Sabaraha cai anu dikonsumsi ku éléktrolisis?

Sabaraha cai anu dikonsumsi ku éléktrolisis

Lengkah kahiji: Produksi hidrogén

Konsumsi cai asalna tina dua léngkah: produksi hidrogén sareng produksi pamawa énergi hulu. Pikeun produksi hidrogén, konsumsi minimum cai éléktrolisis kira-kira 9 kilogram cai per kilogram hidrogén. Sanajan kitu, nyokot kana akun prosés demineralisasi cai, rasio ieu bisa rupa-rupa ti 18 nepi ka 24 kilogram cai per kilogram hidrogén, atawa malah saluhur 25,7 nepi ka 30,2..

 

Pikeun prosés produksi aya (metana uap reforming), konsumsi cai minimum nyaéta 4.5kgH2O/kgH2 (diperlukeun pikeun réaksi), nyokot kana akun prosés cai jeung cooling, konsumsi cai minimum 6.4-32.2kgH2O/kgH2.

 

Lengkah 2: Sumber énérgi (listrik renewable atanapi gas alam)

Komponén sanésna nyaéta pamakean cai pikeun ngahasilkeun listrik anu tiasa dianyari sareng gas alam. Konsumsi cai tina kakuatan photovoltaic beda-beda antara 50-400 liter / MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) jeung kakuatan angin antara 5-45 liter / MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2). Nya kitu, produksi gas tina shale gas (dumasar kana data AS) bisa ngaronjat tina 1.14kgH2O/kgH2 kana 4.9kgH2O/kgH2.

 

Dina kacindekan, rata-rata konsumsi cai hidrogén anu dihasilkeun ku pembangkit listrik photovoltaic jeung pembangkit listrik angin kira-kira 32 jeung 22kgH2O/kgH2, masing-masing. Kateupastian asalna tina radiasi panonpoé, umur hirup sareng eusi silikon. Konsumsi cai ieu dina urutan gedena sarua jeung produksi hidrogén tina gas alam (7,6-37 kgh2o / kgH2, kalawan rata-rata 22kgH2O / kgH2).

 

Total tapak suku cai: Turunkeun nalika nganggo énergi anu tiasa dianyari

Sarupa sareng émisi CO2, prasyarat pikeun tapak suku cai rendah pikeun rute éléktrolitik nyaéta ngagunakeun sumber énergi anu tiasa dianyari. Lamun ngan sabagian leutik tina listrik dihasilkeun ngagunakeun suluh fosil, konsumsi cai pakait sareng listrik jauh leuwih luhur batan cai sabenerna dikonsumsi salila éléktrolisis.

 

Contona, pembangkit listrik gas bisa ngagunakeun nepi ka 2.500 liter/MWh cai. Ieu oge kasus pangalusna pikeun suluh fosil (gas alam). Lamun gasifikasi batubara dianggap, produksi hidrogén bisa meakeun 31-31.8kgH2O/kgH2 jeung produksi batubara bisa meakeun 14.7kgH2O/kgH2. Konsumsi cai tina photovoltaics sareng angin ogé diperkirakeun ngirangan kana waktosna nalika prosés manufaktur janten langkung éfisién sareng kaluaran énergi per unit kapasitas anu dipasang ningkat.

 

Total konsumsi cai dina 2050

Dunya diperkirakeun ngagunakeun sababaraha kali leuwih hidrogén dina mangsa nu bakal datang ti ayeuna. Salaku conto, IRENA's World Energy Transitions Outlook ngira-ngira yén paménta hidrogén dina taun 2050 bakal sakitar 74EJ, dimana sakitar dua per tilu asalna tina hidrogén anu tiasa diperbaharui. Ku ngabandingkeun, kiwari (hidrogen murni) nyaéta 8.4EJ.

 

Sanaos hidrogén éléktrolitik tiasa nyumponan paménta hidrogén salami 2050, konsumsi cai bakal sakitar 25 milyar méter kubik. Angka di handap ieu ngabandingkeun inohong ieu sareng aliran konsumsi cai buatan manusa anu sanés. Tatanén ngagunakeun jumlah pangbadagna 280 miliar méter kubik cai, sedengkeun industri ngagunakeun ampir 800 miliar méter kubik jeung kota ngagunakeun 470 miliar méter kubik. Konsumsi cai ayeuna pikeun reformasi gas alam sareng gasifikasi batubara pikeun produksi hidrogén sakitar 1,5 milyar méter kubik.

