რამდენ წყალს მოიხმარს ელექტროლიზი?

რამდენ წყალს მოიხმარს ელექტროლიზი

ნაბიჯი პირველი: წყალბადის წარმოება

წყლის მოხმარება ორი საფეხურიდან მოდის: წყალბადის წარმოება და ზემო დინების ენერგიის მატარებლის წარმოება. წყალბადის წარმოებისთვის ელექტროლიზირებული წყლის მინიმალური მოხმარება არის დაახლოებით 9 კილოგრამი წყალი თითო კილოგრამ წყალბადზე. თუმცა, წყლის დემინერალიზაციის პროცესის გათვალისწინებით, ეს თანაფარდობა შეიძლება მერყეობდეს 18-დან 24 კილოგრამამდე წყალში ერთ კილოგრამ წყალბადზე, ან თუნდაც 25,7-დან 30,2-მდე..

 

არსებული წარმოების პროცესისთვის (მეთანის ორთქლის რეფორმირება) წყლის მინიმალური მოხმარებაა 4,5 კგH2O/kgH2 (საჭიროა რეაქციისთვის), პროცესის წყლისა და გაგრილების გათვალისწინებით წყლის მინიმალური მოხმარებაა 6,4-32,2 კგH2O/kgH2.

 

ნაბიჯი 2: ენერგიის წყაროები (განახლებადი ელექტროენერგია ან ბუნებრივი აირი)

კიდევ ერთი კომპონენტია წყლის მოხმარება განახლებადი ელექტროენერგიის და ბუნებრივი აირის წარმოებისთვის. ფოტოელექტრული ენერგიის წყლის მოხმარება მერყეობს 50-400 ლიტრი /MWh (2,4-19kgH2O/kgH2) და ქარის ენერგიის მოხმარება 5-45 ლიტრი /MWh (0,2-2,1kgH2O/kgH2) შორის. ანალოგიურად, ფიქალის გაზიდან გაზის წარმოება (აშშ-ს მონაცემებზე დაყრდნობით) შეიძლება გაიზარდოს 1.14 კგH2O/kgH2-დან 4.9kgH2O/kgH2-მდე.

 

დასკვნის სახით, წყალბადის საშუალო ჯამური წყლის მოხმარება, რომელიც წარმოიქმნება ფოტოელექტრული ელექტროენერგიის და ქარის ენერგიის გამომუშავებით, არის დაახლოებით 32 და 22 კგH2O/kgH2, შესაბამისად. გაურკვევლობა მოდის მზის რადიაციის, სიცოცხლის ხანგრძლივობისა და სილიციუმის შემცველობისგან. ეს წყლის მოხმარება არის იგივე სიდიდის ხარისხში, როგორც წყალბადის წარმოება ბუნებრივი აირისგან (7,6-37 კგ/სთ2o/კგH2, საშუალოდ 22 კგH2O/kgH2).

 

წყლის მთლიანი ნაკვალევი: ნაკლებია განახლებადი ენერგიის გამოყენებისას

CO2-ის ემისიების მსგავსად, ელექტროლიტური მარშრუტებისთვის წყლის ნაკლებობის წინაპირობაა განახლებადი ენერგიის წყაროების გამოყენება. თუ ელექტროენერგიის მხოლოდ მცირე ნაწილი წარმოიქმნება წიაღისეული საწვავის გამოყენებით, ელექტროენერგიასთან დაკავშირებული წყლის მოხმარება ბევრად აღემატება ელექტროლიზის დროს მოხმარებულ რეალურ წყალს.

 

მაგალითად, გაზის ელექტროენერგიის გამომუშავებას შეუძლია გამოიყენოს 2500 ლიტრი/მგვტ/სთ წყალი. ის ასევე საუკეთესო შემთხვევაა წიაღისეული საწვავისთვის (ბუნებრივი გაზი). თუ ქვანახშირის გაზიფიცირება განიხილება, წყალბადის წარმოებამ შეიძლება მოიხმაროს 31-31,8 კგ H2O/kgH2, ხოლო ქვანახშირის წარმოება შეიძლება მოიხმაროს 14,7 კგH2O/kgH2. ასევე მოსალოდნელია, რომ წყლის მოხმარება ფოტოელექტროსადგურებიდან და ქარიდან შემცირდება დროთა განმავლობაში, რადგან წარმოების პროცესები უფრო ეფექტური გახდება და ენერგიის გამომუშავება დადგმული სიმძლავრის ერთეულზე გაუმჯობესდება.

