Gaano karaming tubig ang nakonsumo sa electrolysis?

Gaano karaming tubig ang natupok ng electrolysis

Hakbang 1: Produksyon ng hydrogen

Ang pagkonsumo ng tubig ay nagmumula sa dalawang hakbang: produksyon ng hydrogen at produksyon ng upstream energy carrier. Para sa produksyon ng hydrogen, ang minimum na pagkonsumo ng electrolyzed water ay humigit-kumulang 9 na kilo ng tubig kada kilo ng hydrogen. Gayunpaman, kung isasaalang-alang ang proseso ng demineralization ng tubig, ang ratio na ito ay maaaring mula 18 hanggang 24 na kilo ng tubig kada kilo ng hydrogen, o kahit na kasingtaas ng 25.7 hanggang 30.2..

 

Para sa kasalukuyang proseso ng produksyon (methane steam reforming), ang minimum na konsumo ng tubig ay 4.5kgH2O/kgH2 (kinakailangan para sa reaksyon), kung isasaalang-alang ang tubig sa proseso at pagpapalamig, ang minimum na konsumo ng tubig ay 6.4-32.2kgH2O/kgH2.

 

Hakbang 2: Mga pinagmumulan ng enerhiya (renewable electricity o natural gas)

Ang isa pang bahagi ay ang pagkonsumo ng tubig upang makagawa ng renewable na kuryente at natural gas. Ang pagkonsumo ng tubig ng photovoltaic power ay nag-iiba sa pagitan ng 50-400 litro /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) at ng lakas ng hangin sa pagitan ng 5-45 litro /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2). Gayundin, ang produksyon ng gas mula sa shale gas (batay sa datos ng US) ay maaaring tumaas mula 1.14kgH2O/kgH2 hanggang 4.9kgH2O/kgH2.

 

Bilang konklusyon, ang karaniwang kabuuang konsumo ng tubig ng hydrogen na nalilikha ng photovoltaic power generation at wind power generation ay humigit-kumulang 32 at 22kgH2O/kgH2, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga kawalan ng katiyakan ay nagmumula sa solar radiation, lifetime, at nilalaman ng silicon. Ang konsumo ng tubig na ito ay nasa parehong order ng magnitude ng produksyon ng hydrogen mula sa natural gas (7.6-37 kgh2o/kgH2, na may average na 22kgH2O/kgH2).

 

Kabuuang bakas ng tubig: Mas mababa kapag gumagamit ng renewable energy

Katulad ng mga emisyon ng CO2, ang isang kinakailangan para sa mababang water footprint para sa mga ruta ng electrolytic ay ang paggamit ng mga renewable energy source. Kung maliit na bahagi lamang ng kuryente ang nalilikha gamit ang mga fossil fuel, ang konsumo ng tubig na nauugnay sa kuryente ay mas mataas kaysa sa aktwal na tubig na nakonsumo sa panahon ng electrolysis.

 

Halimbawa, ang pagbuo ng kuryente gamit ang gas ay maaaring gumamit ng hanggang 2,500 litro/MWh ng tubig. Ito rin ang pinakamahusay na kaso para sa mga fossil fuel (natural gas). Kung isasaalang-alang ang gasification ng karbon, ang produksyon ng hydrogen ay maaaring kumonsumo ng 31-31.8kgH2O/kgH2 at ang produksyon ng karbon ay maaaring kumonsumo ng 14.7kgH2O/kgH2. Ang pagkonsumo ng tubig mula sa photovoltaics at hangin ay inaasahang bababa rin sa paglipas ng panahon habang ang mga proseso ng pagmamanupaktura ay nagiging mas mahusay at ang output ng enerhiya bawat yunit ng naka-install na kapasidad ay bumubuti.

 

Kabuuang konsumo ng tubig noong 2050

Inaasahang gagamit ang mundo ng mas maraming hydrogen sa hinaharap kaysa sa kasalukuyan. Halimbawa, tinatantya ng World Energy Transitions Outlook ng IRENA na ang demand sa hydrogen sa 2050 ay aabot sa humigit-kumulang 74EJ, kung saan humigit-kumulang dalawang-katlo nito ay magmumula sa renewable hydrogen. Kung ikukumpara, ngayon (purong hydrogen) ay 8.4EJ.

 

Kahit na matugunan ng electrolytic hydrogen ang pangangailangan para sa hydrogen sa buong taong 2050, ang konsumo ng tubig ay aabot sa humigit-kumulang 25 bilyong metro kubiko. Inihahambing ng pigura sa ibaba ang bilang na ito sa iba pang mga daluyan ng konsumo ng tubig na gawa ng tao. Ang agrikultura ang gumagamit ng pinakamalaking dami na 280 bilyong metro kubiko ng tubig, habang ang industriya ay gumagamit ng halos 800 bilyong metro kubiko at ang mga lungsod ay gumagamit ng 470 bilyong metro kubiko. Ang kasalukuyang konsumo ng tubig mula sa natural gas reforming at coal gasification para sa produksyon ng hydrogen ay humigit-kumulang 1.5 bilyong metro kubiko.

