Hversu mikið vatn er neytt við rafgreiningu?

Hversu mikið vatn er neytt við rafgreiningu

Skref eitt: Vetnisframleiðsla

Vatnsnotkun kemur úr tveimur þrepum: vetnisframleiðslu og andstreymisframleiðslu orkubera. Fyrir vetnisframleiðslu er lágmarksnotkun rafgreints vatns um það bil 9 kíló af vatni á hvert kíló af vetni. Hins vegar, að teknu tilliti til afnámsferlis vatns, getur þetta hlutfall verið á bilinu 18 til 24 kíló af vatni á hvert kíló af vetni, eða jafnvel allt að 25,7 til 30,2.

 

Fyrir núverandi framleiðsluferli (metan gufuumbót) er lágmarksvatnsnotkun 4,5kgH2O/kgH2 (nauðsynlegt fyrir hvarf), að teknu tilliti til vinnsluvatns og kælingar, er lágmarksvatnsnotkun 6,4-32,2kgH2O/kgH2.

 

Skref 2: Orkugjafar (endurnýjanleg rafmagn eða jarðgas)

Annar þáttur er vatnsnotkun til að framleiða endurnýjanlega raforku og jarðgas. Vatnsnotkun ljósafls er á bilinu 50-400 lítrar /MWst (2,4-19kgH2O/kgH2) og vindorku á bilinu 5-45 lítrar /MWst (0,2-2,1kgH2O/kgH2). Á sama hátt er hægt að auka gasframleiðslu úr leirgasi (byggt á bandarískum gögnum) úr 1,14kgH2O/kgH2 í 4,9kgH2O/kgH2.

 

Niðurstaðan er sú að meðaltal heildarvatnsnotkunar vetnis sem myndast við raforkuframleiðslu og vindorku er um 32 og 22kgH2O/kgH2, í sömu röð. Óvissan stafar af sólargeislun, líftíma og kísilinnihaldi. Þessi vatnsnotkun er í sömu stærðargráðu og vetnisframleiðsla úr jarðgasi (7,6-37 kgh2o /kgH2, með að meðaltali 22kgH2O/kgH2).

 

Heildarfótspor vatns: Lægra þegar endurnýjanleg orka er notuð

Svipað og koltvísýringslosun er forsenda fyrir lágu vatnsfótspori fyrir rafgreiningarleiðir notkun endurnýjanlegra orkugjafa. Ef aðeins lítill hluti raforkunnar er framleiddur með jarðefnaeldsneyti er vatnsnotkun í tengslum við rafmagn mun meiri en raunverulegt vatn sem notað er við rafgreiningu.

 

Til dæmis getur gasorkuvinnsla notað allt að 2.500 lítra /MWst af vatni. Það er líka hið besta mál fyrir jarðefnaeldsneyti (jarðgas). Ef kolgasgun er skoðuð getur vetnisframleiðsla eytt 31-31,8kgH2O/kgH2 og kolaframleiðsla getur eytt 14,7kgH2O/kgH2. Einnig er búist við að vatnsnotkun frá ljósvökva og vindi minnki með tímanum þar sem framleiðsluferlar verða skilvirkari og orkuframleiðsla á hverja einingu af uppsettu afli batnar.

 

Heildarvatnsnotkun árið 2050

Búist er við að heimurinn noti margfalt meira vetni í framtíðinni en í dag. Sem dæmi má nefna að World Energy Transitions Outlook frá IRENA áætlar að vetniseftirspurn árið 2050 verði um 74EJ, þar af um tveir þriðju hlutar frá endurnýjanlegu vetni. Til samanburðar er í dag (hreint vetni) 8,4EJ.

 

Jafnvel þótt rafgreiningarvetni gæti mætt vetnisþörf allt árið 2050, þá væri vatnsnotkun um 25 milljarðar rúmmetrar. Myndin hér að neðan ber þessa tölu saman við aðra vatnsneyslustrauma af mannavöldum. Landbúnaður notar mest 280 milljarða rúmmetra af vatni á meðan iðnaður notar tæpa 800 milljarða rúmmetra og borgir nota 470 milljarða rúmmetra. Núverandi vatnsnotkun við umbætur á jarðgasi og kolgasun til vetnisframleiðslu er um 1,5 milljarðar rúmmetrar.