 

წყლის მთლიანი მოხმარება 2050 წელს

მოსალოდნელია, რომ მსოფლიო მომავალში ბევრჯერ მეტ წყალბადს გამოიყენებს, ვიდრე დღეს. მაგალითად, IRENA-ს World Energy Transitions Outlook-ის შეფასებით, წყალბადის მოთხოვნა 2050 წელს იქნება დაახლოებით 74 EJ, საიდანაც დაახლოებით ორი მესამედი იქნება განახლებად წყალბადზე. შედარებისთვის, დღეს (სუფთა წყალბადი) არის 8.4EJ.

 

მაშინაც კი, თუ ელექტროლიტური წყალბადი შეძლებს წყალბადის მოთხოვნილების დაკმაყოფილებას მთელი 2050 წლისთვის, წყლის მოხმარება იქნება დაახლოებით 25 მილიარდი კუბური მეტრი. ქვემოთ მოყვანილი ფიგურა ადარებს ამ მაჩვენებელს ადამიანის მიერ წარმოქმნილ წყლის მოხმარების სხვა ნაკადებს. სოფლის მეურნეობა იყენებს ყველაზე დიდ რაოდენობას 280 მილიარდ კუბურ მეტრ წყალს, ხოლო მრეწველობა იყენებს თითქმის 800 მილიარდ კუბურ მეტრს, ქალაქები კი 470 მილიარდ კუბურ მეტრს. წყალბადის წარმოებისთვის ბუნებრივი აირის რეფორმირებისა და ქვანახშირის გაზიფიკაციის წყლის ამჟამინდელი მოხმარება შეადგენს დაახლოებით 1,5 მილიარდ კუბურ მეტრს.

ამრიგად, მიუხედავად იმისა, რომ მოსალოდნელია დიდი რაოდენობით წყლის მოხმარება ელექტროლიტური გზების ცვლილებისა და მზარდი მოთხოვნილების გამო, წყალბადის წარმოებიდან წყლის მოხმარება მაინც ბევრად ნაკლები იქნება, ვიდრე ადამიანების მიერ გამოყენებული სხვა ნაკადები. კიდევ ერთი საცნობარო წერტილი არის ის, რომ ერთ სულ მოსახლეზე წყლის მოხმარება არის 75 (ლუქსემბურგი) და 1200 (აშშ) კუბური მეტრი წელიწადში. საშუალოდ 400 მ3 / (ერთ სულ მოსახლეზე *წელიწადში), 2050 წელს წყალბადის მთლიანი წარმოება 62 მილიონი მოსახლე ქვეყნის წარმოების ექვივალენტურია.

 

რა ღირს წყალი და რამდენი ენერგია იხარჯება

 

ღირებულება

ელექტროლიტური უჯრედები საჭიროებენ მაღალი ხარისხის წყალს და საჭიროებენ წყლის დამუშავებას. დაბალი ხარისხის წყალი იწვევს უფრო სწრაფ დეგრადაციას და ხანმოკლე სიცოცხლეს. ბევრ ელემენტს, მათ შორის დიაფრაგმებსა და კატალიზატორებს, რომლებიც გამოიყენება ტუტეებში, ასევე მემბრანებზე და PEM-ის ფოროვან სატრანსპორტო ფენებზე, შეიძლება უარყოფითად იმოქმედოს წყლის მინარევებისაგან, როგორიცაა რკინა, ქრომი, სპილენძი და ა.შ. წყლის გამტარობა უნდა იყოს 1μS/-ზე ნაკლები. სმ და მთლიანი ორგანული ნახშირბადი 50მკგ/ლ-ზე ნაკლები.

 

წყალს უკავია ენერგიის მოხმარებისა და ხარჯების შედარებით მცირე წილი. ორივე პარამეტრის ყველაზე უარესი სცენარია გაუვალობა. საპირისპირო ოსმოზი არის დეზალიზაციის მთავარი ტექნოლოგია, რომელიც გლობალური სიმძლავრის თითქმის 70 პროცენტს შეადგენს. ტექნოლოგია ღირს $1900- $2000/m³/დღეში და აქვს სწავლის მრუდის მაჩვენებელი 15%. ამ საინვესტიციო ღირებულებით, მკურნალობის ღირებულება არის დაახლოებით $1/მ³ და შეიძლება იყოს უფრო დაბალი იმ ადგილებში, სადაც ელექტროენერგიის ხარჯები დაბალია.

