Электролиз ярдәмендә күпме су кулланыла?

Электролиз ярдәмендә күпме су кулланыла

Беренче адым: Водород җитештерү

Су куллану ике этаптан тора: водород җитештерү һәм энергия ташучылар җитештерү. Водород җитештерү өчен электролизланган суның минималь куллану күләме водородның бер килограммына якынча 9 килограмм су тәшкил итә. Ләкин, суның минеральсезләнү процессын исәпкә алганда, бу нисбәт водородның бер килограммына 18 дән 24 килограммга кадәр, хәтта 25,7 дән 30,2 гә кадәр җитә ала..

 

Гамәлдәге җитештерү процессы өчен (метан пар риформингы) минималь су куллану күләме 4,5 кгH2O/кгH2 (реакция өчен кирәк), процесс суын һәм суытуын исәпкә алып, минималь су куллану күләме 6,4-32,2 кгH2O/кгH2 тәшкил итә.

 

2 нче адым: Энергия чыганаклары (яңартыла торган электр энергиясе яки табигый газ)

Тагын бер компонент - яңартыла торган электр энергиясе һәм табигый газ җитештерү өчен су куллану. Фотоэлектрик энергиянең су куллануы 50-400 литр/МВт/сәг (2,4-19 кгH2O/кгH2) арасында, ә җил энергиясенең су куллануы 5-45 литр/МВт/сәг (0,2-2,1 кгH2O/кгH2) арасында үзгәрә. Шулай ук, сланец газыннан газ җитештерүне (АКШ мәгълүматлары нигезендә) 1,14 кгH2O/кгH2 дан 4,9 кгH2O/кгH2 га кадәр арттырырга мөмкин.

 

Нәтиҗә ясап шуны әйтергә мөмкин: фотоэлектрик һәм җил энергиясе җитештерү нәтиҗәсендә барлыкка килгән водородның уртача гомуми су куллану күләме якынча 32 һәм 22 кгH2O/кгH2 тәшкил итә. Билгесезлекләр кояш радиациясеннән, яшәү вакытыннан һәм кремний составыннан килеп чыга. Бу су куллану табигый газдан водород җитештерү белән бер үк дәрәҗәдә (7,6-37 кгh2o/кгH2, уртача 22 кгH2O/кгH2).

 

Суның гомуми эзе: яңартыла торган энергия кулланганда түбәнрәк

CO2 чыгаруларына охшаш рәвештә, электролиз юллары өчен су эзен аз куллануның алшарты - яңартыла торган энергия чыганакларын куллану. Әгәр дә электр энергиясенең кечкенә генә өлеше казылма ягулык ярдәмендә җитештерелсә, электр энергиясе белән бәйле су куллану электролиз вакытында кулланылган чын судан күпкә югарырак.

 

Мәсәлән, газ белән электр энергиясен җитештерү 2500 литр/МВт/сәг су куллана ала. Бу шулай ук ​​казылма ягулыклар (табигый газ) өчен дә иң яхшы очрак. Күмерне газлаштыру карала икән, водород җитештерү 31-31,8 кг H2O/кг H2, ә күмер җитештерү 14,7 кг H2O/кг H2 куллана ала. Фотоэлектрик һәм җилдән су куллану вакыт узу белән кимиячәк дип көтелә, чөнки җитештерү процесслары нәтиҗәлерәк була һәм урнаштырылган куәт берәмлегенә энергия чыгару яхшыра.

 

2050 елда гомуми су куллану күләме

Дөнья киләчәктә бүгенгегә караганда күп тапкыр күбрәк водород кулланачак дип көтелә. Мәсәлән, IRENAның Дөнья Энергиясе Күчерешләре Күзаллавы буенча, 2050 елда водородка ихтыяҗ якынча 74 ЭДж булачак, шуның өчтән ике өлеше яңартыла торган водородтан киләчәк. Чагыштыру өчен, бүгенге көндә (саф водород) 8,4 ЭДж тәшкил итә.

 

Хәтта электролитик водород 2050 елга кадәр водородка булган ихтыяҗны канәгатьләндерә алса да, су куллану якынча 25 миллиард куб метр тәшкил итәр иде. Түбәндәге рәсемдә бу сан башка ясалма су куллану агымнары белән чагыштырыла. Авыл хуҗалыгы иң күп күләмдә - 280 миллиард куб метр су куллана, ә сәнәгать якынча 800 миллиард куб метр, ә шәһәрләр 470 миллиард куб метр су куллана. Водород җитештерү өчен табигый газны реформалаштыру һәм күмерне газлаштыруның хәзерге су куллану күләме якынча 1,5 миллиард куб метр тәшкил итә.