Þannig að þrátt fyrir að gert sé ráð fyrir miklu magni af vatni vegna breytinga á rafgreiningarleiðum og vaxandi eftirspurnar mun vatnsnotkun frá vetnisframleiðslu samt vera mun minni en annað rennsli sem menn nota. Annað viðmið er að vatnsnotkun á mann er á milli 75 (Lúxemborg) og 1.200 (Bandaríkin) rúmmetrar á ári. Að meðaltali 400 m3 / (á íbúa * ár) er heildarvetnisframleiðsla árið 2050 jafngild 62 milljóna manna landi.

 

Hvað kostar vatn og hversu mikil orka er notuð

 

kostnaður

Rafgreiningarfrumur þurfa hágæða vatn og þurfa vatnsmeðferð. Minni gæði vatns leiðir til hraðari niðurbrots og styttri líftíma. Mörg frumefni, þar á meðal þindir og hvatar sem notaðir eru í basísk efni, svo og himnur og gljúp flutningslög PEM, geta orðið fyrir skaðlegum áhrifum af óhreinindum í vatni eins og járni, króm, kopar o.s.frv. Vatnsleiðni þarf að vera minni en 1μS/ cm og heildar lífrænt kolefni minna en 50μg/L.

 

Vatn er tiltölulega lítill hluti orkunotkunar og kostnaðar. Versta tilvikið fyrir báðar breytur er afsöltun. Öfugt himnuflæði er helsta tæknin fyrir afsöltun, sem stendur fyrir næstum 70 prósent af afkastagetu á heimsvísu. Tæknin kostar $ 1900- $ 2000 / m³/d og hefur námsferilinn 15%. Við þennan fjárfestingarkostnað er meðferðarkostnaður um $1/m³ og gæti verið lægri á svæðum þar sem rafmagnskostnaður er lágur.

 

Auk þess mun sendingarkostnaður hækka um um $1-2 á m³. Jafnvel í þessu tilviki er vatnsmeðferðarkostnaður um $0,05 /kgH2. Til að setja þetta í samhengi getur kostnaður við endurnýjanlegt vetni verið $2-3 /kgH2 ef góðar endurnýjanlegar auðlindir eru fyrir hendi, en kostnaður við meðalauðlind er $4-5 /kgH2.

 

Svo í þessari íhaldssömu atburðarás myndi vatn kosta minna en 2 prósent af heildinni. Notkun sjós getur aukið magn vatns sem endurheimt er um 2,5 til 5 sinnum (miðað við endurheimtarstuðul).

 

Orkunotkun

Þegar litið er á orkunotkun afsöltunar er hún líka mjög lítil miðað við magn raforku sem þarf til að setja inn rafgreiningarklefann. Núverandi starfandi öfugosmósaeining eyðir um 3,0 kW/m3. Aftur á móti hafa varmaafsöltunarstöðvar mun meiri orkunotkun, allt frá 40 til 80 KWH/m3, með viðbótaraflþörf á bilinu 2,5 til 5 KWH/m3, allt eftir afsöltunartækninni. Ef tekið er íhaldssamt tilfelli (þ.e. meiri orkuþörf) af samvinnslustöð sem dæmi, ef miðað er við notkun varmadælu, yrði orkuþörfinni breytt í um 0,7kWh/kg af vetni. Til að setja þetta í samhengi er raforkuþörf rafgreiningarseljunnar um 50-55kWh/kg, þannig að jafnvel í versta falli er orkuþörfin fyrir afsöltun um 1% af heildarorkuinntakinu í kerfið.

 

Ein áskorun afsöltunar er förgun saltvatns, sem getur haft áhrif á staðbundin vistkerfi sjávar. Hægt er að meðhöndla þennan saltpækil frekar til að draga úr umhverfisáhrifum þess og bæta þannig 0,6-2,40 USD/m³ við vatnskostnaðinn. Auk þess eru rafgreiningarvatnsgæði strangari en neysluvatns og geta leitt til hærri hreinsunarkostnaðar, en samt er búist við því að það verði lítið miðað við aflmagnið.

Vatnsfótspor rafgreiningarvatns til vetnisframleiðslu er mjög ákveðin staðsetningarbreyta sem fer eftir staðbundnu vatnsframboði, neyslu, niðurbroti og mengun. Taka skal tillit til jafnvægis vistkerfa og áhrifa langtímaþróunar í loftslagsmálum. Vatnsnotkun mun vera mikil hindrun í því að stækka endurnýjanlegt vetni.