విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా ఎంత నీరు వినియోగించబడుతుంది?

విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా ఎంత నీరు వినియోగించబడుతుంది

మొదటి దశ: హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి

నీటి వినియోగం రెండు దశల నుండి వస్తుంది: హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి మరియు దాని పూర్వ శక్తి వాహకాల ఉత్పత్తి. హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తికి, విద్యుద్విశ్లేషణ చేయబడిన నీటి కనీస వినియోగం ప్రతి కిలోగ్రాము హైడ్రోజన్‌కు సుమారుగా 9 కిలోగ్రాముల నీరు. అయితే, నీటిలోని ఖనిజరహితీకరణ ప్రక్రియను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ఈ నిష్పత్తి ప్రతి కిలోగ్రాము హైడ్రోజన్‌కు 18 నుండి 24 కిలోగ్రాముల నీటి వరకు, లేదా 25.7 నుండి 30.2 కిలోగ్రాముల వరకు కూడా ఉండవచ్చు..

 

ప్రస్తుత ఉత్పత్తి ప్రక్రియ (మీథేన్ స్టీమ్ రిఫార్మింగ్) కోసం, చర్యకు అవసరమైన కనీస నీటి వినియోగం ప్రతి కిలోగ్రాము నీటికి 4.5 కిలోల నీరు కాగా, ప్రక్రియ నీరు మరియు శీతలీకరణను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, కనీస నీటి వినియోగం ప్రతి కిలోగ్రాము నీటికి 6.4 నుండి 32.2 కిలోల వరకు ఉంటుంది.

 

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

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

 

ముగింపుగా, ఫోటోవోల్టాయిక్ విద్యుత్ ఉత్పత్తి మరియు పవన విద్యుత్ ఉత్పత్తి ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన హైడ్రోజన్ యొక్క సగటు మొత్తం నీటి వినియోగం వరుసగా సుమారు 32 మరియు 22kgH2O/kgH2గా ఉంది. ఈ అనిశ్చితులు సౌర వికిరణం, జీవితకాలం మరియు సిలికాన్ కంటెంట్ నుండి వస్తాయి. ఈ నీటి వినియోగం, సహజ వాయువు నుండి హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి చేసే వినియోగం (7.6-37 kgh2O /kgH2, సగటున 22kgH2O/kgH2)తో దాదాపు అదే పరిమాణంలో ఉంది.

 

మొత్తం నీటి వినియోగం: పునరుత్పాదక శక్తిని ఉపయోగించినప్పుడు తక్కువగా ఉంటుంది

CO2 ఉద్గారాల మాదిరిగానే, విద్యుద్విశ్లేషణ పద్ధతులలో తక్కువ నీటి వినియోగానికి పునరుత్పాదక ఇంధన వనరుల వాడకం ఒక ముందస్తు అవసరం. విద్యుత్తులో కేవలం ఒక చిన్న భాగాన్ని మాత్రమే శిలాజ ఇంధనాలను ఉపయోగించి ఉత్పత్తి చేస్తే, విద్యుద్విశ్లేషణ సమయంలో వాస్తవంగా వినియోగించే నీటి కంటే విద్యుత్తుకు సంబంధించిన నీటి వినియోగం చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది.

 

ఉదాహరణకు, గ్యాస్ విద్యుత్ ఉత్పత్తికి ప్రతి మెగావాట్ గంటకు (MWh) 2,500 లీటర్ల వరకు నీరు అవసరం కావచ్చు. శిలాజ ఇంధనాల (సహజ వాయువు) విషయంలో కూడా ఇది అత్యుత్తమ పరిస్థితి. బొగ్గు గ్యాసిఫికేషన్‌ను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తికి ప్రతి కిలోగ్రాము నీటికి (kgH2O) 31-31.8 కిలోల నీరు అవసరం కాగా, బొగ్గు ఉత్పత్తికి ప్రతి కిలోగ్రాము నీటికి (kgH2O) 14.7 కిలోల నీరు అవసరం కావచ్చు. తయారీ ప్రక్రియలు మరింత సమర్థవంతంగా మారడం మరియు వ్యవస్థాపిత సామర్థ్యం యొక్క ప్రతి యూనిట్‌కు శక్తి ఉత్పత్తి మెరుగుపడటంతో, ఫోటోవోల్టాయిక్స్ మరియు పవన శక్తి నుండి నీటి వినియోగం కూడా కాలక్రమేణా తగ్గుతుందని అంచనా.

 

2050లో మొత్తం నీటి వినియోగం

భవిష్యత్తులో ప్రపంచం నేటి కంటే చాలా రెట్లు ఎక్కువ హైడ్రోజన్‌ను ఉపయోగించుకుంటుందని అంచనా. ఉదాహరణకు, IRENA యొక్క వరల్డ్ ఎనర్జీ ట్రాన్సిషన్స్ అవుట్‌లుక్ అంచనా ప్రకారం, 2050 నాటికి హైడ్రోజన్ డిమాండ్ సుమారు 74EJ ఉంటుంది, అందులో దాదాపు మూడింట రెండు వంతులు పునరుత్పాదక హైడ్రోజన్ నుండి వస్తుంది. దీనితో పోలిస్తే, నేడు (స్వచ్ఛమైన హైడ్రోజన్) 8.4EJగా ఉంది.

