Faint o ddŵr sy'n cael ei yfed gan electrolysis?

Faint o ddŵr sy'n cael ei yfed gan electrolysis

Cam un: Cynhyrchu hydrogen

Daw'r defnydd o ddŵr o ddau gam: cynhyrchu hydrogen a chynhyrchu cludwyr ynni i fyny'r afon. Ar gyfer cynhyrchu hydrogen, y defnydd lleiaf o ddŵr electrolyzed yw tua 9 cilogram o ddŵr fesul cilogram o hydrogen. Fodd bynnag, gan ystyried y broses demineralization dŵr, gall y gymhareb hon amrywio o 18 i 24 cilogram o ddŵr fesul cilogram o hydrogen, neu hyd yn oed mor uchel â 25.7 i 30.2.

 

Ar gyfer y broses gynhyrchu bresennol (diwygio stêm methan), y defnydd lleiaf o ddŵr yw 4.5kgH2O/kgH2 (sy'n ofynnol ar gyfer adwaith), gan ystyried dŵr proses ac oeri, y defnydd lleiaf o ddŵr yw 6.4-32.2kgH2O/kgH2.

 

Cam 2: Ffynonellau ynni (trydan adnewyddadwy neu nwy naturiol)

Elfen arall yw'r defnydd o ddŵr i gynhyrchu trydan adnewyddadwy a nwy naturiol. Mae defnydd dŵr pŵer ffotofoltäig yn amrywio rhwng 50-400 litr /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) a phŵer gwynt rhwng 5-45 litr /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2). Yn yr un modd, gellir cynyddu cynhyrchiant nwy o nwy siâl (yn seiliedig ar ddata UDA) o 1.14kgH2O/kgH2 i 4.9kgH2O/kgH2.

 

I gloi, mae cyfanswm y defnydd o ddŵr ar gyfartaledd o hydrogen a gynhyrchir gan gynhyrchu pŵer ffotofoltäig a chynhyrchu pŵer gwynt tua 32 a 22kgH2O / kgH2, yn y drefn honno. Daw'r ansicrwydd o ymbelydredd solar, oes a chynnwys silicon. Mae'r defnydd hwn o ddŵr ar yr un maint â chynhyrchu hydrogen o nwy naturiol (7.6-37 kgh2o /kgH2, gyda chyfartaledd o 22kgH2O/kgH2).

 

Cyfanswm ôl troed dŵr: Yn is wrth ddefnyddio ynni adnewyddadwy

Yn debyg i allyriadau CO2, rhagofyniad ar gyfer ôl troed dŵr isel ar gyfer llwybrau electrolytig yw defnyddio ffynonellau ynni adnewyddadwy. Os mai dim ond cyfran fach o'r trydan sy'n cael ei gynhyrchu gan ddefnyddio tanwyddau ffosil, mae'r defnydd o ddŵr sy'n gysylltiedig â thrydan yn llawer uwch na'r dŵr gwirioneddol a ddefnyddir yn ystod electrolysis.

 

Er enghraifft, gall cynhyrchu pŵer nwy ddefnyddio hyd at 2,500 litr /MWh o ddŵr. Dyma'r achos gorau hefyd ar gyfer tanwyddau ffosil (nwy naturiol). Os ystyrir nwyeiddio glo, gall cynhyrchu hydrogen ddefnyddio 31-31.8kgH2O/kgH2 a gall cynhyrchu glo ddefnyddio 14.7kgH2O/kgH2. Disgwylir hefyd i'r defnydd o ddŵr ffotofoltäig a gwynt leihau dros amser wrth i brosesau gweithgynhyrchu ddod yn fwy effeithlon ac wrth i allbwn ynni fesul uned o gapasiti gosodedig wella.

 

Cyfanswm y defnydd o ddŵr yn 2050

Disgwylir i'r byd ddefnyddio llawer mwy o hydrogen yn y dyfodol nag y mae heddiw. Er enghraifft, mae Rhagolwg Trawsnewid Ynni'r Byd IRENA yn amcangyfrif y bydd y galw am hydrogen yn 2050 tua 74EJ, a bydd tua dwy ran o dair ohono'n dod o hydrogen adnewyddadwy. Mewn cymhariaeth, heddiw (hydrogen pur) yw 8.4EJ.

 

Hyd yn oed pe gallai hydrogen electrolytig fodloni'r galw am hydrogen am 2050 cyfan, byddai'r defnydd o ddŵr tua 25 biliwn metr ciwbig. Mae’r ffigur isod yn cymharu’r ffigur hwn â ffrydiau defnydd dŵr eraill o waith dyn. Mae amaethyddiaeth yn defnyddio'r swm mwyaf o 280 biliwn metr ciwbig o ddŵr, tra bod diwydiant yn defnyddio bron i 800 biliwn metr ciwbig ac mae dinasoedd yn defnyddio 470 biliwn metr ciwbig. Mae'r defnydd presennol o ddŵr diwygio nwy naturiol a nwyeiddio glo ar gyfer cynhyrchu hydrogen tua 1.5 biliwn metr ciwbig.

Felly, er y disgwylir i lawer iawn o ddŵr gael ei yfed oherwydd newidiadau mewn llwybrau electrolytig a galw cynyddol, bydd y defnydd o ddŵr o gynhyrchu hydrogen yn dal i fod yn llawer llai na llifau eraill a ddefnyddir gan fodau dynol. Pwynt cyfeirio arall yw bod defnydd dŵr y pen rhwng 75 (Lwcsembwrg) a 1,200 (UDA) metr ciwbig y flwyddyn. Ar gyfartaledd o 400 m3 / (y pen * blwyddyn), mae cyfanswm cynhyrchiant hydrogen yn 2050 yn cyfateb i wlad o 62 miliwn o bobl.

 

Faint mae dŵr yn ei gostio a faint o ynni sy'n cael ei ddefnyddio

 

cost

Mae celloedd electrolytig angen dŵr o ansawdd uchel ac mae angen trin dŵr. Mae dŵr o ansawdd is yn arwain at ddiraddio cyflymach a bywyd byrrach. Gall amhureddau dŵr megis haearn, cromiwm, copr ac ati effeithio'n andwyol ar lawer o elfennau, gan gynnwys diafframau a chatalyddion a ddefnyddir mewn alcalinau, yn ogystal â philenni a haenau trafnidiaeth mandyllog PEM. Mae'n ofynnol i ddargludedd dŵr fod yn llai na 1μS/ cm a chyfanswm carbon organig yn llai na 50μg/L.

 

Mae dŵr yn cyfrif am gyfran gymharol fach o ddefnydd a chostau ynni. Y senario waethaf ar gyfer y ddau baramedr yw dihalwyno. Osmosis gwrthdro yw'r brif dechnoleg ar gyfer dihalwyno, gan gyfrif am bron i 70 y cant o gapasiti byd-eang. Mae'r dechnoleg yn costio $1900- $2000 / m³/d ac mae ganddi gyfradd cromlin ddysgu o 15%. Ar y gost fuddsoddi hon, mae cost y driniaeth tua $1 /m³, a gall fod yn is mewn ardaloedd lle mae costau trydan yn isel.

 

Yn ogystal, bydd costau cludo yn cynyddu tua $ 1-2 y m³. Hyd yn oed yn yr achos hwn, mae costau trin dŵr tua $0.05 / kgH2. I roi hyn mewn persbectif, gall cost hydrogen adnewyddadwy fod yn $2-3 /kgH2 os oes adnoddau adnewyddadwy da ar gael, tra bod cost yr adnodd cyfartalog yn $4-5 /kgH2.

 

Felly yn y senario ceidwadol hwn, byddai dŵr yn costio llai na 2 y cant o'r cyfanswm. Gall y defnydd o ddŵr môr gynyddu faint o ddŵr a adferir 2.5 i 5 gwaith (o ran ffactor adfer).

 

Defnydd o ynni

O edrych ar y defnydd o ynni dihalwyno, mae hefyd yn fach iawn o'i gymharu â faint o drydan sydd ei angen i fewnbynnu'r gell electrolytig. Mae'r uned osmosis gwrthdro sy'n gweithredu ar hyn o bryd yn defnyddio tua 3.0 kW/m3. Mewn cyferbyniad, mae gan weithfeydd dihalwyno thermol ddefnydd llawer uwch o ynni, yn amrywio o 40 i 80 KWH/m3, gyda gofynion pŵer ychwanegol yn amrywio o 2.5 i 5 KWH/m3, yn dibynnu ar y dechnoleg dihalwyno. Gan gymryd yr achos ceidwadol (hy galw uwch am ynni) o weithfeydd cydgynhyrchu fel enghraifft, gan dybio y defnyddir pwmp gwres, byddai'r galw am ynni yn cael ei drosi i tua 0.7kWh/kg o hydrogen. I roi hyn mewn persbectif, mae galw trydan y gell electrolytig tua 50-55kWh / kg, felly hyd yn oed yn y senario waethaf, mae'r galw am ynni ar gyfer dihalwyno tua 1% o gyfanswm y mewnbwn ynni i'r system.

 

Un her o ddihalwyno yw gwaredu dŵr halen, a all gael effaith ar ecosystemau Morol lleol. Gellir trin yr heli hwn ymhellach i leihau ei effaith amgylcheddol, gan ychwanegu $0.6-2.40 /m³ arall at gost dŵr. Yn ogystal, mae ansawdd dŵr electrolytig yn llymach na dŵr yfed a gall arwain at gostau trin uwch, ond disgwylir i hyn fod yn fach o hyd o'i gymharu â'r mewnbwn pŵer.

Mae ôl troed dŵr dŵr electrolytig ar gyfer cynhyrchu hydrogen yn baramedr lleoliad penodol iawn sy'n dibynnu ar argaeledd dŵr lleol, defnydd, diraddio a llygredd. Dylid ystyried cydbwysedd ecosystemau ac effaith tueddiadau hinsawdd hirdymor. Bydd y defnydd o ddŵr yn rhwystr mawr i gynyddu hydrogen adnewyddadwy.