Որքա՞ն ջուր է սպառվում էլեկտրոլիզով:

Որքա՞ն ջուր է սպառվում էլեկտրոլիզով

Քայլ առաջին. Ջրածնի արտադրություն

Ջրի սպառումը գալիս է երկու փուլից՝ ջրածնի արտադրություն և վերին հոսանքի էներգիայի կրիչի արտադրություն: Ջրածնի արտադրության համար էլեկտրոլիզացված ջրի նվազագույն սպառումը մոտավորապես 9 կիլոգրամ ջուր է մեկ կիլոգրամ ջրածնի համար: Այնուամենայնիվ, հաշվի առնելով ջրի հանքայնացման գործընթացը, այս հարաբերակցությունը կարող է տատանվել 18-ից 24 կիլոգրամ ջրի մեկ կիլոգրամ ջրածնի համար, կամ նույնիսկ 25,7-ից 30,2:.

 

Գոյություն ունեցող արտադրական գործընթացի համար (մեթանի գոլորշու ռեֆորմինգ) ջրի նվազագույն ծախսը կազմում է 4,5 կգH2O/kgH2 (պահանջվում է ռեակցիայի համար), հաշվի առնելով գործընթացի ջուրը և սառեցումը, ջրի նվազագույն ծախսը կազմում է 6,4-32,2 կգH2O/kgH2:

 

Քայլ 2. Էներգիայի աղբյուրներ (վերականգնվող էլեկտրաէներգիա կամ բնական գազ)

Մյուս բաղադրիչը ջրի սպառումն է վերականգնվող էլեկտրաէներգիա և բնական գազ արտադրելու համար: Ֆոտովոլտային էներգիայի ջրի սպառումը տատանվում է 50-400 լիտր /ՄՎտժ (2,4-19կգՀ2Օ/կգՀ2) և քամու էներգիայի՝ 5-45լ/ՄՎտժ (0,2-2,1կգՀ2Օ/կգՀ2) միջև: Նմանապես, թերթաքարային գազից գազի արդյունահանումը (հիմնվելով ԱՄՆ տվյալների վրա) կարող է ավելացվել 1.14kgH2O/kgH2-ից մինչև 4.9kgH2O/kgH2:

 

Եզրափակելով, ջրածնի միջին ընդհանուր ջրի սպառումը, որն առաջանում է ֆոտովոլտային էներգիայի և հողմային էներգիայի արտադրության արդյունքում, համապատասխանաբար կազմում է մոտ 32 և 22 կգH2O/kgH2: Անորոշությունները գալիս են արեգակնային ճառագայթումից, կյանքի տևողությունից և սիլիցիումի պարունակությունից: Ջրի այս սպառումը հավասար է բնական գազից ջրածնի արտադրությանը (7,6-37 կգժ2օ/կգՀ2, միջինը 22կգՀ2Օ/կգՀ2):

 

Ջրի ընդհանուր տարածությունը. ավելի քիչ՝ վերականգնվող էներգիա օգտագործելիս

CO2 արտանետումների նման, էլեկտրոլիտիկ երթուղիների համար ցածր ջրի հետքի համար նախապայման է վերականգնվող էներգիայի աղբյուրների օգտագործումը: Եթե ​​էլեկտրաէներգիայի միայն մի փոքր մասն է արտադրվում հանածո վառելիքի օգտագործմամբ, ապա էլեկտրաէներգիայի հետ կապված ջրի սպառումը շատ ավելի բարձր է, քան էլեկտրոլիզի ընթացքում սպառված իրական ջուրը:

 

Օրինակ՝ գազի էներգիայի արտադրությունը կարող է օգտագործել մինչև 2500 լիտր/ՄՎտ/ժ ջուր։ Դա լավագույն դեպքն է նաև հանածո վառելիքի (բնական գազի) դեպքում: Եթե ​​դիտարկվի ածխի գազաֆիկացումը, ապա ջրածնի արտադրությունը կարող է սպառել 31-31,8 կգ H2O/kgH2, իսկ ածխի արտադրությունը կարող է սպառել 14,7 կգ H2O/kgH2: Ակնկալվում է, որ ֆոտովոլտայիկներից և քամուց ջրի սպառումը ժամանակի ընթացքում կնվազի, քանի որ արտադրական գործընթացներն ավելի արդյունավետ են դառնում, իսկ տեղադրված հզորության միավորի հաշվով էներգիայի արտադրությունը բարելավվում է:

 

Ջրի ընդհանուր սպառումը 2050թ

Ակնկալվում է, որ ապագայում աշխարհը շատ անգամ ավելի շատ ջրածին կօգտագործի, քան այսօր: Օրինակ, IRENA-ի World Energy Transitions Outlook-ը գնահատում է, որ 2050 թվականին ջրածնի պահանջարկը կկազմի մոտ 74 EJ, որից մոտ երկու երրորդը կկազմի վերականգնվող ջրածնից: Համեմատության համար, այսօր (մաքուր ջրածինը) 8.4EJ է:

 

Նույնիսկ եթե էլեկտրոլիտային ջրածինը կարողանա բավարարել ջրածնի պահանջարկը ողջ 2050 թվականին, ջրի սպառումը կկազմի մոտ 25 միլիարդ խորանարդ մետր: Ստորև բերված նկարը համեմատում է այս ցուցանիշը տեխնածին ջրի սպառման այլ հոսքերի հետ: Գյուղատնտեսությունն օգտագործում է ամենամեծ ծավալը՝ 280 միլիարդ խորանարդ մետր ջուր, մինչդեռ արդյունաբերությունն օգտագործում է մոտ 800 միլիարդ խորանարդ մետր, իսկ քաղաքները՝ 470 միլիարդ խորանարդ մետր: Ջրածնի արտադրության համար բնական գազի բարեփոխման և ածխի գազիֆիկացման ջրի ներկայիս սպառումը կազմում է մոտ 1,5 միլիարդ խորանարդ մետր:

Այսպիսով, չնայած ակնկալվում է, որ մեծ քանակությամբ ջուր կսպառվի էլեկտրոլիտիկ ուղիների փոփոխության և աճող պահանջարկի պատճառով, ջրածնի արտադրությունից ջրի սպառումը դեռ շատ ավելի փոքր կլինի, քան մարդկանց կողմից օգտագործվող այլ հոսքերը: Մեկ այլ հղման կետն այն է, որ մեկ շնչի հաշվով ջրի սպառումը կազմում է տարեկան 75 (Լյուքսեմբուրգ) և 1200 (ԱՄՆ) խորանարդ մետր: Միջին հաշվով 400 մ3 / (մեկ շնչին * տարի) ջրածնի ընդհանուր արտադրությունը 2050 թվականին համարժեք է 62 միլիոն բնակչություն ունեցող երկրի արտադրությանը:

 

Որքա՞ն արժե ջուրը և որքան էներգիա է ծախսվում

 

արժեքը

Էլեկտրոլիտիկ բջիջները պահանջում են բարձրորակ ջուր և պահանջում են ջրի մաքրում: Ավելի ցածր որակի ջուրը հանգեցնում է ավելի արագ քայքայման և ավելի կարճ կյանքի: Շատ տարրեր, ներառյալ ալկալիներում օգտագործվող դիֆրագմները և կատալիզատորները, ինչպես նաև PEM-ի թաղանթները և ծակոտկեն տրանսպորտային շերտերը, կարող են բացասաբար ազդել ջրի կեղտերից, ինչպիսիք են երկաթը, քրոմը, պղինձը և այլն: Ջրի հաղորդունակությունը պետք է լինի 1μS/-ից պակաս: սմ և ընդհանուր օրգանական ածխածինը 50 մկգ/լ-ից պակաս:

 

Ջուրը կազմում է էներգիայի սպառման և ծախսերի համեմատաբար փոքր մասնաբաժինը: Երկու պարամետրերի համար էլ վատթարագույն սցենարը աղազերծումն է: Հակադարձ օսմոզը աղազերծման հիմնական տեխնոլոգիան է, որը կազմում է համաշխարհային հզորության գրեթե 70 տոկոսը: Տեխնոլոգիան արժե $1900- $2000/մ³/օր և ունի 15% ուսուցման կորի գործակից: Այս ներդրումային արժեքի դեպքում բուժման արժեքը կազմում է մոտ $1/մ³ և կարող է ավելի ցածր լինել այն տարածքներում, որտեղ էլեկտրաէներգիայի ծախսերը ցածր են:

 

Բացի այդ, առաքման ծախսերը կավելանան մոտ 1-2 դոլարով մեկ մ³-ի համար: Նույնիսկ այս դեպքում ջրի մաքրման ծախսերը կազմում են մոտ 0,05 ԱՄՆ դոլար / կգՀ2: Որպեսզի պատկերացնենք, որ վերականգնվող ջրածնի արժեքը կարող է լինել $2-3/kgH2, եթե առկա են լավ վերականգնվող ռեսուրսներ, մինչդեռ միջին ռեսուրսի արժեքը կազմում է $4-5/kgH2:

 

Այսպիսով, այս պահպանողական սցենարում ջուրը կարժենա ընդհանուրի 2 տոկոսից պակաս: Ծովի ջրի օգտագործումը կարող է մեծացնել վերականգնվող ջրի քանակը 2,5-ից 5 անգամ (վերականգնման գործակիցով):

 

Էներգիայի սպառումը

Նայելով աղազերծման էներգիայի սպառմանը, այն նաև շատ փոքր է՝ համեմատած էլեկտրոլիտիկ բջիջը մուտքագրելու համար անհրաժեշտ էլեկտրաէներգիայի քանակի հետ: Ընթացիկ գործող հակադարձ osmosis միավորը սպառում է մոտ 3.0 կՎտ/մ3: Ի հակադրություն, ջերմային աղազերծման կայանները շատ ավելի մեծ էներգիայի սպառում ունեն՝ տատանվում է 40-ից 80 ԿՎտժ/մ3, իսկ էներգիայի լրացուցիչ պահանջները տատանվում են 2,5-ից 5 ԿՎտժ/մ3՝ կախված աղազերծման տեխնոլոգիայից: Որպես օրինակ վերցնելով համակցված էներգիայի կայանի պահպանողական դեպքը (այսինքն՝ էներգիայի ավելի մեծ պահանջարկը)՝ ենթադրելով ջերմային պոմպի օգտագործումը, էներգիայի պահանջարկը կվերածվի մոտ 0,7 կՎտժ/կգ ջրածնի: Որպեսզի պատկերացնենք, որ էլեկտրոլիտիկ բջիջի էլեկտրաէներգիայի պահանջարկը կազմում է մոտ 50-55 կՎտժ/կգ, այնպես որ նույնիսկ վատագույն սցենարի դեպքում աղազերծման էներգիայի պահանջարկը կազմում է համակարգ մուտքագրվող ընդհանուր էներգիայի մոտ 1%-ը:

 

Աղազերծման մարտահրավերներից մեկը աղի ջրի հեռացումն է, որը կարող է ազդեցություն ունենալ տեղական ծովային էկոհամակարգերի վրա: Այս աղաջրը կարող է հետագայում մշակվել՝ նվազեցնելով դրա շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը, այդպիսով ավելացնելով ևս 0,6-2,40 ԱՄՆ դոլար/մ³ ջրի արժեքին: Բացի այդ, էլեկտրոլիտիկ ջրի որակն ավելի խիստ է, քան խմելու ջուրը և կարող է հանգեցնել մաքրման ավելի բարձր ծախսերի, սակայն ակնկալվում է, որ այն դեռ փոքր կլինի՝ համեմատած մուտքային էներգիայի հետ:

Ջրածնի արտադրության համար էլեկտրոլիտիկ ջրի ջրի հետքը շատ կոնկրետ տեղորոշման պարամետր է, որը կախված է տեղական ջրի առկայությունից, սպառումից, դեգրադացիայից և աղտոտվածությունից: Պետք է հաշվի առնել էկոհամակարգերի հավասարակշռությունը և երկարաժամկետ կլիմայական միտումների ազդեցությունը: Ջրի սպառումը լուրջ խոչընդոտ կլինի վերականգնվող ջրածնի ավելացման համար: