విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా ఎంత నీరు ఖర్చవుతుంది?

విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా ఎంత నీరు వినియోగించబడుతుంది?

మొదటి దశ: హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి

నీటి వినియోగం రెండు దశల నుండి వస్తుంది: హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి మరియు అప్‌స్ట్రీమ్ ఎనర్జీ క్యారియర్ ఉత్పత్తి. హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తికి, విద్యుద్విశ్లేషణ చేయబడిన నీటి కనీస వినియోగం కిలోగ్రాము హైడ్రోజన్‌కు దాదాపు 9 కిలోగ్రాముల నీరు. అయితే, నీటి డీమినరైజేషన్ ప్రక్రియను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ఈ నిష్పత్తి కిలోగ్రాము హైడ్రోజన్‌కు 18 నుండి 24 కిలోగ్రాముల నీరు లేదా 25.7 నుండి 30.2 వరకు ఉండవచ్చు..

 

ప్రస్తుత ఉత్పత్తి ప్రక్రియకు (మీథేన్ ఆవిరి సంస్కరణ), కనీస నీటి వినియోగం 4.5kgH2O/kgH2 (ప్రతిచర్యకు అవసరం), ప్రక్రియ నీరు మరియు శీతలీకరణను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, కనీస నీటి వినియోగం 6.4-32.2kgH2O/kgH2.

 

దశ 2: శక్తి వనరులు (పునరుత్పాదక విద్యుత్ లేదా సహజ వాయువు)

పునరుత్పాదక విద్యుత్ మరియు సహజ వాయువును ఉత్పత్తి చేయడానికి నీటి వినియోగం మరొక భాగం. ఫోటోవోల్టాయిక్ శక్తి యొక్క నీటి వినియోగం 50-400 లీటర్లు /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) మరియు పవన శక్తి యొక్క నీటి వినియోగం 5-45 లీటర్లు /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2) మధ్య ఉంటుంది. అదేవిధంగా, షేల్ గ్యాస్ (US డేటా ఆధారంగా) నుండి గ్యాస్ ఉత్పత్తిని 1.14kgH2O/kgH2 నుండి 4.9kgH2O/kgH2 కు పెంచవచ్చు.

 

ముగింపులో, ఫోటోవోల్టాయిక్ విద్యుత్ ఉత్పత్తి మరియు పవన విద్యుత్ ఉత్పత్తి ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన హైడ్రోజన్ యొక్క సగటు మొత్తం నీటి వినియోగం వరుసగా 32 మరియు 22kgH2O/kgH2. అనిశ్చితులు సౌర వికిరణం, జీవితకాలం మరియు సిలికాన్ కంటెంట్ నుండి వస్తాయి. ఈ నీటి వినియోగం సహజ వాయువు నుండి హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తికి సమానమైన పరిమాణంలో ఉంటుంది (7.6-37 kgh2o /kgH2, సగటున 22kgH2O/kgH2).

 

మొత్తం నీటి వినియోగం: పునరుత్పాదక శక్తిని ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు తక్కువగా ఉంటుంది

CO2 ఉద్గారాల మాదిరిగానే, విద్యుద్విశ్లేషణ మార్గాలకు తక్కువ నీటి పాదముద్ర కోసం పునరుత్పాదక ఇంధన వనరుల వాడకం ఒక అవసరం. శిలాజ ఇంధనాలను ఉపయోగించి విద్యుత్తులో కొద్ది భాగం మాత్రమే ఉత్పత్తి చేయబడితే, విద్యుత్తుతో సంబంధం ఉన్న నీటి వినియోగం విద్యుద్విశ్లేషణ సమయంలో వినియోగించే వాస్తవ నీటి కంటే చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది.

 

ఉదాహరణకు, గ్యాస్ విద్యుత్ ఉత్పత్తి 2,500 లీటర్లు /MWh వరకు నీటిని ఉపయోగించుకోవచ్చు. శిలాజ ఇంధనాలకు (సహజ వాయువు) కూడా ఇది ఉత్తమమైన సందర్భం. బొగ్గు గ్యాసిఫికేషన్‌ను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి 31-31.8kgH2O/kgH2ను వినియోగించగలదు మరియు బొగ్గు ఉత్పత్తి 14.7kgH2O/kgH2ను వినియోగించగలదు. ఉత్పాదక ప్రక్రియలు మరింత సమర్థవంతంగా మారడంతో మరియు వ్యవస్థాపించిన సామర్థ్యం యొక్క యూనిట్‌కు శక్తి ఉత్పత్తి మెరుగుపడటంతో ఫోటోవోల్టాయిక్స్ మరియు పవన శక్తి నుండి నీటి వినియోగం కూడా కాలక్రమేణా తగ్గుతుందని భావిస్తున్నారు.