Шулай итеп, электролитик юллар үзгәрүе һәм ихтыяҗ арту сәбәпле, күп күләмдә су кулланылыр дип көтелә, ләкин водород җитештерүдән су куллану кешеләр куллана торган башка агымнарга караганда күпкә азрак булачак. Тагын бер ориентир - җан башына су куллану елына 75 (Люксембург) һәм 1200 (АКШ) куб метр арасында. Уртача 400 м3 / (җан башына * ел) булганда, 2050 елда гомуми водород җитештерү 62 миллион кеше яшәгән илнең күрсәткеченә тиң.

 

Су күпме тора һәм күпме энергия кулланыла

 

бәя

Электролитик күзәнәкләр югары сыйфатлы су таләп итә һәм суны эшкәртүне таләп итә. Түбән сыйфатлы су тизрәк таркалуга һәм гомер кыскаруга китерә. Күп элементлар, шул исәптән селтеләрдә кулланыла торган диафрагмалар һәм катализаторлар, шулай ук ​​PEM мембраналары һәм күзәнәкле транспорт катламнары, тимер, хром, бакыр һ.б. кебек су катнашмалары белән тискәре йогынты ясарга мөмкин. Су үткәрүчәнлеге 1 мкС/см3 дән кимрәк, ә гомуми органик углерод 50 мкг/л дән кимрәк булырга тиеш.

 

Су энергия куллану һәм чыгымнарның чагыштырмача аз өлешен тәшкил итә. Ике параметр өчен дә иң начар сценарий - тозсызландыру. Кире осмос - тозсызландыруның төп технологиясе, ул глобаль куәтнең якынча 70 процентын тәшкил итә. Технологиянең бәясе $1900-$2000/м³/көнгә һәм өйрәнү күрсәткече 15% тәшкил итә. Бу инвестиция бәясендә эшкәртү бәясе якынча $1/м³ тәшкил итә, һәм электр энергиясе бәяләре түбән булган төбәкләрдә түбәнрәк булырга мөмкин.

 

Моннан тыш, җибәрү чыгымнары бер м³ өчен якынча 1-2 долларга артачак. Хәтта бу очракта да суны чистарту чыгымнары якынча 0,05 доллар/кгС2 тәшкил итә. Моны күз алдына китереп әйткәндә, яхшы яңартыла торган ресурслар булганда, яңартыла торган водород бәясе 2-3 доллар/кгС2 тәшкил итә ала, ә уртача ресурс бәясе 4-5 доллар/кгС2 тәшкил итә.

 

Шулай итеп, бу консерватив сценарийда су гомуми бәянең 2 процентыннан да кимрәк торыр иде. Диңгез суын куллану алынган су күләмен 2,5-5 тапкыр арттырырга мөмкин (алыну коэффициенты буенча).

 

Энергия куллану

Тозсызландыруның энергия куллануына караганда, ул электролитик элементны кертү өчен кирәкле электр энергиясе күләме белән чагыштырганда бик аз. Хәзерге вакытта эшли торган кире осмос җайланмасы якынча 3,0 кВт/м3 куллана. Киресенчә, термик тозсызландыру җайланмаларының энергия куллануы күпкә югарырак, 40тан 80 кВт/м3ка кадәр, өстәмә энергия ихтыяҗлары тозсызландыру технологиясенә карап 2,5тән 5 кВт/м3ка кадәр. Мисал итеп, когенерация җайланмасының консерватив очрагын (ягъни югарырак энергия ихтыяҗы) алсак, җылылык насосын куллануны фаразлап, энергия ихтыяҗы якынча 0,7 кВт/с/кг водородка әйләндерелер иде. Моны күз алдына китерү өчен, электролитик элементның электр энергиясенә ихтыяҗы якынча 50-55 кВт/с/кг тәшкил итә, шуңа күрә хәтта иң начар сценарийда да тозсызландыру өчен энергия ихтыяҗы системага кертелгән гомуми энергиянең якынча 1% тәшкил итә.

 

Тозсызландыруның бер проблемасы - тозлы суны юк итү, бу җирле диңгез экосистемаларына йогынты ясарга мөмкин. Бу тозлы суны әйләнә-тирә мохиткә йогынтысын киметү өчен өстәмә эшкәртергә мөмкин, шуның белән су бәясенә тагын $0,6-2,40/м³ өстәлә. Моннан тыш, электролитик су сыйфаты эчәргә яраклы суга караганда катгыйрак һәм эшкәртү чыгымнары артырга мөмкин, ләкин бу энергия куллану белән чагыштырганда аз булачак дип көтелә.

Водород җитештерү өчен электролитик суның су эзе - җирле су белән тәэмин ителешкә, куллануга, деградациягә һәм пычрануга бәйле бик үзенчәлекле урнашу параметры. Экосистемаларның балансын һәм озак вакытлы климат тенденцияләренең йогынтысын исәпкә алырга кирәк. Су куллану яңартыла торган водородны масштаблауда төп киртә булачак.