 

გარდა ამისა, ტრანსპორტირების ხარჯები გაიზრდება დაახლოებით $1-2-ით მ³-ზე. ამ შემთხვევაშიც კი, წყლის დამუშავების ღირებულება დაახლოებით $0.05 / კგ H2-ია. ამის გასაგებად, განახლებადი წყალბადის ღირებულება შეიძლება იყოს $2-3 / კგH2, თუ კარგი განახლებადი რესურსები ხელმისაწვდომია, ხოლო საშუალო რესურსის ღირებულება არის $4-5 / კგ H2.

 

ამრიგად, ამ კონსერვატიულ სცენარში, წყალი ეღირება მთლიანი რაოდენობის 2 პროცენტზე ნაკლები. ზღვის წყლის გამოყენებამ შეიძლება გაზარდოს ამოღებული წყლის რაოდენობა 2,5-დან 5-ჯერ (აღდგენის ფაქტორის თვალსაზრისით).

 

ენერგიის მოხმარება

თუ გადავხედავთ დეზალიზაციის ენერგიის მოხმარებას, ის ასევე ძალიან მცირეა ელექტროლიტური უჯრედის შესაყვანად საჭირო ელექტროენერგიის რაოდენობასთან შედარებით. მიმდინარე მოქმედი უკუ ოსმოსის დანადგარი მოიხმარს დაახლოებით 3.0 კვტ/მ3. ამის საპირისპიროდ, თერმული გამწმენდის სადგურებს აქვთ ენერგიის გაცილებით მაღალი მოხმარება, 40-დან 80 კვტ.სთ/მ3-მდე, დამატებითი სიმძლავრის მოთხოვნილებებით 2,5-დან 5 კვტ.სთ/მ3-მდე, რაც დამოკიდებულია დეზალიზაციის ტექნოლოგიაზე. მაგალითად, კოგენერაციული სადგურის კონსერვატიული შემთხვევის (ანუ ენერგიის უფრო მაღალი მოთხოვნილების) მაგალითზე, სითბოს ტუმბოს გამოყენების შემთხვევაში, ენერგიის მოთხოვნილება გარდაიქმნება დაახლოებით 0,7 კვტ/სთ/კგ წყალბადად. ამის პერსპექტივაში რომ ვთქვათ, ელექტროლიტური ელემენტის ელექტროენერგიის მოთხოვნილება არის დაახლოებით 50-55 კვტ/სთ/კგ, ასე რომ, ყველაზე ცუდ შემთხვევაშიც კი, ენერგიის მოთხოვნილება გაუვალობაზე შეადგენს სისტემაში მთლიანი ენერგიის დაახლოებით 1%-ს.

 

მარილიანობის ერთ-ერთი გამოწვევაა მარილიანი წყლის განკარგვა, რამაც შეიძლება გავლენა იქონიოს ადგილობრივ საზღვაო ეკოსისტემებზე. ამ მარილწყალში შემდგომი დამუშავება შესაძლებელია გარემოზე ზემოქმედების შესამცირებლად, რითაც დამატებით 0,6-2,40 $/მ³ წყლის ღირებულებას დაემატება. გარდა ამისა, ელექტროლიტური წყლის ხარისხი უფრო მკაცრია, ვიდრე სასმელი წყალი და შეიძლება გამოიწვიოს უფრო მაღალი დამუშავების ხარჯები, მაგრამ მოსალოდნელია, რომ ეს მაინც მცირე იქნება შეყვანილ სიმძლავრესთან შედარებით.

წყალბადის წარმოებისთვის ელექტროლიტური წყლის წყლის კვალი არის ძალიან სპეციფიკური ადგილმდებარეობის პარამეტრი, რომელიც დამოკიდებულია ადგილობრივ წყლის ხელმისაწვდომობაზე, მოხმარებაზე, დეგრადაციასა და დაბინძურებაზე. გასათვალისწინებელია ეკოსისტემების ბალანსი და გრძელვადიანი კლიმატის ტენდენციების გავლენა. წყლის მოხმარება იქნება მთავარი დაბრკოლება განახლებადი წყალბადის გაზრდისთვის.