વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા કેટલું પાણી વપરાય છે?

વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા કેટલું પાણી વપરાય છે

પગલું એક: હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન

પાણીનો વપરાશ બે પગલાઓમાંથી આવે છે: હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન અને અપસ્ટ્રીમ ઊર્જા વાહક ઉત્પાદન. હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન માટે, ઇલેક્ટ્રોલાઈઝ્ડ પાણીનો લઘુત્તમ વપરાશ આશરે 9 કિલોગ્રામ પાણી પ્રતિ કિલોગ્રામ હાઇડ્રોજન છે. જો કે, પાણીની ખનિજીકરણ પ્રક્રિયાને ધ્યાનમાં લેતા, આ ગુણોત્તર 18 થી 24 કિલોગ્રામ પાણી પ્રતિ કિલોગ્રામ હાઇડ્રોજન અથવા તો 25.7 થી 30.2 જેટલો ઊંચો હોઈ શકે છે..

 

હાલની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા (મિથેન સ્ટીમ રિફોર્મિંગ) માટે, લઘુત્તમ પાણીનો વપરાશ 4.5kgH2O/kgH2 છે (પ્રતિક્રિયા માટે જરૂરી), પ્રક્રિયા પાણી અને ઠંડકને ધ્યાનમાં લેતા, લઘુત્તમ પાણીનો વપરાશ 6.4-32.2kgH2O/kgH2 છે.

 

પગલું 2: ઉર્જા સ્ત્રોતો (નવીનીકરણીય વીજળી અથવા કુદરતી ગેસ)

અન્ય ઘટક પુનઃપ્રાપ્ય વીજળી અને કુદરતી ગેસના ઉત્પાદન માટે પાણીનો વપરાશ છે. ફોટોવોલ્ટેઇક પાવરનો પાણીનો વપરાશ 50-400 લિટર /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) અને પવન ઊર્જાનો 5-45 લિટર /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2) વચ્ચે બદલાય છે. તેવી જ રીતે, શેલ ગેસ (યુએસ ડેટાના આધારે)માંથી ગેસનું ઉત્પાદન 1.14kgH2O/kgH2 થી વધારીને 4.9kgH2O/kgH2 કરી શકાય છે.

 

નિષ્કર્ષમાં, ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર જનરેશન અને વિન્ડ પાવર જનરેશન દ્વારા ઉત્પન્ન થતા હાઇડ્રોજનનો સરેરાશ કુલ પાણીનો વપરાશ અનુક્રમે લગભગ 32 અને 22kgH2O/kgH2 છે. અનિશ્ચિતતા સૌર કિરણોત્સર્ગ, જીવનકાળ અને સિલિકોન સામગ્રીમાંથી આવે છે. આ પાણીનો વપરાશ કુદરતી ગેસ (7.6-37 kgh2o /kgH2, 22kgH2O/kgH2 ની સરેરાશ સાથે) માંથી હાઇડ્રોજન ઉત્પાદનની તીવ્રતાના સમાન ક્રમ પર છે.

 

કુલ જળ પદચિહ્ન: નવીનીકરણીય ઉર્જાનો ઉપયોગ કરતી વખતે નીચું

CO2 ઉત્સર્જનની જેમ, ઇલેક્ટ્રોલિટીક માર્ગો માટે નીચા વોટર ફૂટપ્રિન્ટ માટેની પૂર્વશરત એ નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોતોનો ઉપયોગ છે. જો અશ્મિભૂત ઇંધણનો ઉપયોગ કરીને વીજળીનો માત્ર એક નાનો અંશ ઉત્પન્ન થાય છે, તો વીજળી સાથે સંકળાયેલ પાણીનો વપરાશ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન વપરાતા વાસ્તવિક પાણી કરતાં ઘણો વધારે છે.

 

ઉદાહરણ તરીકે, ગેસ પાવર જનરેશન 2,500 લિટર/MWh સુધી પાણીનો ઉપયોગ કરી શકે છે. તે અશ્મિભૂત ઇંધણ (કુદરતી ગેસ) માટે પણ શ્રેષ્ઠ કેસ છે. જો કોલસાના ગેસિફિકેશનને ધ્યાનમાં લેવામાં આવે તો, હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન 31-31.8kgH2O/kgH2 અને કોલસાનું ઉત્પાદન 14.7kgH2O/kgH2નો વપરાશ કરી શકે છે. ફોટોવોલ્ટેઇક્સ અને પવનથી પાણીનો વપરાશ પણ સમય જતાં ઘટવાની અપેક્ષા છે કારણ કે ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓ વધુ કાર્યક્ષમ બને છે અને સ્થાપિત ક્ષમતાના એકમ દીઠ ઊર્જા ઉત્પાદન સુધરે છે.

