വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം വഴി എത്ര വെള്ളം ഉപയോഗിക്കുന്നു?

വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം വഴി എത്ര വെള്ളം ഉപയോഗിക്കുന്നു

ഘട്ടം ഒന്ന്: ഹൈഡ്രജൻ ഉത്പാദനം

ജല ഉപഭോഗം രണ്ട് ഘട്ടങ്ങളിൽ നിന്നാണ് വരുന്നത്: ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപ്പാദനം, അപ്സ്ട്രീം ഊർജ്ജ കാരിയർ ഉത്പാദനം. ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനത്തിന്, ഇലക്ട്രോലൈസ് ചെയ്ത വെള്ളത്തിൻ്റെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ഉപഭോഗം ഒരു കിലോഗ്രാം ഹൈഡ്രജനിൽ ഏകദേശം 9 കിലോഗ്രാം വെള്ളമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ജലത്തിൻ്റെ ഡീമിനറലൈസേഷൻ പ്രക്രിയ കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ, ഈ അനുപാതം ഒരു കിലോഗ്രാം ഹൈഡ്രജനിൽ 18 മുതൽ 24 കിലോഗ്രാം വരെ വെള്ളം അല്ലെങ്കിൽ 25.7 മുതൽ 30.2 വരെയാകാം..

 

നിലവിലുള്ള ഉൽപാദന പ്രക്രിയയ്ക്ക് (മീഥെയ്ൻ നീരാവി പരിഷ്കരണം), ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ജല ഉപഭോഗം 4.5kgH2O/kgH2 ആണ് (പ്രതികരണത്തിന് ആവശ്യമാണ്), പ്രോസസ്സ് ജലവും തണുപ്പും കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ, ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ജല ഉപഭോഗം 6.4-32.2kgH2O/kgH2 ആണ്.

 

ഘട്ടം 2: ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകൾ (പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന വൈദ്യുതി അല്ലെങ്കിൽ പ്രകൃതി വാതകം)

പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന വൈദ്യുതിയും പ്രകൃതിവാതകവും ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ജല ഉപഭോഗമാണ് മറ്റൊരു ഘടകം. ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്‌ക്ക് പവറിൻ്റെ ജല ഉപഭോഗം 50-400 ലിറ്റർ /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) നും കാറ്റിൻ്റെ വൈദ്യുതി 5-45 ലിറ്റർ /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2) നും ഇടയിൽ വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു. അതുപോലെ, ഷെയ്ൽ ഗ്യാസിൽ നിന്നുള്ള വാതക ഉൽപ്പാദനം (യുഎസ് ഡാറ്റയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി) 1.14kgH2O/kgH2 ൽ നിന്ന് 4.9kgH2O/kgH2 ആയി ഉയർത്താം.

 

ഉപസംഹാരമായി, ഫോട്ടോവോൾട്ടായിക് വൈദ്യുതോൽപാദനത്തിലൂടെയും കാറ്റിൽ നിന്നുള്ള വൈദ്യുതി ഉൽപാദനത്തിലൂടെയും ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഹൈഡ്രജൻ്റെ ശരാശരി മൊത്തം ജല ഉപഭോഗം യഥാക്രമം 32 ഉം 22kgH2O/kgH2 ഉം ആണ്. സൗരവികിരണം, ജീവിതകാലം, സിലിക്കൺ ഉള്ളടക്കം എന്നിവയിൽ നിന്നാണ് അനിശ്ചിതത്വങ്ങൾ വരുന്നത്. ഈ ജല ഉപഭോഗം പ്രകൃതി വാതകത്തിൽ നിന്നുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനത്തിൻ്റെ അതേ ക്രമത്തിലാണ് (7.6-37 kgh2o /kgH2, ശരാശരി 22kgH2O/kgH2).

 

മൊത്തം ജലത്തിൻ്റെ കാൽപ്പാടുകൾ: പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന ഊർജ്ജം ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ താഴെ

CO2 ഉദ്‌വമനത്തിന് സമാനമായി, ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിക് റൂട്ടുകൾക്ക് കുറഞ്ഞ ജലത്തിൻ്റെ കാൽപ്പാടുകൾക്ക് ഒരു മുൻവ്യവസ്ഥ പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകളുടെ ഉപയോഗമാണ്. ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് വൈദ്യുതിയുടെ ഒരു ചെറിയ ഭാഗം മാത്രമേ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നുള്ളൂവെങ്കിൽ, വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണ സമയത്ത് ഉപയോഗിക്കുന്ന യഥാർത്ഥ ജലത്തേക്കാൾ വളരെ കൂടുതലാണ് വൈദ്യുതിയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ജല ഉപഭോഗം.

 

ഉദാഹരണത്തിന്, ഗ്യാസ് വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദനത്തിന് 2,500 ലിറ്റർ / MWh വരെ വെള്ളം ഉപയോഗിക്കാം. ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങളുടെ (പ്രകൃതി വാതകം) ഏറ്റവും മികച്ച കേസ് കൂടിയാണിത്. കൽക്കരി ഗ്യാസിഫിക്കേഷൻ പരിഗണിക്കുകയാണെങ്കിൽ, ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപ്പാദനം 31-31.8kgH2O/kgH2 ഉം കൽക്കരി ഉൽപ്പാദനം 14.7kgH2O/kgH2 ഉം ഉപയോഗിക്കാനാകും. ഉൽപ്പാദന പ്രക്രിയകൾ കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമമാകുകയും സ്ഥാപിത ശേഷിയുടെ യൂണിറ്റിന് ഊർജ ഉൽപ്പാദനം മെച്ചപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നതിനാൽ ഫോട്ടോവോൾട്ടായിക്‌സിൽ നിന്നും കാറ്റിൽ നിന്നുമുള്ള ജല ഉപഭോഗം കാലക്രമേണ കുറയുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.

 

2050-ലെ മൊത്തം ജല ഉപഭോഗം

ലോകം ഇന്നത്തേതിനേക്കാൾ എത്രയോ മടങ്ങ് കൂടുതൽ ഹൈഡ്രജൻ ഭാവിയിൽ ഉപയോഗിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, IRENA-യുടെ വേൾഡ് എനർജി ട്രാൻസിഷൻസ് ഔട്ട്‌ലുക്ക് കണക്കാക്കുന്നത് 2050-ൽ ഹൈഡ്രജൻ ഡിമാൻഡ് ഏകദേശം 74EJ ആയിരിക്കും, അതിൽ മൂന്നിൽ രണ്ട് ഭാഗവും പുതുക്കാവുന്ന ഹൈഡ്രജനിൽ നിന്നാണ്. താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഇന്ന് (ശുദ്ധമായ ഹൈഡ്രജൻ) 8.4EJ ആണ്.

 

ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് ഹൈഡ്രജന് 2050 മുഴുവൻ ഹൈഡ്രജൻ്റെ ആവശ്യം നിറവേറ്റാൻ കഴിയുമെങ്കിലും, ജല ഉപഭോഗം ഏകദേശം 25 ബില്യൺ ക്യുബിക് മീറ്ററായിരിക്കും. താഴെയുള്ള ചിത്രം ഈ കണക്കിനെ മറ്റ് മനുഷ്യനിർമിത ജല ഉപഭോഗ സ്ട്രീമുകളുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുന്നു. കാർഷിക മേഖലയിൽ 280 ബില്യൺ ക്യുബിക് മീറ്റർ വെള്ളം ഉപയോഗിക്കുന്നു, വ്യവസായം ഏകദേശം 800 ബില്യൺ ക്യുബിക് മീറ്ററും നഗരങ്ങൾ 470 ബില്യൺ ക്യുബിക് മീറ്ററും ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനത്തിനായുള്ള പ്രകൃതി വാതക പരിഷ്കരണത്തിൻ്റെയും കൽക്കരി വാതകത്തിൻ്റെയും നിലവിലെ ജല ഉപഭോഗം ഏകദേശം 1.5 ബില്യൺ ക്യുബിക് മീറ്ററാണ്.

