Sabaraha cai anu dikonsumsi ku éléktrolisis?

Sabaraha cai anu dikonsumsi ku éléktrolisis

Léngkah kahiji: Produksi hidrogén

Konsumsi cai asalna tina dua léngkah: produksi hidrogén sareng produksi pamawa énergi hulu. Pikeun produksi hidrogén, konsumsi minimum cai anu diéléktrolisis nyaéta sakitar 9 kilogram cai per kilogram hidrogén. Nanging, upami diperhatoskeun prosés demineralisasi cai, babandingan ieu tiasa antara 18 dugi ka 24 kilogram cai per kilogram hidrogén, atanapi bahkan dugi ka 25,7 dugi ka 30,2..

 

Pikeun prosés produksi anu tos aya (metana steam reforming), konsumsi cai minimum nyaéta 4,5 kgH2O/kgH2 (anu diperyogikeun pikeun réaksi), upami diperhatoskeun cai prosés sareng pendinginan, konsumsi cai minimum nyaéta 6,4-32,2 kgH2O/kgH2.

 

Léngkah 2: Sumber énergi (listrik anu tiasa dianyari atanapi gas alam)

Komponén séjénna nyaéta konsumsi cai pikeun ngahasilkeun listrik anu tiasa dianyarikeun sareng gas alam. Konsumsi cai pikeun kakuatan fotovoltaik rupa-rupa antara 50-400 liter /MWh (2,4-19kgH2O/kgH2) sareng kakuatan angin antara 5-45 liter /MWh (0,2-2,1kgH2O/kgH2). Sarua kitu, produksi gas tina gas serpih (dumasar kana data AS) tiasa ningkat tina 1,14kgH2O/kgH2 janten 4,9kgH2O/kgH2.

 

Kasimpulanana, rata-rata total konsumsi cai hidrogén anu dihasilkeun ku pembangkit listrik fotovoltaik sareng pembangkit listrik angin masing-masing sakitar 32 sareng 22 kgH2O/kgH2. Kateupastian asalna tina radiasi panonpoé, umur hirup, sareng eusi silikon. Konsumsi cai ieu sami sareng produksi hidrogén tina gas alam (7,6-37 kgh2o/kgH2, kalayan rata-rata 22 kgH2O/kgH2).

 

Total tapak cai: Langkung handap nalika nganggo énergi anu tiasa dianyarikeun

Sarupa sareng émisi CO2, sarat pikeun tapak cai anu handap pikeun rute éléktrolitik nyaéta panggunaan sumber énergi anu tiasa dianyari. Upami ngan ukur sabagian alit listrik anu dihasilkeun nganggo bahan bakar fosil, konsumsi cai anu aya hubunganana sareng listrik jauh langkung luhur tibatan cai anu saleresna dikonsumsi nalika éléktrolisis.

 

Contona, pembangkit listrik gas tiasa nganggo dugi ka 2.500 liter /MWh cai. Éta ogé mangrupikeun kasus anu pangsaéna pikeun bahan bakar fosil (gas alam). Upami gasifikasi batubara dipertimbangkeun, produksi hidrogén tiasa ngonsumsi 31-31,8 kgH2O / kgH2 sareng produksi batubara tiasa ngonsumsi 14,7 kgH2O / kgH2. Konsumsi cai tina fotovoltaik sareng angin ogé diperkirakeun bakal turun kana waktosna sabab prosés manufaktur janten langkung efisien sareng kaluaran énergi per unit kapasitas anu dipasang ningkat.

 

Total konsumsi cai dina taun 2050

Dunya diperkirakeun bakal ngagunakeun hidrogén sababaraha kali langkung seueur di mangsa nu bakal datang tibatan ayeuna. Salaku conto, World Energy Transitions Outlook IRENA ngira-ngira yén paménta hidrogén dina taun 2050 bakal sakitar 74EJ, anu sakitar dua per tiluna bakal asalna tina hidrogén anu tiasa dianyari. Salaku babandingan, ayeuna (hidrogén murni) nyaéta 8.4EJ.

 

Sanajan hidrogén éléktrolitik bisa minuhan paménta hidrogén pikeun sakabéh taun 2050, konsumsi cai bakal sakitar 25 milyar méter kubik. Gambar di handap ieu ngabandingkeun angka ieu jeung aliran konsumsi cai jieunan manusa lianna. Tatanén ngagunakeun jumlah panggedéna nyaéta 280 milyar méter kubik cai, sedengkeun industri ngagunakeun ampir 800 milyar méter kubik jeung kota-kota ngagunakeun 470 milyar méter kubik. Konsumsi cai ayeuna pikeun reformasi gas alam jeung gasifikasi batubara pikeun produksi hidrogén nyaéta sakitar 1,5 milyar méter kubik.

