Elektroliz orqali qancha suv sarflanadi?

Elektroliz orqali qancha suv sarflanadi

Birinchi qadam: Vodorod ishlab chiqarish

Suv isteʼmoli ikki bosqichdan iborat: vodorod ishlab chiqarish va yuqori oqimdagi energiya tashuvchilarini ishlab chiqarish. Vodorod ishlab chiqarish uchun elektrolizlangan suvning minimal isteʼmoli har bir kilogramm vodorod uchun taxminan 9 kilogramm suvni tashkil qiladi. Biroq, suvning demineralizatsiya jarayonini hisobga olgan holda, bu nisbat har bir kilogramm vodorod uchun 18 dan 24 kilogrammgacha yoki hatto 25,7 dan 30,2 gacha boʻlishi mumkin..

 

Mavjud ishlab chiqarish jarayoni (metan bug'i bilan isloh qilish) uchun minimal suv sarfi 4,5 kgH2O/kgH2 (reaktsiya uchun zarur) ni tashkil qiladi, jarayon suvi va sovutishni hisobga olgan holda minimal suv sarfi 6,4-32,2 kgH2O/kgH2 ni tashkil qiladi.

 

2-bosqich: Energiya manbalari (qayta tiklanadigan elektr energiyasi yoki tabiiy gaz)

Yana bir komponent - qayta tiklanadigan elektr energiyasi va tabiiy gaz ishlab chiqarish uchun suv sarfi. Fotovoltaik energiyaning suv sarfi 50-400 litr/MVt/soat (2,4-19 kgH2O/kgH2) va shamol energiyasining suv sarfi 5-45 litr/MVt/soat (0,2-2,1 kgH2O/kgH2) orasida o'zgarib turadi. Xuddi shunday, slanets gazidan gaz ishlab chiqarish (AQSh ma'lumotlariga asoslanib) 1,14 kgH2O/kgH2 dan 4,9 kgH2O/kgH2 gacha oshirilishi mumkin.

 

Xulosa qilib aytganda, fotovoltaik energiya ishlab chiqarish va shamol energiyasini ishlab chiqarish orqali hosil bo'ladigan vodorodning o'rtacha umumiy suv sarfi mos ravishda 32 va 22 kgH2O/kgH2 ni tashkil qiladi. Noaniqliklar quyosh nurlanishi, umr ko'rish davomiyligi va kremniy miqdoridan kelib chiqadi. Bu suv sarfi tabiiy gazdan vodorod ishlab chiqarish bilan bir xil darajada (7,6-37 kgh2o/kgH2, o'rtacha 22 kgH2O/kgH2).

 

Umumiy suv izi: Qayta tiklanadigan energiyadan foydalanganda kamroq

CO2 chiqindilariga o'xshab, elektrolitik yo'llar uchun suv izining kamligi uchun zaruriy shart qayta tiklanadigan energiya manbalaridan foydalanishdir. Agar elektr energiyasining ozgina qismi qazilma yoqilg'ilar yordamida ishlab chiqarilsa, elektr energiyasi bilan bog'liq suv sarfi elektroliz paytida sarflangan haqiqiy suvdan ancha yuqori bo'ladi.

 

Masalan, gaz energiyasini ishlab chiqarish 2500 litr/MVt/soatgacha suv sarflashi mumkin. Bu shuningdek, qazilma yoqilg'ilar (tabiiy gaz) uchun ham eng yaxshi holatdir. Agar ko'mirni gazlashtirishni ko'rib chiqsak, vodorod ishlab chiqarish 31-31,8 kgH2O/kgH2, ko'mir ishlab chiqarish esa 14,7 kgH2O/kgH2 iste'mol qilishi mumkin. Vaqt o'tishi bilan ishlab chiqarish jarayonlari samaraliroq bo'lib, o'rnatilgan quvvat birligiga to'g'ri keladigan energiya ishlab chiqarish yaxshilanishi bilan fotoelektr va shamol energiyasidan olinadigan suv iste'moli ham kamayishi kutilmoqda.

 

2050-yilda umumiy suv iste'moli

Kelajakda dunyo bugungi kundagidan bir necha baravar ko'proq vodoroddan foydalanishi kutilmoqda. Masalan, IRENAning Jahon energiya o'tish istiqbollari bo'yicha hisobotiga ko'ra, 2050-yilda vodorodga bo'lgan talab taxminan 74 EJ ni tashkil qiladi, shundan uchdan ikki qismi qayta tiklanadigan vodoroddan keladi. Taqqoslash uchun, bugungi kunda (sof vodorod) 8,4 EJ ni tashkil qiladi.

 

Agar elektrolitik vodorod 2050-yil davomida vodorodga bo'lgan talabni qondira olsa ham, suv iste'moli taxminan 25 milliard kubometrni tashkil qiladi. Quyidagi rasmda bu ko'rsatkich boshqa texnogen suv iste'moli oqimlari bilan taqqoslanadi. Qishloq xo'jaligi eng ko'p miqdorda - 280 milliard kubometr suvdan foydalanadi, sanoat esa qariyb 800 milliard kubometr va shaharlar esa 470 milliard kubometr suvdan foydalanadi. Vodorod ishlab chiqarish uchun tabiiy gazni isloh qilish va ko'mirni gazlashtirishning hozirgi suv iste'moli taxminan 1,5 milliard kubometrni tashkil etadi.