 

2050 માં કુલ પાણીનો વપરાશ

વિશ્વ ભવિષ્યમાં આજ કરતાં અનેક ગણું વધુ હાઇડ્રોજન વાપરે તેવી અપેક્ષા છે. ઉદાહરણ તરીકે, IRENA ના વર્લ્ડ એનર્જી ટ્રાન્ઝિશન આઉટલુકનો અંદાજ છે કે 2050માં હાઇડ્રોજનની માંગ લગભગ 74EJ હશે, જેમાંથી લગભગ બે તૃતીયાંશ રિન્યુએબલ હાઇડ્રોજનમાંથી આવશે. તુલનાત્મક રીતે, આજે (શુદ્ધ હાઇડ્રોજન) 8.4EJ છે.

 

જો ઈલેક્ટ્રોલાઈટીક હાઈડ્રોજન સમગ્ર 2050 માટે હાઈડ્રોજનની માંગને પૂરી કરી શકે તો પણ પાણીનો વપરાશ લગભગ 25 બિલિયન ક્યુબિક મીટર હશે. નીચેનો આંકડો આ આંકડાને અન્ય માનવસર્જિત પાણીના વપરાશના પ્રવાહો સાથે સરખાવે છે. કૃષિ 280 બિલિયન ક્યુબિક મીટર પાણીનો સૌથી વધુ જથ્થો વાપરે છે, જ્યારે ઉદ્યોગ લગભગ 800 બિલિયન ક્યુબિક મીટર અને શહેરો 470 બિલિયન ક્યુબિક મીટરનો ઉપયોગ કરે છે. હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન માટે કુદરતી ગેસ સુધારણા અને કોલસાના ગેસિફિકેશનનો વર્તમાન પાણીનો વપરાશ લગભગ 1.5 બિલિયન ક્યુબિક મીટર છે.

આમ, જો કે ઈલેક્ટ્રોલાઈટીક માર્ગોમાં ફેરફાર અને વધતી માંગને કારણે મોટા પ્રમાણમાં પાણીનો વપરાશ થવાની ધારણા છે, તેમ છતાં હાઈડ્રોજન ઉત્પાદનમાંથી પાણીનો વપરાશ માનવીઓ દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતા અન્ય પ્રવાહો કરતા ઘણો ઓછો હશે. અન્ય સંદર્ભ બિંદુ એ છે કે માથાદીઠ પાણીનો વપરાશ દર વર્ષે 75 (લક્ઝમબર્ગ) અને 1,200 (યુએસ) ક્યુબિક મીટરની વચ્ચે છે. સરેરાશ 400 m3 / (વ્યક્તિદીઠ * વર્ષ), 2050 માં કુલ હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન 62 મિલિયન લોકોના દેશની સમકક્ષ છે.

 

પાણીનો કેટલો ખર્ચ થાય છે અને કેટલી ઉર્જા વપરાય છે

 

ખર્ચ

ઇલેક્ટ્રોલિટીક કોષોને ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા પાણીની જરૂર હોય છે અને પાણીની સારવારની જરૂર હોય છે. નીચી ગુણવત્તાનું પાણી ઝડપી અધોગતિ અને ટૂંકા જીવન તરફ દોરી જાય છે. આલ્કલાઇન્સમાં વપરાતા ડાયાફ્રેમ્સ અને ઉત્પ્રેરક, તેમજ PEM ના મેમ્બ્રેન અને છિદ્રાળુ પરિવહન સ્તરો સહિત ઘણા તત્વો, પાણીની અશુદ્ધિઓ જેમ કે આયર્ન, ક્રોમિયમ, કોપર વગેરેથી પ્રતિકૂળ અસર કરી શકે છે. પાણીની વાહકતા 1μS/ કરતા ઓછી હોવી જરૂરી છે. cm અને કુલ કાર્બનિક કાર્બન 50μg/L કરતાં ઓછું.

 

ઉર્જા વપરાશ અને ખર્ચમાં પાણી પ્રમાણમાં નાનો હિસ્સો ધરાવે છે. બંને પરિમાણો માટે સૌથી ખરાબ પરિસ્થિતિ ડિસેલિનેશન છે. રિવર્સ ઓસ્મોસિસ એ ડિસેલિનેશન માટેની મુખ્ય તકનીક છે, જે વૈશ્વિક ક્ષમતાના લગભગ 70 ટકા હિસ્સો ધરાવે છે. ટેક્નોલોજીની કિંમત $1900- $2000/m³/d છે અને તેનો લર્નિંગ કર્વ રેટ 15% છે. આ રોકાણ ખર્ચ પર, સારવારનો ખર્ચ લગભગ $1/m³ છે અને તે વિસ્તારોમાં ઓછો હોઈ શકે છે જ્યાં વીજળીનો ખર્ચ ઓછો હોય છે.

