Pira banyu sing dikonsumsi dening elektrolisis?

Pira banyu sing dikonsumsi dening elektrolisis

Langkah siji: produksi hidrogen

Konsumsi banyu dumadi saka rong langkah: produksi hidrogen lan produksi operator energi hulu. Kanggo produksi hidrogen, konsumsi minimal banyu elektrolisis kira-kira 9 kilogram banyu saben kilogram hidrogen. Nanging, kanthi nggatekake proses demineralisasi banyu, rasio iki bisa nganti 18 nganti 24 kilogram banyu saben kilogram hidrogen, utawa malah nganti 25,7 nganti 30,2..

 

Kanggo proses produksi sing ana (metana steam reforming), konsumsi banyu minimal yaiku 4,5kgH2O / kgH2 (dibutuhake kanggo reaksi), njupuk banyu proses lan pendinginan, konsumsi banyu minimal yaiku 6,4-32,2kgH2O / kgH2.

 

Langkah 2: Sumber energi (listrik sing bisa dianyari utawa gas alam)

Komponen liyane yaiku konsumsi banyu kanggo ngasilake listrik lan gas alam sing bisa dianyari. Konsumsi banyu daya fotovoltaik beda-beda antarane 50-400 liter /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) lan daya angin antarane 5-45 liter /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2). Kajaba iku, produksi gas saka shale gas (adhedhasar data AS) bisa ditambah saka 1.14kgH2O/kgH2 dadi 4.9kgH2O/kgH2.

 

Ing kesimpulan, konsumsi banyu total hidrogen rata-rata sing diasilake dening pembangkit listrik fotovoltaik lan pembangkit tenaga angin kira-kira 32 lan 22kgH2O / kgH2, masing-masing. Ketidakpastian kasebut asale saka radiasi surya, umur lan isi silikon. Konsumsi banyu iki ana ing urutan gedhene sing padha karo produksi hidrogen saka gas alam (7,6-37 kgh2o / kgH2, kanthi rata-rata 22kgH2O / kgH2).

 

Jejak banyu total: Kurang nalika nggunakake energi sing bisa dianyari

Kaya emisi CO2, prasyarat kanggo jejak banyu sing kurang kanggo rute elektrolitik yaiku nggunakake sumber energi sing bisa dianyari. Yen mung sebagian cilik saka listrik sing diasilake nggunakake bahan bakar fosil, konsumsi banyu sing ana gandhengane karo listrik luwih dhuwur tinimbang banyu sing dikonsumsi sajrone elektrolisis.

 

Contone, pembangkit listrik gas bisa nggunakake banyu nganti 2.500 liter/MWh. Iki uga kasus paling apik kanggo bahan bakar fosil (gas alam). Yen gasifikasi batu bara dianggep, produksi hidrogen bisa ngonsumsi 31-31.8kgH2O/kgH2 lan produksi batu bara bisa ngonsumsi 14.7kgH2O/kgH2. Konsumsi banyu saka fotovoltaik lan angin uga bakal saya suda amarga proses manufaktur dadi luwih efisien lan output energi saben unit kapasitas sing dipasang mundhak.

 

Total konsumsi banyu ing 2050

Donya wis samesthine nggunakake hidrogen kaping pirang-pirang ing mangsa ngarep tinimbang saiki. Contone, IRENA's World Energy Transitions Outlook ngira manawa panjaluk hidrogen ing taun 2050 kira-kira 74EJ, sing kira-kira rong pertiga saka hidrogen sing bisa dianyari. Miturut perbandingan, saiki (hidrogen murni) yaiku 8.4EJ.

 

Sanajan hidrogen elektrolitik bisa nyukupi kabutuhan hidrogen ing taun 2050, konsumsi banyu bakal udakara 25 milyar meter kubik. Tokoh ing ngisor iki mbandhingake tokoh iki karo aliran konsumsi banyu buatan manungsa liyane. Agriculture nggunakake jumlah paling gedhe 280 milyar meter kubik banyu, nalika industri nggunakake meh 800 milyar meter kubik lan kutha nggunakake 470 milyar meter kubik. Konsumsi banyu saiki kanggo reformasi gas alam lan gasifikasi batu bara kanggo produksi hidrogen kira-kira 1,5 milyar meter kubik.