Ku kituna, sanaos cai dina jumlah anu ageung diperkirakeun bakal dikonsumsi kusabab parobahan dina jalur éléktrolitik sareng paménta anu ningkat, konsumsi cai tina produksi hidrogén bakal tetep langkung alit tibatan aliran sanés anu dianggo ku manusa. Titik rujukan anu sanés nyaéta konsumsi cai per kapita nyaéta antara 75 (Luksemburg) sareng 1.200 (AS) méter kubik per taun. Rata-rata 400 m3 / (per kapita * taun), total produksi hidrogén dina taun 2050 sami sareng nagara anu gaduh 62 juta jiwa.

 

Sabaraha biaya cai sareng sabaraha énergi anu dianggo

 

biaya

Sél éléktrolitik merlukeun cai anu kualitasna luhur sareng peryogi pangolahan cai. Cai anu kualitasna handap nyababkeun degradasi anu langkung gancang sareng umurna langkung pondok. Seueur unsur, kalebet diafragma sareng katalis anu dianggo dina basa, ogé mémbran sareng lapisan transpor PEM anu porous, tiasa kapangaruhan sacara négatif ku pangotor cai sapertos beusi, kromium, tambaga, jsb. Konduktivitas cai diwajibkeun kirang ti 1μS/cm sareng total karbon organik kirang ti 50μg/L.

 

Cai nyumbang bagian anu relatif leutik tina konsumsi énergi sareng biaya. Skenario anu paling parah pikeun kadua parameter nyaéta desalinasi. Osmosis tibalik mangrupikeun téknologi utama pikeun desalinasi, anu nyumbang ampir 70 persén kapasitas global. Téhnologi ieu hargana $1900- $2000 / m³ / d sareng gaduh tingkat kurva pembelajaran 15%. Dina biaya investasi ieu, biaya pangolahan sakitar $1 / m³, sareng tiasa langkung handap di daérah dimana biaya listrik rendah.

 

Salian ti éta, biaya pengiriman bakal ningkat sakitar $1-2 per m³. Sanajan dina kasus ieu, biaya pangolahan cai sakitar $0,05 /kgH2. Pikeun nempatkeun ieu dina perspektif, biaya hidrogén anu tiasa dianyari tiasa $2-3 /kgH2 upami sumber daya anu tiasa dianyari anu saé sayogi, sedengkeun biaya sumber daya rata-rata nyaéta $4-5 /kgH2.

 

Janten dina skénario konservatif ieu, cai bakal ngarugikeun kirang ti 2 persén tina total. Panggunaan cai laut tiasa ningkatkeun jumlah cai anu pulih 2,5 dugi ka 5 kali (dina hal faktor pamulihan).

 

Konsumsi énergi

Ningali kana konsumsi énergi desalinasi, éta ogé leutik pisan dibandingkeun sareng jumlah listrik anu diperyogikeun pikeun ngasupkeun sél éléktrolitik. Unit osmosis tibalik anu beroperasi ayeuna ngonsumsi sakitar 3,0 kW/m3. Sabalikna, pabrik desalinasi termal ngagaduhan konsumsi énergi anu langkung luhur, mimitian ti 40 dugi ka 80 KWH/m3, kalayan kabutuhan daya tambahan mimitian ti 2,5 dugi ka 5 KWH/m3, gumantung kana téknologi desalinasi. Nyandak kasus konservatif (nyaéta paménta énergi anu langkung luhur) tina pabrik kogenerasi salaku conto, asumsina panggunaan pompa panas, paménta énergi bakal dirobih janten sakitar 0,7 kWh/kg hidrogén. Pikeun nempatkeun ieu dina perspektif, paménta listrik sél éléktrolitik nyaéta sakitar 50-55 kWh/kg, janten bahkan dina skénario kasus anu paling parah, paménta énergi pikeun desalinasi nyaéta sakitar 1% tina total input énergi kana sistem.

 

Salah sahiji tantangan desalinasi nyaéta miceun cai asin, anu tiasa mangaruhan ékosistem Laut lokal. Uyah ieu tiasa diolah deui pikeun ngirangan dampak lingkunganana, sahingga nambihan $0,6-2,40 /m³ kana biaya cai. Salian ti éta, kualitas cai éléktrolitik langkung ketat tibatan cai nginum sareng tiasa nyababkeun biaya pangolahan anu langkung luhur, tapi ieu masih diperkirakeun alit dibandingkeun sareng input daya.

Tapak suku cai cai éléktrolitik pikeun produksi hidrogén mangrupikeun parameter lokasi anu khusus pisan anu gumantung kana kasadiaan cai lokal, konsumsi, degradasi sareng polusi. Kasaimbangan ékosistem sareng dampak tren iklim jangka panjang kedah dipertimbangkeun. Konsumsi cai bakal janten halangan utama pikeun ningkatkeun skala hidrogén anu tiasa dianyari.