Kemm ilma jiġi kkunsmat mill-elettroliżi?

Kemm ilma jiġi kkunsmat mill-elettroliżi

L-ewwel pass: Il-produzzjoni tal-idroġenu

Il-konsum tal-ilma ġej minn żewġ stadji: il-produzzjoni tal-idroġenu u l-produzzjoni upstream tal-ġarr tal-enerġija. Għall-produzzjoni tal-idroġenu, il-konsum minimu ta 'ilma elettrolizzat huwa ta' madwar 9 kilogrammi ta 'ilma għal kull kilogramma ta' idroġenu. Madankollu, b'kont meħud tal-proċess ta 'demineralizzazzjoni tal-ilma, dan il-proporzjon jista' jvarja minn 18 sa 24 kilogramma ta 'ilma għal kull kilogramma ta' idroġenu, jew saħansitra għoli daqs 25.7 sa 30.2.

 

Għall-proċess ta 'produzzjoni eżistenti (riforma tal-fwar tal-metanu), il-konsum minimu tal-ilma huwa 4.5kgH2O/kgH2 (meħtieġa għar-reazzjoni), b'kont meħud tal-ilma tal-proċess u t-tkessiħ, il-konsum minimu tal-ilma huwa 6.4-32.2kgH2O/kgH2.

 

Pass 2: Sorsi tal-enerġija (elettriku rinnovabbli jew gass naturali)

Komponent ieħor huwa l-konsum tal-ilma biex jiġi prodott elettriku rinnovabbli u gass naturali. Il-konsum tal-ilma tal-enerġija fotovoltajka jvarja bejn 50-400 litru /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) u dak tal-enerġija mir-riħ bejn 5-45 litru /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2). Bl-istess mod, il-produzzjoni tal-gass mill-gass tax-shale (ibbażat fuq dejta tal-Istati Uniti) tista 'tiżdied minn 1.14kgH2O/kgH2 għal 4.9kgH2O/kgH2.

 

Bħala konklużjoni, il-konsum medju totali tal-ilma tal-idroġenu ġġenerat mill-ġenerazzjoni tal-enerġija fotovoltajka u l-ġenerazzjoni tal-enerġija mir-riħ huwa ta 'madwar 32 u 22kgH2O/kgH2, rispettivament. L-inċertezzi ġejjin mir-radjazzjoni solari, il-ħajja u l-kontenut tas-silikon. Dan il-konsum tal-ilma huwa tal-istess ordni ta' kobor bħall-produzzjoni tal-idroġenu mill-gass naturali (7.6-37 kgh2o /kgH2, b'medja ta' 22kgH2O/kgH2).

 

Footprint totali tal-ilma: Inferjuri meta tuża enerġija rinnovabbli

Simili għall-emissjonijiet tas-CO2, prerekwiżit għal footprint baxx tal-ilma għal rotot elettrolitiċi huwa l-użu ta' sorsi ta' enerġija rinnovabbli. Jekk biss frazzjoni żgħira tal-elettriku tiġi ġġenerata bl-użu ta 'fjuwils fossili, il-konsum tal-ilma assoċjat mal-elettriku huwa ħafna ogħla mill-ilma attwali kkunsmat waqt l-elettroliżi.

 

Pereżempju, il-ġenerazzjoni tal-enerġija tal-gass tista 'tuża sa 2,500 litru / MWh ta' ilma. Huwa wkoll l-aħjar każ għall-fjuwils fossili (gass naturali). Jekk tiġi kkunsidrata l-gassifikazzjoni tal-faħam, il-produzzjoni tal-idroġenu tista 'tikkunsma 31-31.8kgH2O/kgH2 u l-produzzjoni tal-faħam tista' tikkonsma 14.7kgH2O/kgH2. Il-konsum tal-ilma mill-fotovoltajċi u mir-riħ huwa wkoll mistenni li jonqos maż-żmien hekk kif il-proċessi tal-manifattura jsiru aktar effiċjenti u l-produzzjoni tal-enerġija għal kull unità ta’ kapaċità installata titjieb.

 

Konsum totali tal-ilma fl-2050

Id-dinja hija mistennija li tuża ħafna drabi aktar idroġenu fil-futur milli tagħmel illum. Pereżempju, il-World Energy Transitions Outlook tal-IRENA tistma li d-domanda tal-idroġenu fl-2050 se tkun madwar 74EJ, li minnhom madwar żewġ terzi se jiġu minn idroġenu rinnovabbli. B'paragun, illum (idroġenu pur) huwa 8.4EJ.

 

Anke jekk l-idroġenu elettrolitiku jista 'jilħaq id-domanda għall-idroġenu għall-2050 kollha, il-konsum tal-ilma jkun ta' madwar 25 biljun metru kubu. Iċ-ċifra t'hawn taħt tqabbel din iċ-ċifra ma' flussi oħra ta' konsum tal-ilma magħmulin mill-bniedem. L-agrikoltura tuża l-akbar ammont ta '280 biljun metru kubu ta' ilma, filwaqt li l-industrija tuża kważi 800 biljun metru kubu u l-bliet jużaw 470 biljun metru kubu. Il-konsum attwali tal-ilma tar-riforma tal-gass naturali u l-gassifikazzjoni tal-faħam għall-produzzjoni tal-idroġenu huwa ta 'madwar 1.5 biljun metru kubu.