Mangkono, sanajan akeh banyu samesthine bakal dikonsumsi amarga owah-owahan ing jalur elektrolitik lan permintaan sing akeh, konsumsi banyu saka produksi hidrogen isih bakal luwih cilik tinimbang aliran liyane sing digunakake dening manungsa. Titik referensi liyane yaiku konsumsi banyu per kapita antarane 75 (Luxembourg) lan 1.200 (AS) meter kubik saben taun. Ing rata-rata 400 m3 / (per kapita * taun), total produksi hidrogen ing taun 2050 padha karo negara sing nduwe 62 yuta jiwa.

 

Pira regane banyu lan energi sing digunakake

 

biaya

Sel elektrolitik mbutuhake banyu sing berkualitas lan mbutuhake perawatan banyu. Kualitas banyu sing luwih murah nyebabake degradasi sing luwih cepet lan umur sing luwih cendhek. Akeh unsur, kalebu diafragma lan katalis sing digunakake ing alkalin, uga membran lan lapisan transportasi keropos PEM, bisa kena pengaruh ngrugekake dening impurities banyu kayata wesi, kromium, tembaga, lan sapiturute. Konduktivitas banyu dibutuhake kurang saka 1μS / cm lan total karbon organik kurang saka 50μg/L.

 

Banyu nyumbangake konsumsi energi lan biaya sing relatif cilik. Skenario paling awon kanggo loro parameter kasebut yaiku desalinasi. Reverse osmosis minangka teknologi utama kanggo desalinasi, kira-kira 70 persen kapasitas global. Teknologi kasebut biaya $1900- $2000 / m³/d lan nduweni tingkat kurva belajar 15%. Ing biaya investasi iki, biaya perawatan kira-kira $1 /m³, lan bisa uga luwih murah ing wilayah sing biaya listrik murah.

 

Kajaba iku, biaya pengiriman bakal mundhak kira-kira $1-2 saben m³. Malah ing kasus iki, biaya perawatan banyu kira-kira $0.05 /kgH2. Kanggo menehi perspektif iki, biaya hidrogen sing bisa dianyari bisa dadi $2-3 /kgH2 yen ana sumber daya sing bisa dianyari sing apik, dene biaya sumber daya rata-rata $4-5 /kgH2.

 

Dadi ing skenario konservatif iki, banyu bakal regane kurang saka 2 persen saka total. Panggunaan banyu segara bisa nambah jumlah banyu sing bisa pulih nganti 2,5 nganti 5 kali (minangka faktor pemulihan).

 

Konsumsi energi

Deleng konsumsi energi desalinasi, uga sithik banget dibandhingake karo jumlah listrik sing dibutuhake kanggo input sel elektrolitik. Unit reverse osmosis operasi saiki nganggo sekitar 3.0 kW/m3. Bedane, pabrik desalinasi termal duwe konsumsi energi sing luwih dhuwur, mulai saka 40 nganti 80 KWH/m3, kanthi syarat daya tambahan mulai saka 2,5 nganti 5 KWH/m3, gumantung saka teknologi desalinasi. Njupuk kasus konservatif (yaiku kabutuhan energi sing luwih dhuwur) saka tanduran kogenerasi minangka conto, yen nggunakake pompa panas, kabutuhan energi bakal diowahi dadi udakara 0.7kWh/kg hidrogen. Kanggo menehi perspektif iki, panjaluk listrik saka sel elektrolitik kira-kira 50-55kWh / kg, dadi sanajan ing skenario paling awon, panjaluk energi kanggo desalinasi kira-kira 1% saka total input energi menyang sistem.

 

Salah sawijining tantangan desalinasi yaiku mbuwang banyu asin, sing bisa nduwe pengaruh marang ekosistem Laut lokal. Brine iki bisa luwih diobati kanggo nyuda impact lingkungan, saéngga nambah $ 0,6-2,40 /m³ liyane kanggo biaya banyu. Kajaba iku, kualitas banyu elektrolitik luwih kenceng tinimbang banyu ngombe lan bisa nyebabake biaya perawatan sing luwih dhuwur, nanging iki isih cilik dibandhingake karo input daya.

Jejak banyu banyu elektrolitik kanggo produksi hidrogen minangka parameter lokasi sing spesifik banget gumantung saka kasedhiyan banyu lokal, konsumsi, degradasi lan polusi. Keseimbangan ekosistem lan pengaruh tren iklim jangka panjang kudu dianggep. Konsumsi banyu bakal dadi alangan utama kanggo nambah hidrogen sing bisa dianyari.