Sa ujë harxhohet nga elektroliza
Hapi i parë: Prodhimi i hidrogjenit
Konsumi i ujit vjen nga dy hapa: prodhimi i hidrogjenit dhe prodhimi në rrjedhën e sipërme të transportuesit të energjisë. Për prodhimin e hidrogjenit, konsumi minimal i ujit të elektrolizuar është afërsisht 9 kilogramë ujë për kilogram hidrogjen. Megjithatë, duke marrë parasysh procesin e demineralizimit të ujit, ky raport mund të variojë nga 18 deri në 24 kilogramë ujë për kilogram hidrogjen, ose edhe deri në 25,7 deri në 30,2.
Për procesin ekzistues të prodhimit (reformimi i avullit të metanit), konsumi minimal i ujit është 4.5kgH2O/kgH2 (kërkohet për reagim), duke marrë parasysh ujin e procesit dhe ftohjen, konsumi minimal i ujit është 6.4-32.2kgH2O/kgH2.
Hapi 2: Burimet e energjisë (energjia elektrike e rinovueshme ose gazi natyror)
Një komponent tjetër është konsumi i ujit për të prodhuar energji elektrike të rinovueshme dhe gaz natyror. Konsumi i ujit të energjisë fotovoltaike varion midis 50-400 litra /MWh (2,4-19kgH2O/kgH2) dhe ai i energjisë së erës midis 5-45 litra /MWh (0,2-2,1kgH2O/kgH2). Në mënyrë të ngjashme, prodhimi i gazit nga gazi argjilor (bazuar në të dhënat e SHBA) mund të rritet nga 1.14 kgH2O/kgH2 në 4.9kgH2O/kgH2.
Si përfundim, konsumi mesatar total i ujit i hidrogjenit i gjeneruar nga prodhimi i energjisë fotovoltaike dhe gjenerimi i energjisë së erës është përkatësisht rreth 32 dhe 22 kgH2O/kgH2. Pasiguritë vijnë nga rrezatimi diellor, jetëgjatësia dhe përmbajtja e silikonit. Ky konsum i ujit është në të njëjtin rend të madhësisë si prodhimi i hidrogjenit nga gazi natyror (7.6-37 kgh2o /kgH2, me një mesatare prej 22kgH2O/kgH2).
Gjurma totale e ujit: Më e ulët kur përdoret energjia e rinovueshme
Ngjashëm me emetimet e CO2, një parakusht për një gjurmë të ulët uji për rrugët elektrolitike është përdorimi i burimeve të rinovueshme të energjisë. Nëse vetëm një pjesë e vogël e energjisë elektrike prodhohet duke përdorur lëndë djegëse fosile, konsumi i ujit i lidhur me energjinë elektrike është shumë më i lartë se uji aktual i konsumuar gjatë elektrolizës.
Për shembull, prodhimi i energjisë me gaz mund të përdorë deri në 2500 litra/MWh ujë. Është gjithashtu rasti më i mirë për lëndët djegëse fosile (gazit natyror). Nëse merret parasysh gazifikimi i qymyrit, prodhimi i hidrogjenit mund të konsumojë 31-31.8kgH2O/kgH2 dhe prodhimi i qymyrit mund të konsumojë 14.7kgH2O/kgH2. Konsumi i ujit nga fotovoltaikët dhe era pritet gjithashtu të ulet me kalimin e kohës pasi proceset e prodhimit bëhen më efikase dhe prodhimi i energjisë për njësi të kapacitetit të instaluar përmirësohet.
Konsumi total i ujit në vitin 2050
Bota pritet të përdorë shumë herë më shumë hidrogjen në të ardhmen se sa sot. Për shembull, World Energy Transitions Outlook i IRENA vlerëson se kërkesa për hidrogjen në vitin 2050 do të jetë rreth 74 EJ, nga të cilat rreth dy të tretat do të vijnë nga hidrogjeni i rinovueshëm. Për krahasim, sot (hidrogjeni i pastër) është 8.4EJ.
Edhe nëse hidrogjeni elektrolitik do të mund të plotësonte kërkesën për hidrogjen për të gjithë vitin 2050, konsumi i ujit do të ishte rreth 25 miliardë metra kub. Figura më poshtë e krahason këtë shifër me rrjedhat e tjera të konsumit të ujit të krijuar nga njeriu. Bujqësia përdor sasinë më të madhe prej 280 miliardë metra kub ujë, ndërsa industria përdor rreth 800 miliardë metra kub dhe qytetet 470 miliardë metra kub. Konsumi aktual i ujit për reformimin e gazit natyror dhe gazifikimin e qymyrit për prodhimin e hidrogjenit është rreth 1.5 miliardë metra kub.