അതിനാൽ, വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണ പാതയിലെ മാറ്റങ്ങളും വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ആവശ്യകതയും കാരണം വലിയ അളവിൽ വെള്ളം ഉപഭോഗം ചെയ്യപ്പെടുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനത്തിൽ നിന്നുള്ള ജല ഉപഭോഗം മനുഷ്യർ ഉപയോഗിക്കുന്ന മറ്റ് പ്രവാഹങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച് വളരെ കുറവായിരിക്കും. പ്രതിശീർഷ ജല ഉപഭോഗം പ്രതിവർഷം 75 (ലക്സംബർഗ്) നും 1,200 (യുഎസ്) ക്യുബിക് മീറ്ററിനും ഇടയിലാണ് എന്നതാണ് മറ്റൊരു റഫറൻസ് പോയിൻ്റ്. ശരാശരി 400 m3 / (പ്രതിശീർഷ * വർഷം), 2050-ലെ മൊത്തം ഹൈഡ്രജൻ ഉത്പാദനം 62 ദശലക്ഷം ജനസംഖ്യയുള്ള ഒരു രാജ്യത്തിന് തുല്യമാണ്.

 

ജലത്തിൻ്റെ വില എത്രയാണ്, എത്ര ഊർജ്ജം ഉപയോഗിക്കുന്നു

 

ചെലവ്

വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണ കോശങ്ങൾക്ക് ഉയർന്ന ഗുണമേന്മയുള്ള വെള്ളം ആവശ്യമാണ്, കൂടാതെ ജലശുദ്ധീകരണവും ആവശ്യമാണ്. ഗുണനിലവാരം കുറഞ്ഞ ജലം വേഗത്തിലുള്ള നശീകരണത്തിലേക്കും ആയുസ്സ് കുറയുന്നതിലേക്കും നയിക്കുന്നു. ക്ഷാരങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഡയഫ്രം, കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ എന്നിവയുൾപ്പെടെ പല മൂലകങ്ങളും, കൂടാതെ PEM-ൻ്റെ സ്തരങ്ങളും സുഷിരങ്ങളുള്ള ഗതാഗത പാളികളും, ഇരുമ്പ്, ക്രോമിയം, ചെമ്പ്, തുടങ്ങിയ ജലമാലിന്യങ്ങൾ പ്രതികൂലമായി ബാധിക്കും. ജല ചാലകത 1μS/-ൽ കുറവായിരിക്കണം. സെൻ്റീമീറ്റർ, മൊത്തം ഓർഗാനിക് കാർബൺ 50μg/L-ൽ താഴെ.

 

ഊർജ ഉപഭോഗത്തിലും ചെലവിലും താരതമ്യേന ചെറിയ പങ്ക് വെള്ളത്തിനാണ്. രണ്ട് പരാമീറ്ററുകളുടെയും ഏറ്റവും മോശം സാഹചര്യം ഡീസാലിനേഷൻ ആണ്. റിവേഴ്സ് ഓസ്മോസിസ് ആണ് ഡീസലൈനേഷനുള്ള പ്രധാന സാങ്കേതിക വിദ്യ, ഇത് ആഗോള ശേഷിയുടെ 70 ശതമാനത്തോളം വരും. സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വില $1900- $2000 / m³/d ആണ്, കൂടാതെ 15% പഠന കർവ് നിരക്ക് ഉണ്ട്. ഈ നിക്ഷേപ ചെലവിൽ, ചികിത്സാച്ചെലവ് ഏകദേശം $1 /m³ ആണ്, വൈദ്യുതി ചെലവ് കുറവുള്ള പ്രദേശങ്ങളിൽ ഇത് കുറവായിരിക്കാം.

 

കൂടാതെ, ഷിപ്പിംഗ് ചെലവ് m³-ന് ഏകദേശം $1-2 വർദ്ധിക്കും. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ പോലും, ജലശുദ്ധീകരണ ചെലവ് ഏകദേശം $0.05 /kgH2 ആണ്. ഇത് വീക്ഷണകോണിൽ വെച്ചാൽ, നല്ല പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാവുന്ന വിഭവങ്ങൾ ലഭ്യമാണെങ്കിൽ, പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന ഹൈഡ്രജൻ്റെ വില $2-3 /kgH2 ആയിരിക്കും, അതേസമയം ശരാശരി വിഭവത്തിൻ്റെ വില $4-5 /kgH2 ആണ്.

 

അതിനാൽ ഈ യാഥാസ്ഥിതിക സാഹചര്യത്തിൽ വെള്ളത്തിൻ്റെ വില മൊത്തം തുകയുടെ 2 ശതമാനത്തിൽ താഴെയായിരിക്കും. സമുദ്രജലത്തിൻ്റെ ഉപയോഗം വീണ്ടെടുക്കുന്ന ജലത്തിൻ്റെ അളവ് 2.5 മുതൽ 5 മടങ്ങ് വരെ വർദ്ധിപ്പിക്കും (വീണ്ടെടുക്കൽ ഘടകത്തിൻ്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ).