 

2050 సంవత్సరం మొత్తానికి హైడ్రోజన్ డిమాండ్‌ను ఎలక్ట్రోలైటిక్ హైడ్రోజన్ తీర్చగలిగినప్పటికీ, నీటి వినియోగం సుమారు 25 బిలియన్ క్యూబిక్ మీటర్లు ఉంటుంది. ఈ సంఖ్యను ఇతర మానవ నిర్మిత నీటి వినియోగ మార్గాలతో పోల్చి చూపే పటం కింద ఇవ్వబడింది. వ్యవసాయం అత్యధికంగా 280 బిలియన్ క్యూబిక్ మీటర్ల నీటిని ఉపయోగిస్తుండగా, పరిశ్రమలు దాదాపు 800 బిలియన్ క్యూబిక్ మీటర్లు మరియు నగరాలు 470 బిలియన్ క్యూబిక్ మీటర్ల నీటిని ఉపయోగిస్తున్నాయి. హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి కోసం సహజ వాయువు సంస్కరణ మరియు బొగ్గు వాయువుగా మార్చే ప్రక్రియలో ప్రస్తుత నీటి వినియోగం సుమారు 1.5 బిలియన్ క్యూబిక్ మీటర్లు.

అందువల్ల, విద్యుద్విశ్లేషణ మార్గాలలో మార్పులు మరియు పెరుగుతున్న డిమాండ్ కారణంగా అధిక మొత్తంలో నీరు వినియోగించబడుతుందని అంచనా వేసినప్పటికీ, హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి నుండి వచ్చే నీటి వినియోగం మానవులు ఉపయోగించే ఇతర ప్రవాహాల కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. మరో సూచన ఏమిటంటే, తలసరి నీటి వినియోగం సంవత్సరానికి 75 (లక్సెంబర్గ్) నుండి 1,200 (యుఎస్) క్యూబిక్ మీటర్ల మధ్య ఉంటుంది. సగటున 400 m³ / (తలసరి * సంవత్సరం) చొప్పున, 2050 నాటికి మొత్తం హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి 62 మిలియన్ల జనాభా ఉన్న దేశానికి సమానం.

 

నీటికి ఎంత ఖర్చవుతుంది మరియు ఎంత శక్తి వినియోగించబడుతుంది

 

ఖర్చు

ఎలక్ట్రోలైటిక్ సెల్స్‌కు అధిక నాణ్యత గల నీరు మరియు నీటి శుద్ధి అవసరం. తక్కువ నాణ్యత గల నీరు వేగవంతమైన క్షీణతకు మరియు తక్కువ జీవితకాలానికి దారితీస్తుంది. ఆల్కలైన్‌లలో ఉపయోగించే డయాఫ్రమ్‌లు మరియు ఉత్ప్రేరకాలతో సహా అనేక అంశాలు, అలాగే PEM యొక్క పొరలు మరియు సచ్ఛిద్ర రవాణా పొరలు ఇనుము, క్రోమియం, రాగి మొదలైన నీటి మలినాల వల్ల ప్రతికూలంగా ప్రభావితం కావచ్చు. నీటి వాహకత 1μS/cm కంటే తక్కువగా మరియు మొత్తం సేంద్రీయ కార్బన్ 50μg/L కంటే తక్కువగా ఉండాలి.

 

శక్తి వినియోగం మరియు ఖర్చులలో నీటి వాటా చాలా తక్కువ. ఈ రెండు అంశాలలోనూ అత్యంత క్లిష్టమైన పరిస్థితి డీశాలినేషన్ (ఉప్పునీటిని మంచినీటిగా మార్చడం). డీశాలినేషన్ కోసం రివర్స్ ఆస్మోసిస్ ప్రధాన సాంకేతికత, ఇది ప్రపంచ సామర్థ్యంలో దాదాపు 70 శాతం వాటాను కలిగి ఉంది. ఈ సాంకేతికతకు రోజుకు ఒక ఘనపు మీటర్‌కు $1900 నుండి $2000 వరకు ఖర్చవుతుంది మరియు దీనిని నేర్చుకోవడానికి 15% సమయం పడుతుంది. ఈ పెట్టుబడి వ్యయంతో, శుద్ధి ఖర్చు ఒక ఘనపు మీటర్‌కు సుమారు $1 ఉంటుంది, మరియు విద్యుత్ ఖర్చులు తక్కువగా ఉన్న ప్రాంతాలలో ఇది ఇంకా తక్కువగా ఉండవచ్చు.

