लागि प्राकृतिक ग्यास सुधार र कोइला ग्यासीकरणको हालको पानी खपत लगभग १.५ अर्ब घनमिटर छ।

यसरी, इलेक्ट्रोलाइटिक मार्गहरूमा परिवर्तन र बढ्दो मागका कारण ठूलो मात्रामा पानी खपत हुने अपेक्षा गरिएको भए तापनि, हाइड्रोजन उत्पादनबाट हुने पानीको खपत अझै पनि मानिसहरूले प्रयोग गर्ने अन्य प्रवाहहरूको तुलनामा धेरै कम हुनेछ। अर्को सन्दर्भ बिन्दु यो हो कि प्रति व्यक्ति पानी खपत प्रति वर्ष ७५ (लक्जमबर्ग) र १,२०० (अमेरिकी) घन मिटरको बीचमा छ। औसत ४०० घनमिटर / (प्रति व्यक्ति * वर्ष), २०५० मा कुल हाइड्रोजन उत्पादन ६ करोड २० लाख मानिसहरू भएको देशको बराबर छ।

 

पानी कति खर्च हुन्छ र कति ऊर्जा प्रयोग हुन्छ

 

लागत

इलेक्ट्रोलाइटिक कोषहरूलाई उच्च गुणस्तरको पानी चाहिन्छ र पानी प्रशोधन आवश्यक पर्दछ। कम गुणस्तरको पानीले छिटो क्षय र छोटो आयु निम्त्याउँछ। क्षारीय पदार्थहरूमा प्रयोग हुने डायफ्राम र उत्प्रेरकहरू, साथै PEM को झिल्ली र छिद्रपूर्ण यातायात तहहरू सहित धेरै तत्वहरू फलाम, क्रोमियम, तामा, आदि जस्ता पानीको अशुद्धताबाट प्रतिकूल रूपमा प्रभावित हुन सक्छन्। पानी चालकता 1μS/cm भन्दा कम र कुल जैविक कार्बन 50μg/L भन्दा कम हुनु आवश्यक छ।

 

ऊर्जा खपत र लागतमा पानीको हिस्सा अपेक्षाकृत सानो छ। दुवै प्यारामिटरहरूको लागि सबैभन्दा खराब अवस्था डिसेलिनेशन हो। रिभर्स ओस्मोसिस डिसेलिनेशनको लागि मुख्य प्रविधि हो, जसले विश्वव्यापी क्षमताको लगभग ७० प्रतिशत ओगटेको छ। यो प्रविधिको लागत $१९००- $२००० / m³/d छ र यसको सिकाइ कर्भ दर १५% छ। यस लगानी लागतमा, उपचार लागत लगभग $१ / m³ छ, र बिजुली लागत कम भएका क्षेत्रहरूमा कम हुन सक्छ।

 

यसको अतिरिक्त, ढुवानी लागत प्रति वर्ग मीटर लगभग $१-२ ले बढ्नेछ। यस अवस्थामा पनि, पानी प्रशोधन लागत लगभग $०.०५ /kgH2 छ। यसलाई परिप्रेक्ष्यमा राख्ने हो भने, राम्रो नवीकरणीय स्रोतहरू उपलब्ध छन् भने नवीकरणीय हाइड्रोजनको लागत $२-३ /kgH2 हुन सक्छ, जबकि औसत स्रोतको लागत $४-५ /kgH2 छ।

 

त्यसैले यस रूढिवादी परिदृश्यमा, पानीको लागत कुलको २ प्रतिशत भन्दा कम हुनेछ। समुद्री पानीको प्रयोगले पुनःप्राप्त पानीको मात्रा २.५ देखि ५ गुणा बढाउन सक्छ (पुनःप्राप्ति कारकको हिसाबले)।

 

ऊर्जा खपत

डिसेलिनेशनको ऊर्जा खपतलाई हेर्दा, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल इनपुट गर्न आवश्यक पर्ने बिजुलीको मात्राको तुलनामा यो धेरै सानो छ। हाल सञ्चालनमा रहेको रिभर्स ओस्मोसिस युनिटले लगभग ३.० किलोवाट/मीटर ३ खपत गर्छ। यसको विपरित, थर्मल डिसेलिनेशन प्लान्टहरूमा धेरै बढी ऊर्जा खपत हुन्छ, ४० देखि ८० किलोवाट/मीटर ३ सम्म, डिसेलिनेशन प्रविधिमा निर्भर गर्दै थप बिजुली आवश्यकताहरू २.५ देखि ५ किलोवाट/मीटर ३ सम्म हुन्छन्। उदाहरणको रूपमा सह-उत्पादन प्लान्टको रूढिवादी मामला (अर्थात् उच्च ऊर्जा माग) लिँदा, ताप पम्पको प्रयोगलाई मान्दा, ऊर्जा माग लगभग ०.७ किलोवाट/किलोग्राम हाइड्रोजनमा रूपान्तरण हुनेछ। यसलाई परिप्रेक्ष्यमा राख्ने हो भने, इलेक्ट्रोलाइटिक सेलको बिजुलीको माग लगभग ५०-५५ किलोवाट/किलोग्राम छ, त्यसैले सबैभन्दा खराब अवस्थामा पनि, डिसेलिनेशनको लागि ऊर्जा माग प्रणालीमा कुल ऊर्जा इनपुटको लगभग १% हुन्छ।

 

डिसेलिनेशनको एउटा चुनौती भनेको नुनिलो पानीको विसर्जन हो, जसले स्थानीय समुद्री पारिस्थितिक प्रणालीमा प्रभाव पार्न सक्छ। यसको वातावरणीय प्रभाव कम गर्न यो नुनिलो पानीलाई थप प्रशोधन गर्न सकिन्छ, जसले गर्दा पानीको लागतमा अर्को $०.६-२.४०/घण्टा थपिन्छ। थप रूपमा, इलेक्ट्रोलाइटिक पानीको गुणस्तर पिउने पानी भन्दा बढी कडा छ र यसले उच्च प्रशोधन लागत निम्त्याउन सक्छ, तर यो अझै पनि पावर इनपुटको तुलनामा सानो हुने अपेक्षा गरिएको छ।

हाइड्रोजन उत्पादनको लागि इलेक्ट्रोलाइटिक पानीको पानीको छाप एक धेरै विशिष्ट स्थान प्यारामिटर हो जुन स्थानीय पानीको उपलब्धता, खपत, क्षय र प्रदूषणमा निर्भर गर्दछ। पारिस्थितिक प्रणालीको सन्तुलन र दीर्घकालीन जलवायु प्रवृत्तिको प्रभावलाई विचार गर्नुपर्छ। नवीकरणीय हाइड्रोजनलाई बढाउन पानीको खपत एक प्रमुख बाधा हुनेछ।