Shunday qilib, elektrolitik yo'llarning o'zgarishi va ortib borayotgan talab tufayli katta miqdorda suv iste'mol qilinishi kutilsa-da, vodorod ishlab chiqarishdan olinadigan suv iste'moli odamlar foydalanadigan boshqa oqimlarga qaraganda ancha kam bo'ladi. Yana bir ma'lumotnoma shundaki, aholi jon boshiga suv iste'moli yiliga 75 (Lyuksemburg) va 1200 (AQSh) kub metrni tashkil qiladi. O'rtacha 400 m3 / (aholi jon boshiga * yiliga) bo'lgan holda, 2050-yilda umumiy vodorod ishlab chiqarish 62 million aholiga ega mamlakatning ishlab chiqarishiga teng.

 

Suv qancha turadi va qancha energiya sarflanadi

 

xarajat

Elektrolitik elementlar yuqori sifatli suvni talab qiladi va suvni qayta ishlashni talab qiladi. Sifatsiz suv tezroq parchalanishga va qisqaroq umrga olib keladi. Ishqoriy moddalarda ishlatiladigan diafragmalar va katalizatorlar, shuningdek, PEM ning membranalari va g'ovakli transport qatlamlari kabi ko'plab elementlarga temir, xrom, mis va boshqalar kabi suv aralashmalari salbiy ta'sir ko'rsatishi mumkin. Suv o'tkazuvchanligi 1 μS/sm3 dan kam va umumiy organik uglerod 50 μg/l dan kam bo'lishi kerak.

 

Suv energiya iste'moli va xarajatlarining nisbatan kichik qismini tashkil qiladi. Ikkala parametr uchun ham eng yomon stsenariy - bu tuzsizlantirish. Teskari osmos suvni tuzsizlantirishning asosiy texnologiyasi bo'lib, global quvvatning qariyb 70 foizini tashkil qiladi. Texnologiyaning narxi kuniga 1900-2000 dollar/m³ va o'rganish darajasi 15% ni tashkil qiladi. Ushbu investitsiya qiymatida tozalash qiymati taxminan 1 dollar/m³ ni tashkil qiladi va elektr energiyasi narxi past bo'lgan hududlarda pastroq bo'lishi mumkin.

 

Bundan tashqari, yetkazib berish xarajatlari har m³ uchun taxminan 1-2 dollarga oshadi. Hatto bu holatda ham suvni tozalash xarajatlari taxminan 0,05 dollar/kgH2 ni tashkil qiladi. Buni nuqtai nazardan qaraganda, agar yaxshi qayta tiklanadigan resurslar mavjud bo'lsa, qayta tiklanadigan vodorodning narxi 2-3 dollar/kgH2 ni tashkil qilishi mumkin, o'rtacha resursning narxi esa 4-5 dollar/kgH2 ni tashkil qiladi.

 

Shunday qilib, ushbu konservativ stsenariyda suv umumiy qiymatning 2 foizidan kamroq turadi. Dengiz suvidan foydalanish qayta tiklanadigan suv miqdorini 2,5 dan 5 baravargacha oshirishi mumkin (qayta tiklanish koeffitsienti nuqtai nazaridan).

 

Energiya sarfi

Tuzsizlantirishning energiya sarfiga nazar tashlasak, u elektrolitik elementni kiritish uchun zarur bo'lgan elektr energiyasi miqdoriga nisbatan juda kichik. Hozirgi vaqtda ishlaydigan teskari osmos qurilmasi taxminan 3,0 kVt/m3 energiya sarflaydi. Aksincha, termal tuzsizlantirish qurilmalari ancha yuqori energiya sarfiga ega, ya'ni 40 dan 80 kVt/m3 gacha, qo'shimcha quvvat talablari esa tuzsizlantirish texnologiyasiga qarab 2,5 dan 5 kVt/m3 gacha. Masalan, kogeneratsiya qurilmasining konservativ holatini (ya'ni yuqori energiya talabi) olsak, issiqlik nasosidan foydalanishni nazarda tutsak, energiya talabi taxminan 0,7 kVt/kg vodorodga aylantiriladi. Buni nuqtai nazardan ko'rsatish uchun, elektrolitik elementning elektr energiyasiga talabi taxminan 50-55 kVt/kg ni tashkil qiladi, shuning uchun hatto eng yomon holatda ham, tuzsizlantirish uchun energiya talabi tizimga kiradigan umumiy energiyaning taxminan 1% ni tashkil qiladi.

 

Tuzsizlantirishning muammolaridan biri sho'r suvni yo'q qilishdir, bu esa mahalliy dengiz ekotizimlariga ta'sir qilishi mumkin. Ushbu sho'r suv atrof-muhitga ta'sirini kamaytirish uchun qo'shimcha ishlov berilishi mumkin, bu esa suv narxiga yana 0,6-2,40 dollar/m³ qo'shadi. Bundan tashqari, elektrolitik suv sifati ichimlik suviga qaraganda qattiqroq va tozalash xarajatlarining oshishiga olib kelishi mumkin, ammo bu hali ham energiya sarfiga nisbatan kichik bo'lishi kutilmoqda.

Vodorod ishlab chiqarish uchun elektrolitik suvning suv izi mahalliy suv mavjudligi, iste'moli, degradatsiyasi va ifloslanishiga bog'liq bo'lgan juda aniq joylashuv parametridir. Ekotizimlarning muvozanati va uzoq muddatli iqlim tendentsiyalarining ta'sirini hisobga olish kerak. Suv iste'moli qayta tiklanadigan vodorodni kengaytirishda asosiy to'siq bo'ladi.