Għalhekk, għalkemm ammonti kbar ta 'ilma huma mistennija li jiġu kkunsmati minħabba bidliet fil-mogħdijiet elettrolitiċi u domanda dejjem tikber, il-konsum tal-ilma mill-produzzjoni tal-idroġenu xorta se jkun ħafna iżgħar minn flussi oħra użati mill-bnedmin. Punt ta’ referenza ieħor huwa li l-konsum tal-ilma per capita huwa bejn 75 (il-Lussemburgu) u 1,200 (US) metru kubu fis-sena. B'medja ta' 400 m3 / (per capita * sena), il-produzzjoni totali tal-idroġenu fl-2050 hija ekwivalenti għal dik ta' pajjiż ta' 62 miljun ruħ.

 

Kemm jiswa ilma u kemm tintuża enerġija

 

spiża

Iċ-ċelloli elettrolitiċi jeħtieġu ilma ta 'kwalità għolja u jeħtieġu trattament tal-ilma. Ilma ta 'kwalità aktar baxxa jwassal għal degradazzjoni aktar mgħaġġla u ħajja iqsar. Ħafna elementi, inklużi dijaframmi u katalisti użati fl-alkalini, kif ukoll il-membrani u s-saffi tat-trasport poruż tal-PEM, jistgħu jiġu affettwati ħażin minn impuritajiet tal-ilma bħal ħadid, kromju, ram, eċċ. Il-konduttività tal-ilma hija meħtieġa li tkun inqas minn 1μS/ ċm u karbonju organiku totali inqas minn 50μg/L.

 

L-ilma jammonta għal sehem relattivament żgħir tal-konsum u l-ispejjeż tal-enerġija. L-agħar xenarju għaż-żewġ parametri huwa d-desalinizzazzjoni. L-osmosis inversa hija t-teknoloġija ewlenija għad-desalinizzazzjoni, li tirrappreżenta kważi 70 fil-mija tal-kapaċità globali. It-teknoloġija tiswa $1900- $2000 / m³/d u għandha rata ta 'kurva tat-tagħlim ta' 15%. B'din l-ispiża ta 'investiment, l-ispiża tat-trattament hija ta' madwar $1 / m³, u tista 'tkun aktar baxxa f'żoni fejn l-ispejjeż tal-elettriku huma baxxi.

 

Barra minn hekk, l-ispejjeż tat-tbaħħir se jiżdiedu b'madwar $ 1-2 għal kull m³. Anke f'dan il-każ, l-ispejjeż tat-trattament tal-ilma huma madwar $0.05 /kgH2. Biex tpoġġi dan fil-perspettiva, l-ispiża tal-idroġenu rinnovabbli tista 'tkun $2-3 /kgH2 jekk ikunu disponibbli riżorsi rinnovabbli tajbin, filwaqt li l-ispiża tar-riżorsa medja hija $4-5 /kgH2.

 

Allura f'dan ix-xenarju konservattiv, l-ilma jiswa inqas minn 2 fil-mija tat-total. L-użu ta 'ilma baħar jista' jżid l-ammont ta 'ilma rkuprat minn 2.5 sa 5 darbiet (f'termini ta' fattur ta 'rkupru).

 

Konsum tal-enerġija

Meta wieħed iħares lejn il-konsum tal-enerġija tad-desalinizzazzjoni, huwa wkoll żgħir ħafna meta mqabbel mal-ammont ta 'elettriku meħtieġ biex jiddaħħal iċ-ċellula elettrolitika. L-unità tat-tħaddim tar-reverse osmosis kurrenti tikkonsma madwar 3.0 kW/m3. B'kuntrast, l-impjanti tad-desalinizzazzjoni termali għandhom konsum ta 'enerġija ferm ogħla, li jvarja minn 40 sa 80 KWH/m3, b'rekwiżiti ta' enerġija addizzjonali li jvarjaw minn 2.5 sa 5 KWH/m3, skont it-teknoloġija tad-desalinizzazzjoni. Meta wieħed jieħu l-każ konservattiv (jiġifieri domanda ogħla għall-enerġija) ta' impjant ta' koġenerazzjoni bħala eżempju, jekk wieħed jassumi l-użu ta' pompa tas-sħana, id-domanda għall-enerġija tiġi kkonvertita għal madwar 0.7kWh/kg ta' idroġenu. Biex tpoġġi dan f'perspettiva, id-domanda tal-elettriku taċ-ċellula elettrolitika hija ta 'madwar 50-55kWh/kg, għalhekk anke fl-agħar xenarju, id-domanda għall-enerġija għad-desalinizzazzjoni hija madwar 1% tal-input totali tal-enerġija fis-sistema.

 

Sfida waħda tad-desalinizzazzjoni hija r-rimi tal-ilma mielaħ, li jista' jkollu impatt fuq l-ekosistemi tal-Baħar lokali. Din is-salmura tista' tiġi ttrattata aktar biex tnaqqas l-impatt ambjentali tagħha, u b'hekk tiżdied $0.6-2.40 /m³ oħra għall-ispiża tal-ilma. Barra minn hekk, il-kwalità tal-ilma elettrolitiku hija aktar stretta mill-ilma tax-xorb u tista 'tirriżulta fi spejjeż ta' trattament ogħla, iżda dan xorta huwa mistenni li jkun żgħir meta mqabbel mal-input tal-enerġija.

Il-footprint tal-ilma tal-ilma elettrolitiku għall-produzzjoni tal-idroġenu huwa parametru tal-post speċifiku ħafna li jiddependi fuq id-disponibbiltà tal-ilma lokali, il-konsum, id-degradazzjoni u t-tniġġis. Għandhom jiġu kkunsidrati l-bilanċ tal-ekosistemi u l-impatt tat-tendenzi tal-klima fit-tul. Il-konsum tal-ilma se jkun ostaklu ewlieni biex jiżdied l-idroġenu rinnovabbli.