 

ഊർജ്ജ ഉപഭോഗം

ഡീസാലിനേഷൻ്റെ ഊർജ്ജ ഉപഭോഗം നോക്കുമ്പോൾ, ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെൽ ഇൻപുട്ട് ചെയ്യുന്നതിന് ആവശ്യമായ വൈദ്യുതിയുടെ അളവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഇത് വളരെ ചെറുതാണ്. നിലവിലെ റിവേഴ്സ് ഓസ്മോസിസ് യൂണിറ്റ് ഏകദേശം 3.0 kW/m3 ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇതിനു വിപരീതമായി, താപ ഡീസാലിനേഷൻ പ്ലാൻ്റുകൾക്ക് 40 മുതൽ 80 KWH/m3 വരെ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ഉപഭോഗമുണ്ട്, ഡീസാലിനേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയെ ആശ്രയിച്ച് 2.5 മുതൽ 5 KWH/m3 വരെ അധിക വൈദ്യുതി ആവശ്യകതകൾ. ഒരു കോജനറേഷൻ പ്ലാൻ്റിൻ്റെ യാഥാസ്ഥിതിക സാഹചര്യം (അതായത് ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ആവശ്യം) ഉദാഹരണമായി എടുത്താൽ, ഒരു ഹീറ്റ് പമ്പിൻ്റെ ഉപയോഗം അനുമാനിക്കുകയാണെങ്കിൽ, ഊർജ്ജ ആവശ്യം ഏകദേശം 0.7kWh/kg ഹൈഡ്രജനായി പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടും. ഇത് ഒരു വീക്ഷണകോണിൽ വെച്ചാൽ, ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലിൻ്റെ വൈദ്യുതി ആവശ്യം ഏകദേശം 50-55kWh/kg ആണ്, അതിനാൽ ഏറ്റവും മോശം സാഹചര്യത്തിൽ പോലും, ഡീസലൈനേഷനുള്ള ഊർജ്ജ ആവശ്യം സിസ്റ്റത്തിലേക്കുള്ള മൊത്തം ഊർജ്ജ ഇൻപുട്ടിൻ്റെ ഏകദേശം 1% ആണ്.

 

ഉപ്പുവെള്ളം നിർമാർജനം ചെയ്യുന്നതാണ് ഡീസലൈനേഷൻ്റെ ഒരു വെല്ലുവിളി, ഇത് പ്രാദേശിക സമുദ്ര ആവാസവ്യവസ്ഥയിൽ സ്വാധീനം ചെലുത്തും. ഈ ഉപ്പുവെള്ളം അതിൻ്റെ പാരിസ്ഥിതിക ആഘാതം കുറയ്ക്കുന്നതിന് കൂടുതൽ ചികിത്സിക്കാവുന്നതാണ്, അങ്ങനെ വെള്ളത്തിൻ്റെ വിലയിൽ $0.6-2.40 /m³ കൂടി ചേർക്കുന്നു. കൂടാതെ, വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണ ജലത്തിൻ്റെ ഗുണനിലവാരം കുടിവെള്ളത്തേക്കാൾ കൂടുതൽ കർശനമാണ്, ഇത് ഉയർന്ന ശുദ്ധീകരണച്ചെലവിന് കാരണമായേക്കാം, എന്നാൽ ഇത് പവർ ഇൻപുട്ടുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഇപ്പോഴും ചെറുതായിരിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.

ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനത്തിനായുള്ള ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് ജലത്തിൻ്റെ ജലത്തിൻ്റെ കാൽപ്പാടുകൾ പ്രാദേശിക ജലലഭ്യത, ഉപഭോഗം, ശോഷണം, മലിനീകരണം എന്നിവയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു പ്രത്യേക ലൊക്കേഷൻ പാരാമീറ്ററാണ്. പരിസ്ഥിതി വ്യവസ്ഥകളുടെ സന്തുലിതാവസ്ഥയും ദീർഘകാല കാലാവസ്ഥാ പ്രവണതകളുടെ സ്വാധീനവും പരിഗണിക്കണം. പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാവുന്ന ഹൈഡ്രജൻ്റെ അളവ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ജല ഉപഭോഗം ഒരു പ്രധാന തടസ്സമായിരിക്കും.