Sa ujë konsumohet nga elektroliza
Hapi i parë: Prodhimi i hidrogjenit
Konsumi i ujit vjen nga dy hapa: prodhimi i hidrogjenit dhe prodhimi i bartësit të energjisë në rrjedhën e sipërme. Për prodhimin e hidrogjenit, konsumi minimal i ujit të elektrolizuar është afërsisht 9 kilogramë ujë për kilogram hidrogjen. Megjithatë, duke marrë parasysh procesin e demineralizimit të ujit, ky raport mund të shkojë nga 18 deri në 24 kilogramë ujë për kilogram hidrogjen, ose edhe deri në 25.7 deri në 30.2..
Për procesin ekzistues të prodhimit (reformimi me avull metani), konsumi minimal i ujit është 4.5 kgH2O/kgH2 (i nevojshëm për reaksion), duke marrë parasysh ujin e procesit dhe ftohjen, konsumi minimal i ujit është 6.4-32.2 kgH2O/kgH2.
Hapi 2: Burimet e energjisë (energjia elektrike e rinovueshme ose gazi natyror)
Një komponent tjetër është konsumi i ujit për të prodhuar energji elektrike të rinovueshme dhe gaz natyror. Konsumi i ujit i energjisë fotovoltaike varion midis 50-400 litra/MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) dhe ai i energjisë së erës midis 5-45 litra/MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2). Në mënyrë të ngjashme, prodhimi i gazit nga gazi argjilor (bazuar në të dhënat e SHBA-së) mund të rritet nga 1.14kgH2O/kgH2 në 4.9kgH2O/kgH2.
Si përfundim, konsumi mesatar total i ujit të hidrogjenit të gjeneruar nga prodhimi i energjisë fotovoltaike dhe gjenerimi i energjisë së erës është përkatësisht rreth 32 dhe 22 kgH2O/kgH2. Pasiguritë vijnë nga rrezatimi diellor, jetëgjatësia dhe përmbajtja e silikonit. Ky konsum uji është në të njëjtin rend madhësie si prodhimi i hidrogjenit nga gazi natyror (7.6-37 kgh2o/kgH2, me një mesatare prej 22 kgH2O/kgH2).
Gjurmët totale të ujit: Më të ulëta kur përdoret energjia e rinovueshme
Ngjashëm me emetimet e CO2, një parakusht për një gjurmë të ulët ujore për rrugët elektrolitike është përdorimi i burimeve të energjisë së rinovueshme. Nëse vetëm një pjesë e vogël e energjisë elektrike gjenerohet duke përdorur lëndë djegëse fosile, konsumi i ujit i lidhur me energjinë elektrike është shumë më i lartë se uji aktual i konsumuar gjatë elektrolizës.
Për shembull, prodhimi i energjisë me gaz mund të përdorë deri në 2,500 litra/MWh ujë. Ky është gjithashtu rasti më i mirë për lëndët djegëse fosile (gazin natyror). Nëse merret në konsideratë gazifikimi i qymyrit, prodhimi i hidrogjenit mund të konsumojë 31-31.8 kgH2O/kgH2 dhe prodhimi i qymyrit mund të konsumojë 14.7 kgH2O/kgH2. Konsumi i ujit nga fotovoltaikët dhe era pritet gjithashtu të ulet me kalimin e kohës, ndërsa proceset e prodhimit bëhen më efikase dhe prodhimi i energjisë për njësi të kapacitetit të instaluar përmirësohet.
Konsumi total i ujit në vitin 2050
Bota pritet të përdorë shumë herë më shumë hidrogjen në të ardhmen sesa përdor sot. Për shembull, Perspektiva Botërore e Transitions Energy e IRENA-s vlerëson se kërkesa për hidrogjen në vitin 2050 do të jetë rreth 74EJ, nga të cilat rreth dy të tretat do të vijnë nga hidrogjeni i rinovueshëm. Për krahasim, sot (hidrogjeni i pastër) është 8.4EJ.
Edhe nëse hidrogjeni elektrolitik mund të përmbushte kërkesën për hidrogjen për të gjithë vitin 2050, konsumi i ujit do të ishte rreth 25 miliardë metra kub. Figura më poshtë krahason këtë shifër me rrjedhat e tjera të konsumit të ujit të shkaktuara nga njeriu. Bujqësia përdor sasinë më të madhe prej 280 miliardë metrash kub ujë, ndërsa industria përdor gati 800 miliardë metra kub dhe qytetet përdorin 470 miliardë metra kub. Konsumi aktual i ujit për reformimin e gazit natyror dhe gazifikimin e qymyrit për prodhimin e hidrogjenit është rreth 1.5 miliardë metra kub.