 

વધુમાં, શિપિંગ ખર્ચ m³ દીઠ લગભગ $1-2 વધશે. આ કિસ્સામાં પણ, પાણીની સારવારનો ખર્ચ લગભગ $0.05/kgH2 છે. આને પરિપ્રેક્ષ્યમાં મૂકવા માટે, જો સારા નવીનીકરણીય સંસાધનો ઉપલબ્ધ હોય તો નવીનીકરણીય હાઇડ્રોજનની કિંમત $2-3 /kgH2 હોઈ શકે છે, જ્યારે સરેરાશ સંસાધનની કિંમત $4-5 /kgH2 છે.

 

તેથી આ રૂઢિચુસ્ત દૃશ્યમાં, પાણીની કિંમત કુલના 2 ટકા કરતાં ઓછી હશે. દરિયાઈ પાણીનો ઉપયોગ પુનઃપ્રાપ્ત થયેલ પાણીની માત્રામાં 2.5 થી 5 ગણો વધારો કરી શકે છે (પુનઃપ્રાપ્તિ પરિબળની દ્રષ્ટિએ).

 

ઊર્જા વપરાશ

ડિસેલિનેશનના ઉર્જા વપરાશને જોતા, તે ઇલેક્ટ્રોલિટીક સેલને ઇનપુટ કરવા માટે જરૂરી વીજળીના જથ્થાની તુલનામાં પણ ખૂબ જ નાનું છે. વર્તમાન ઓપરેટિંગ રિવર્સ ઓસ્મોસિસ યુનિટ લગભગ 3.0 kW/m3 વાપરે છે. તેનાથી વિપરિત, ડિસેલિનેશન ટેક્નોલોજીના આધારે, થર્મલ ડિસેલિનેશન પ્લાન્ટ્સમાં 40 થી 80 KWH/m3, 2.5 થી 5 KWH/m3 સુધીની વધારાની પાવર જરૂરિયાતો સાથે ઘણી વધારે ઉર્જાનો વપરાશ હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે સહઉત્પાદન પ્લાન્ટના રૂઢિચુસ્ત કેસ (એટલે ​​​​કે ઉચ્ચ ઉર્જા માંગ) ને લઈએ, હીટ પંપના ઉપયોગને ધારીએ તો, ઊર્જાની માંગ લગભગ 0.7kWh/kg હાઇડ્રોજનમાં રૂપાંતરિત થશે. આને પરિપ્રેક્ષ્યમાં મૂકવા માટે, ઇલેક્ટ્રોલિટીક સેલની વીજળીની માંગ લગભગ 50-55kWh/kg છે, તેથી સૌથી ખરાબ પરિસ્થિતિમાં પણ, ડિસેલિનેશન માટેની ઊર્જાની માંગ સિસ્ટમમાં કુલ ઊર્જા ઇનપુટના લગભગ 1% જેટલી છે.

 

ડિસેલિનેશનનો એક પડકાર ખારા પાણીનો નિકાલ છે, જે સ્થાનિક દરિયાઈ જીવસૃષ્ટિ પર અસર કરી શકે છે. આ ખારાને તેની પર્યાવરણીય અસર ઘટાડવા માટે વધુ સારવાર કરી શકાય છે, આમ પાણીની કિંમતમાં વધુ $0.6-2.40/m³ ઉમેરી શકાય છે. વધુમાં, ઈલેક્ટ્રોલાઈટીક પાણીની ગુણવત્તા પીવાના પાણી કરતાં વધુ કડક છે અને તેના કારણે વધુ સારવાર ખર્ચ થઈ શકે છે, પરંતુ પાવર ઈનપુટની સરખામણીમાં આ હજુ પણ નાનું હોવાની અપેક્ષા છે.

હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન માટે ઇલેક્ટ્રોલિટીક પાણીનું વોટર ફૂટપ્રિન્ટ એ ખૂબ ચોક્કસ સ્થાન પરિમાણ છે જે સ્થાનિક પાણીની ઉપલબ્ધતા, વપરાશ, અધોગતિ અને પ્રદૂષણ પર આધારિત છે. ઇકોસિસ્ટમનું સંતુલન અને લાંબા ગાળાના આબોહવા વલણોની અસરને ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ. પુનઃપ્રાપ્ય હાઇડ્રોજનને વધારવામાં પાણીનો વપરાશ મુખ્ય અવરોધ હશે.