 

2050లో మొత్తం నీటి వినియోగం

ప్రపంచం నేడు కంటే భవిష్యత్తులో చాలా రెట్లు ఎక్కువ హైడ్రోజన్‌ను ఉపయోగిస్తుందని భావిస్తున్నారు. ఉదాహరణకు, IRENA యొక్క వరల్డ్ ఎనర్జీ ట్రాన్సిషన్స్ ఔట్‌లుక్ అంచనా ప్రకారం 2050లో హైడ్రోజన్ డిమాండ్ దాదాపు 74EJ ఉంటుంది, దీనిలో మూడింట రెండు వంతులు పునరుత్పాదక హైడ్రోజన్ నుండి వస్తాయి. పోల్చి చూస్తే, నేడు (స్వచ్ఛమైన హైడ్రోజన్) 8.4EJ.

 

2050 మొత్తానికి విద్యుద్విశ్లేషణ హైడ్రోజన్ హైడ్రోజన్ డిమాండ్‌ను తీర్చగలిగినప్పటికీ, నీటి వినియోగం దాదాపు 25 బిలియన్ క్యూబిక్ మీటర్లు ఉంటుంది. క్రింద ఇవ్వబడిన బొమ్మ ఈ సంఖ్యను ఇతర మానవ నిర్మిత నీటి వినియోగ ప్రవాహాలతో పోల్చింది. వ్యవసాయం అత్యధికంగా 280 బిలియన్ క్యూబిక్ మీటర్ల నీటిని ఉపయోగిస్తుండగా, పరిశ్రమ దాదాపు 800 బిలియన్ క్యూబిక్ మీటర్లను మరియు నగరాలు 470 బిలియన్ క్యూబిక్ మీటర్లను ఉపయోగిస్తాయి. హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి కోసం సహజ వాయువు సంస్కరణ మరియు బొగ్గు గ్యాసిఫికేషన్ యొక్క ప్రస్తుత నీటి వినియోగం దాదాపు 1.5 బిలియన్ క్యూబిక్ మీటర్లు.

అందువల్ల, విద్యుద్విశ్లేషణ మార్గాల్లో మార్పులు మరియు పెరుగుతున్న డిమాండ్ కారణంగా పెద్ద మొత్తంలో నీరు వినియోగించబడుతుందని అంచనా వేయబడినప్పటికీ, హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి నుండి నీటి వినియోగం ఇప్పటికీ మానవులు ఉపయోగించే ఇతర ప్రవాహాల కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. మరొక సూచన ఏమిటంటే, తలసరి నీటి వినియోగం సంవత్సరానికి 75 (లక్సెంబర్గ్) మరియు 1,200 (US) క్యూబిక్ మీటర్ల మధ్య ఉంటుంది. సగటున 400 m3 / (తలసరి * సంవత్సరం), 2050లో మొత్తం హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి 62 మిలియన్ల జనాభా కలిగిన దేశానికి సమానం.

 

నీటికి ఎంత ఖర్చవుతుంది మరియు ఎంత శక్తి ఉపయోగించబడుతుంది

 

ఖర్చు

విద్యుద్విశ్లేషణ కణాలకు అధిక నాణ్యత గల నీరు అవసరం మరియు నీటి చికిత్స అవసరం. తక్కువ నాణ్యత గల నీరు వేగవంతమైన క్షీణతకు మరియు తక్కువ జీవితకాలానికి దారితీస్తుంది. ఆల్కలీన్లలో ఉపయోగించే డయాఫ్రమ్‌లు మరియు ఉత్ప్రేరకాలు, అలాగే PEM యొక్క పొరలు మరియు పోరస్ రవాణా పొరలు వంటి అనేక అంశాలు ఇనుము, క్రోమియం, రాగి మొదలైన నీటి మలినాల వల్ల ప్రతికూలంగా ప్రభావితమవుతాయి. నీటి వాహకత 1μS/cm కంటే తక్కువగా మరియు మొత్తం సేంద్రీయ కార్బన్ 50μg/L కంటే తక్కువగా ఉండాలి.

 

శక్తి వినియోగం మరియు ఖర్చులలో నీరు చాలా తక్కువ వాటాను కలిగి ఉంటుంది. రెండు పారామితులకు చెత్త దృష్టాంతం డీశాలినేషన్. డీశాలినేషన్‌కు రివర్స్ ఓస్మోసిస్ ప్రధాన సాంకేతికత, ఇది ప్రపంచ సామర్థ్యంలో దాదాపు 70 శాతం వాటాను కలిగి ఉంది. ఈ సాంకేతికత $1900- $2000 / m³/d ఖర్చవుతుంది మరియు 15% అభ్యాస వక్ర రేటును కలిగి ఉంటుంది. ఈ పెట్టుబడి ఖర్చుతో, చికిత్స ఖర్చు దాదాపు $1 / m³, మరియు విద్యుత్ ఖర్చులు తక్కువగా ఉన్న ప్రాంతాలలో తక్కువగా ఉండవచ్చు.