Kështu, megjithëse pritet të konsumohen sasi të mëdha uji për shkak të ndryshimeve në rrugët elektrolitike dhe kërkesës në rritje, konsumi i ujit nga prodhimi i hidrogjenit do të jetë ende shumë më i vogël se rrjedhat e tjera të përdorura nga njerëzit. Një pikë tjetër referimi është se konsumi i ujit për frymë është midis 75 (Luksemburg) dhe 1,200 (SHBA) metra kub në vit. Me një mesatare prej 400 m3 / (për frymë * vit), prodhimi total i hidrogjenit në vitin 2050 është ekuivalent me atë të një vendi prej 62 milionë banorësh.
Sa kushton uji dhe sa energji përdoret
kosto
Qelizat elektrolitike kërkojnë ujë me cilësi të lartë dhe kërkojnë trajtim të tij. Uji me cilësi më të ulët çon në degradim më të shpejtë dhe jetëgjatësi më të shkurtër. Shumë elementë, duke përfshirë diafragmat dhe katalizatorët e përdorur në alkaline, si dhe membranat dhe shtresat poroze të transportit të PEM, mund të ndikohen negativisht nga papastërtitë e ujit si hekuri, kromi, bakri, etj. Përçueshmëria e ujit kërkohet të jetë më pak se 1μS/cm dhe karboni organik total më pak se 50μg/L.
Uji përbën një pjesë relativisht të vogël të konsumit dhe kostove të energjisë. Skenari më i keq për të dy parametrat është shkripëzimi. Osmoza e kundërt është teknologjia kryesore për shkripëzimin, duke përbërë gati 70 përqind të kapacitetit global. Teknologjia kushton 1900-2000 dollarë/m³/d dhe ka një shkallë kurbe mësimi prej 15%. Me këtë kosto investimi, kostoja e trajtimit është rreth 1 dollar/m³ dhe mund të jetë më e ulët në zonat ku kostot e energjisë elektrike janë të ulëta.
Përveç kësaj, kostot e transportit do të rriten me rreth 1-2 dollarë për m³. Edhe në këtë rast, kostot e trajtimit të ujit janë rreth 0.05 dollarë/kgH2. Për ta vënë këtë në perspektivë, kostoja e hidrogjenit të rinovueshëm mund të jetë 2-3 dollarë/kgH2 nëse ka burime të mira të rinovueshme, ndërsa kostoja e burimit mesatar është 4-5 dollarë/kgH2.
Pra, në këtë skenar konservativ, uji do të kushtonte më pak se 2 përqind të totalit. Përdorimi i ujit të detit mund ta rrisë sasinë e ujit të rikuperuar me 2.5 deri në 5 herë (për sa i përket faktorit të rikuperimit).
Konsumi i energjisë
Duke parë konsumin e energjisë së shkripëzimit, ai është gjithashtu shumë i vogël krahasuar me sasinë e energjisë elektrike të nevojshme për të futur qelizën elektrolitike. Njësia aktuale e osmozës së kundërt konsumon rreth 3.0 kW/m3. Në të kundërt, impiantet termike të shkripëzimit kanë konsum shumë më të lartë energjie, duke filluar nga 40 deri në 80 KWH/m3, me kërkesa shtesë për energji që variojnë nga 2.5 deri në 5 KWH/m3, varësisht nga teknologjia e shkripëzimit. Duke marrë si shembull rastin konservativ (domethënë kërkesën më të lartë për energji) të një impianti të bashkëprodhimit, duke supozuar përdorimin e një pompe nxehtësie, kërkesa për energji do të konvertohej në rreth 0.7kWh/kg hidrogjen. Për ta vënë këtë në perspektivë, kërkesa për energji elektrike e qelizës elektrolitike është rreth 50-55kWh/kg, kështu që edhe në skenarin më të keq, kërkesa për energji për shkripëzimin është rreth 1% e energjisë totale të futur në sistem.
Një sfidë e shkripëzimit është asgjësimi i ujit të kripur, i cili mund të ketë ndikim në ekosistemet detare lokale. Kjo ujë i kripur mund të trajtohet më tej për të zvogëluar ndikimin e saj mjedisor, duke shtuar kështu 0.6-2.40 dollarë të tjerë/m³ në koston e ujit. Përveç kësaj, cilësia e ujit elektrolitik është më e rreptë se ajo e ujit të pijshëm dhe mund të rezultojë në kosto më të larta trajtimi, por kjo pritet të jetë ende e vogël krahasuar me energjinë e shpenzuar.
Gjurma ujore e ujit elektrolitik për prodhimin e hidrogjenit është një parametër shumë specifik i vendndodhjes që varet nga disponueshmëria lokale e ujit, konsumi, degradimi dhe ndotja. Duhet të merret në konsideratë ekuilibri i ekosistemeve dhe ndikimi i tendencave afatgjata klimatike. Konsumi i ujit do të jetë një pengesë e madhe për shkallëzimin e hidrogjenit të rinovueshëm.
Koha e postimit: 08 Mars 2023