Kaya naman, bagama't inaasahang malalaking dami ng tubig ang makokonsumo dahil sa mga pagbabago sa mga electrolytic pathway at lumalaking demand, ang pagkonsumo ng tubig mula sa produksyon ng hydrogen ay magiging mas maliit pa rin kaysa sa iba pang daloy na ginagamit ng mga tao. Isa pang sanggunian ay ang pagkonsumo ng tubig kada tao ay nasa pagitan ng 75 (Luxembourg) at 1,200 (US) cubic meters kada taon. Sa average na 400 m3 / (kada tao * taon), ang kabuuang produksyon ng hydrogen sa 2050 ay katumbas ng sa isang bansang may 62 milyong tao.

 

Magkano ang halaga ng tubig at kung gaano karaming enerhiya ang ginagamit

 

gastos

Ang mga electrolytic cell ay nangangailangan ng mataas na kalidad ng tubig at nangangailangan ng paggamot sa tubig. Ang mababang kalidad ng tubig ay humahantong sa mas mabilis na pagkasira at mas maikling buhay. Maraming elemento, kabilang ang mga diaphragm at catalyst na ginagamit sa mga alkaline, pati na rin ang mga lamad at porous transport layer ng PEM, ay maaaring maapektuhan nang masama ng mga dumi sa tubig tulad ng iron, chromium, copper, atbp. Ang conductivity ng tubig ay kinakailangang mas mababa sa 1μS/cm at ang kabuuang organic carbon ay mas mababa sa 50μg/L.

 

Ang tubig ay bumubuo lamang ng medyo maliit na bahagi ng pagkonsumo at gastos ng enerhiya. Ang pinakamasamang senaryo para sa parehong parametro ay ang desalination. Ang reverse osmosis ang pangunahing teknolohiya para sa desalination, na bumubuo sa halos 70 porsyento ng pandaigdigang kapasidad. Ang teknolohiya ay nagkakahalaga ng $1900- $2000 / m³/d at may learning curve rate na 15%. Sa gastos sa pamumuhunang ito, ang gastos sa paggamot ay humigit-kumulang $1 /m³, at maaaring mas mababa sa mga lugar kung saan mababa ang gastos sa kuryente.

 

Bukod pa rito, tataas ang mga gastos sa pagpapadala ng humigit-kumulang $1-2 kada m³. Kahit sa kasong ito, ang mga gastos sa paggamot ng tubig ay humigit-kumulang $0.05 /kgH2. Upang mailagay ito sa tamang perspektibo, ang halaga ng renewable hydrogen ay maaaring $2-3 /kgH2 kung mayroong magagamit na mahusay na renewable resources, habang ang halaga ng karaniwang mapagkukunan ay $4-5 /kgH2.

 

Kaya sa konserbatibong senaryo na ito, ang tubig ay magkakahalaga ng wala pang 2 porsyento ng kabuuang halaga. Ang paggamit ng tubig-dagat ay maaaring magpataas ng dami ng tubig na nababawi nang 2.5 hanggang 5 beses (sa mga tuntunin ng recovery factor).

 

Pagkonsumo ng enerhiya

Kung titingnan ang konsumo ng enerhiya ng desalination, napakaliit din nito kumpara sa dami ng kuryenteng kailangan para makapasok sa electrolytic cell. Ang kasalukuyang gumaganang reverse osmosis unit ay kumokonsumo ng humigit-kumulang 3.0 kW/m3. Sa kabaligtaran, ang mga thermal desalination plant ay may mas mataas na konsumo ng enerhiya, mula 40 hanggang 80 KWH/m3, na may karagdagang pangangailangan sa kuryente mula 2.5 hanggang 5 KWH/m3, depende sa teknolohiya ng desalination. Kung isasaalang-alang ang konserbatibong kaso (ibig sabihin, mas mataas na demand sa enerhiya) ng isang cogeneration plant, kung ipagpapalagay na gumagamit ng heat pump, ang demand sa enerhiya ay magiging humigit-kumulang 0.7kWh/kg ng hydrogen. Upang mailagay ito sa perspektibo, ang demand sa kuryente ng electrolytic cell ay humigit-kumulang 50-55kWh/kg, kaya kahit sa pinakamasamang sitwasyon, ang demand sa enerhiya para sa desalination ay humigit-kumulang 1% ng kabuuang enerhiyang ipinasok sa sistema.

 

Isang hamon ng desalination ay ang pagtatapon ng tubig-alat, na maaaring magkaroon ng epekto sa mga lokal na ekosistema ng dagat. Ang brine na ito ay maaaring higit pang gamutin upang mabawasan ang epekto nito sa kapaligiran, kaya nagdaragdag ng karagdagang $0.6-2.40/m³ sa halaga ng tubig. Bukod pa rito, ang kalidad ng electrolytic water ay mas mahigpit kaysa sa inuming tubig at maaaring magresulta sa mas mataas na gastos sa paggamot, ngunit inaasahan pa rin itong maliit kumpara sa power input.

Ang water footprint ng electrolytic water para sa produksyon ng hydrogen ay isang napaka-espesipikong parameter ng lokasyon na nakadepende sa lokal na availability ng tubig, pagkonsumo, degradasyon, at polusyon. Dapat isaalang-alang ang balanse ng mga ecosystem at ang epekto ng mga pangmatagalang trend ng klima. Ang pagkonsumo ng tubig ay magiging isang pangunahing balakid sa pagpapalawak ng renewable hydrogen.