 

అదనంగా, షిప్పింగ్ ఖర్చులు m³ కి దాదాపు $1-2 పెరుగుతాయి. ఈ సందర్భంలో కూడా, నీటి శుద్ధి ఖర్చులు దాదాపు $0.05 /kgH2. దీనిని దృష్టిలో ఉంచుకుంటే, మంచి పునరుత్పాదక వనరులు అందుబాటులో ఉంటే పునరుత్పాదక హైడ్రోజన్ ధర $2-3 /kgH2 కావచ్చు, అయితే సగటు వనరు ధర $4-5 /kgH2.

 

కాబట్టి ఈ సాంప్రదాయిక దృష్టాంతంలో, నీటి ఖర్చు మొత్తంలో 2 శాతం కంటే తక్కువ అవుతుంది. సముద్రపు నీటిని ఉపయోగించడం వల్ల తిరిగి పొందే నీటి పరిమాణం 2.5 నుండి 5 రెట్లు పెరుగుతుంది (రికవరీ ఫ్యాక్టర్ పరంగా).

 

శక్తి వినియోగం

డీశాలినేషన్ యొక్క శక్తి వినియోగాన్ని పరిశీలిస్తే, విద్యుద్విశ్లేషణ కణాన్ని ఇన్‌పుట్ చేయడానికి అవసరమైన విద్యుత్ మొత్తంతో పోలిస్తే ఇది చాలా తక్కువ. ప్రస్తుతం పనిచేస్తున్న రివర్స్ ఆస్మాసిస్ యూనిట్ దాదాపు 3.0 kW/m3 వినియోగిస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, థర్మల్ డీశాలినేషన్ ప్లాంట్లు 40 నుండి 80 KWH/m3 వరకు చాలా ఎక్కువ శక్తి వినియోగాన్ని కలిగి ఉంటాయి, డీశాలినేషన్ టెక్నాలజీని బట్టి అదనపు విద్యుత్ అవసరాలు 2.5 నుండి 5 KWH/m3 వరకు ఉంటాయి. కోజెనరేషన్ ప్లాంట్ యొక్క సాంప్రదాయిక కేసును (అంటే అధిక శక్తి డిమాండ్) ఉదాహరణగా తీసుకుంటే, హీట్ పంప్‌ను ఉపయోగిస్తే, శక్తి డిమాండ్ దాదాపు 0.7kWh/kg హైడ్రోజన్‌గా మార్చబడుతుంది. దీనిని దృష్టిలో ఉంచుకుంటే, విద్యుద్విశ్లేషణ కణం యొక్క విద్యుత్ డిమాండ్ దాదాపు 50-55kWh/kg ఉంటుంది, కాబట్టి చెత్త సందర్భంలో కూడా, డీశాలినేషన్ కోసం శక్తి డిమాండ్ వ్యవస్థకు మొత్తం శక్తి ఇన్‌పుట్‌లో 1% ఉంటుంది.

 

డీశాలినేషన్ యొక్క ఒక సవాలు ఉప్పు నీటిని పారవేయడం, ఇది స్థానిక సముద్ర పర్యావరణ వ్యవస్థలపై ప్రభావం చూపుతుంది. ఈ ఉప్పునీటిని దాని పర్యావరణ ప్రభావాన్ని తగ్గించడానికి మరింత శుద్ధి చేయవచ్చు, తద్వారా నీటి ఖర్చుకు మరో $0.6-2.40 /m³ జోడిస్తుంది. అదనంగా, విద్యుద్విశ్లేషణ నీటి నాణ్యత తాగునీటి కంటే చాలా కఠినమైనది మరియు అధిక శుద్ధి ఖర్చులకు దారితీయవచ్చు, అయితే ఇది ఇప్పటికీ విద్యుత్ ఇన్‌పుట్‌తో పోలిస్తే తక్కువగా ఉంటుందని భావిస్తున్నారు.

హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తికి విద్యుద్విశ్లేషణ నీటి నీటి పాదముద్ర అనేది స్థానిక నీటి లభ్యత, వినియోగం, క్షీణత మరియు కాలుష్యంపై ఆధారపడి ఉండే చాలా నిర్దిష్ట స్థాన పరామితి. పర్యావరణ వ్యవస్థల సమతుల్యత మరియు దీర్ఘకాలిక వాతావరణ ధోరణుల ప్రభావాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి. పునరుత్పాదక హైడ్రోజన్‌ను పెంచడానికి నీటి వినియోగం ప్రధాన అడ్డంకిగా ఉంటుంది.