 

దీనికి అదనంగా, రవాణా ఖర్చులు ప్రతి m³కి సుమారు $1-2 పెరుగుతాయి. ఈ సందర్భంలో కూడా, నీటి శుద్ధి ఖర్చులు ప్రతి kgH2కి సుమారు $0.05 ఉంటాయి. దీనిని ఒక దృక్కోణంలో చెప్పాలంటే, మంచి పునరుత్పాదక వనరులు అందుబాటులో ఉంటే పునరుత్పాదక హైడ్రోజన్ ధర ప్రతి kgH2కి $2-3 వరకు ఉండవచ్చు, అయితే సగటు వనరు ధర ప్రతి kgH2కి $4-5 ఉంటుంది.

 

కాబట్టి ఈ సంప్రదాయ దృష్టాంతంలో, నీటి ఖర్చు మొత్తం ఖర్చులో 2 శాతం కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. సముద్రపు నీటిని ఉపయోగించడం వల్ల (పునరుద్ధరణ కారకం పరంగా) పునరుద్ధరించబడే నీటి పరిమాణాన్ని 2.5 నుండి 5 రెట్లు పెంచవచ్చు.

 

శక్తి వినియోగం

డీశాలినేషన్ (ఉప్పునీటిని మంచినీటిగా మార్చే ప్రక్రియ) యొక్క శక్తి వినియోగాన్ని పరిశీలిస్తే, ఎలక్ట్రోలైటిక్ సెల్‌కు అవసరమైన విద్యుత్ పరిమాణంతో పోలిస్తే ఇది చాలా తక్కువ. ప్రస్తుతం పనిచేస్తున్న రివర్స్ ఆస్మోసిస్ యూనిట్ సుమారుగా 3.0 kW/m³ శక్తిని వినియోగిస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, థర్మల్ డీశాలినేషన్ ప్లాంట్లు చాలా ఎక్కువ శక్తిని వినియోగిస్తాయి, ఇది 40 నుండి 80 KWH/m³ వరకు ఉంటుంది. డీశాలినేషన్ టెక్నాలజీని బట్టి, వీటికి అదనంగా 2.5 నుండి 5 KWH/m³ వరకు విద్యుత్ శక్తి అవసరం అవుతుంది. ఉదాహరణకు, ఒక కోజెనరేషన్ ప్లాంట్‌ను సంప్రదాయబద్ధమైన సందర్భంలో (అంటే అధిక శక్తి అవసరం) తీసుకుంటే, హీట్ పంప్‌ను ఉపయోగిస్తున్నారని భావిస్తే, దాని శక్తి అవసరం సుమారుగా 0.7kWh/kg హైడ్రోజన్‌కు సమానం అవుతుంది. దీనిని సరైన దృక్కోణంలో చెప్పాలంటే, ఎలక్ట్రోలైటిక్ సెల్ యొక్క విద్యుత్ అవసరం సుమారుగా 50-55kWh/kg ఉంటుంది. కాబట్టి, అత్యంత క్లిష్టమైన పరిస్థితిలో కూడా, డీశాలినేషన్ కోసం అవసరమయ్యే శక్తి, సిస్టమ్‌కు అందించే మొత్తం శక్తిలో సుమారు 1% మాత్రమే ఉంటుంది.

 

లవణరహితీకరణలో ఒక సవాలు ఏమిటంటే, ఉప్పునీటిని పారవేయడం, ఇది స్థానిక సముద్ర జీవావరణ వ్యవస్థలపై ప్రభావం చూపుతుంది. ఈ ఉప్పునీటి పర్యావరణ ప్రభావాన్ని తగ్గించడానికి దానిని మరింతగా శుద్ధి చేయవచ్చు, దీనివల్ల నీటి ఖర్చుకు ప్రతి ఘనపు మీటరుకు మరో $0.6-2.40 అదనంగా చేరుతుంది. అంతేకాకుండా, త్రాగునీటి కంటే విద్యుద్విశ్లేషణ పద్ధతిలో శుద్ధి చేసిన నీటి నాణ్యత ప్రమాణాలు మరింత కఠినంగా ఉంటాయి మరియు దీనివల్ల శుద్ధి ఖర్చులు పెరగవచ్చు, కానీ విద్యుత్ వినియోగంతో పోలిస్తే ఈ ఖర్చులు తక్కువగానే ఉంటాయని అంచనా.

హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి కోసం విద్యుద్విశ్లేషణ నీటి యొక్క జల పాదముద్ర అనేది స్థానిక నీటి లభ్యత, వినియోగం, క్షీణత మరియు కాలుష్యంపై ఆధారపడే ఒక చాలా నిర్దిష్టమైన ప్రదేశ పరామితి. పర్యావరణ వ్యవస్థల సమతుల్యత మరియు దీర్ఘకాలిక వాతావరణ పోకడల ప్రభావాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి. పునరుత్పాదక హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తిని పెంచడానికి నీటి వినియోగం ఒక ప్రధాన అడ్డంకిగా ఉంటుంది.