Kështu, megjithëse pritet të konsumohen sasi të mëdha uji për shkak të ndryshimeve në rrugët elektrolitike dhe kërkesës në rritje, konsumi i ujit nga prodhimi i hidrogjenit do të jetë ende shumë më i vogël se rrjedhat e tjera të përdorura nga njerëzit. Një tjetër pikë referimi është se konsumi i ujit për frymë është midis 75 (Luksemburg) dhe 1200 (SHBA) metër kub në vit. Me një mesatare prej 400 m3 / (për frymë * vit), prodhimi total i hidrogjenit në vitin 2050 është i barabartë me atë të një vendi me 62 milionë banorë.
Sa kushton uji dhe sa energji përdoret
kosto
Qelizat elektrolitike kërkojnë ujë me cilësi të lartë dhe kërkojnë trajtim të ujit. Uji me cilësi më të ulët çon në degradim më të shpejtë dhe jetë më të shkurtër. Shumë elementë, duke përfshirë diafragmat dhe katalizatorët e përdorur në alkaline, si dhe membranat dhe shtresat e transportit poroz të PEM, mund të ndikohen negativisht nga papastërtitë e ujit si hekuri, kromi, bakri etj. Përçueshmëria e ujit kërkohet të jetë më pak se 1μS/ cm dhe karbon organik total më pak se 50μg/L.
Uji zë një pjesë relativisht të vogël të konsumit dhe kostove të energjisë. Skenari më i keq për të dy parametrat është shkripëzimi. Osmoza e kundërt është teknologjia kryesore për shkripëzimin, që përbën gati 70 për qind të kapacitetit global. Teknologjia kushton $1900- $2000/m³/d dhe ka një normë të kurbës së të mësuarit prej 15%. Me këtë kosto investimi, kostoja e trajtimit është rreth $1/m³ dhe mund të jetë më e ulët në zonat ku kostot e energjisë elektrike janë të ulëta.
Për më tepër, kostot e transportit do të rriten me rreth 1-2 dollarë për m³. Edhe në këtë rast, kostot e trajtimit të ujit janë rreth 0,05 $ / kgH2. Për ta vënë këtë në perspektivë, kostoja e hidrogjenit të rinovueshëm mund të jetë 2-3 $ / kgH2 nëse burime të mira të rinovueshme janë të disponueshme, ndërsa kostoja e burimit mesatar është 4-5 $ / kgH2.
Pra, në këtë skenar konservator, uji do të kushtonte më pak se 2 përqind e totalit. Përdorimi i ujit të detit mund të rrisë sasinë e ujit të rikuperuar me 2.5 deri në 5 herë (përsa i përket faktorit të rikuperimit).
Konsumi i energjisë
Duke parë konsumin e energjisë të shkripëzimit, ai është gjithashtu shumë i vogël në krahasim me sasinë e energjisë elektrike të nevojshme për të futur qelizën elektrolitike. Njësia aktuale e funksionimit të osmozës së kundërt konsumon rreth 3,0 kW/m3. Në të kundërt, impiantet e shkripëzimit termik kanë konsum shumë më të lartë të energjisë, që varion nga 40 në 80 KWH/m3, me kërkesa shtesë për energji që variojnë nga 2.5 deri në 5 KWH/m3, në varësi të teknologjisë së shkripëzimit. Duke marrë si shembull rastin konservativ (dmth kërkesën më të lartë për energji) të një impianti kogjenerimi, duke supozuar përdorimin e një pompe nxehtësie, kërkesa për energji do të konvertohej në rreth 0.7 kWh/kg hidrogjen. Për ta vënë këtë në perspektivë, kërkesa për energji elektrike e qelizës elektrolitike është rreth 50-55 kWh/kg, kështu që edhe në skenarin më të keq, kërkesa për energji për shkripëzimin është rreth 1% e energjisë totale të futur në sistem.
Një sfidë e shkripëzimit është asgjësimi i ujit të kripur, i cili mund të ketë ndikim në ekosistemet lokale detare. Kjo shëllirë mund të trajtohet më tej për të reduktuar ndikimin e saj mjedisor, duke i shtuar kështu kostos së ujit 0,6-2,40 $/m³ të tjera. Përveç kësaj, cilësia e ujit elektrolitik është më e rreptë se uji i pijshëm dhe mund të rezultojë në kosto më të larta trajtimi, por kjo ende pritet të jetë e vogël në krahasim me fuqinë hyrëse.
Gjurma ujore e ujit elektrolitik për prodhimin e hidrogjenit është një parametër shumë specifik i vendndodhjes që varet nga disponueshmëria, konsumi, degradimi dhe ndotja lokale e ujit. Duhet të merret parasysh ekuilibri i ekosistemeve dhe ndikimi i tendencave afatgjata klimatike. Konsumi i ujit do të jetë një pengesë kryesore për rritjen e hidrogjenit të rinovueshëm.
Koha e postimit: Mar-08-2023