Ku kituna, sanajan jumlah badag cai diharepkeun dihakan alatan parobahan dina jalur éléktrolitik jeung tumuwuhna paménta, konsumsi cai tina produksi hidrogén masih bakal leuwih leutik batan aliran séjén dipaké ku manusa. Titik rujukan séjén nyaéta konsumsi cai per kapita antara 75 (Luxembourg) jeung 1.200 (AS) méter kubik per taun. Rata-rata 400 m3 / (per kapita * taun), total produksi hidrogén dina 2050 sarua jeung nagara 62 juta jiwa.

 

Sabaraha biaya cai sareng sabaraha énergi anu dianggo

 

ongkos

Sél éléktrolitik merlukeun cai kualitas luhur sarta merlukeun perlakuan cai. Kualitas cai anu handap nyababkeun degradasi anu langkung gancang sareng umur anu langkung pondok. Seueur elemen, kalebet diafragma sareng katalis anu dianggo dina basa, ogé mémbran sareng lapisan transportasi porous PEM, tiasa kapangaruhan ku pangotor cai sapertos beusi, kromium, tambaga, jsb. Konduktivitas cai kedah kirang ti 1μS / cm sarta total karbon organik kurang ti 50μg/L.

 

Cai nyumbang kana pangsa konsumsi sareng biaya énergi anu kawilang leutik. Skenario anu paling parah pikeun kadua parameter nyaéta desalinasi. Reverse osmosis nyaéta téknologi utama pikeun desalinasi, ngitung ampir 70 persén kapasitas global. Téknologi hargana $ 1900- $ 2000 / m³ / d sareng gaduh tingkat kurva diajar 15%. Dina biaya investasi ieu, biaya perawatan sakitar $1 /m³, sareng tiasa langkung handap di daérah dimana biaya listrik rendah.

 

Salaku tambahan, biaya pengiriman bakal ningkat sakitar $1-2 per m³. Malah dina hal ieu, biaya perawatan cai sakitar $0.05 /kgH2. Jang ngalampahkeun ieu dina sudut pandang, biaya hidrogén renewable tiasa $2-3 /kgH2 lamun sumberdaya renewable alus sadia, sedengkeun biaya sumberdaya rata-rata $4-5 /kgH2.

 

Janten dina skenario konservatif ieu, cai bakal ngarugikeun kirang ti 2 persén tina total. Pamakéan cai laut tiasa ningkatkeun jumlah cai pulih ku 2,5 dugi ka 5 kali (dina hal faktor pamulihan).

 

Konsumsi énergi

Ningali konsumsi énergi desalinasi, éta ogé leutik pisan dibandingkeun sareng jumlah listrik anu dipikabutuh pikeun input sél éléktrolitik. Unit reverse osmosis operasi ayeuna meakeun ngeunaan 3.0 kW/m3. Sabalikna, pabrik desalinasi termal gaduh konsumsi énérgi anu langkung ageung, ti 40 dugi ka 80 KWH/m3, kalayan syarat kakuatan tambahan ti 2,5 dugi ka 5 KWH/m3, gumantung kana téknologi desalinasi. Nyandak kasus konservatif (nyaéta paménta énergi anu langkung luhur) tina pabrik kogenerasi sabagé conto, upami nganggo pompa panas, paménta énergi bakal dirobih janten sakitar 0.7kWh/kg hidrogén. Pikeun nempatkeun ieu dina sudut pandang, paménta listrik sél éléktrolitik kira-kira 50-55kWh / kg, janten sanajan dina skenario anu paling parah, paménta énergi pikeun desalinasi sakitar 1% tina total asupan énergi pikeun sistem.

 

Hiji tantangan desalinasi nyaéta pembuangan cai uyah, nu bisa boga dampak dina ékosistem Kelautan lokal. brine ieu bisa salajengna diolah pikeun ngurangan dampak lingkunganana, sahingga nambahkeun sejen $0.6-2.40 /m³ kana biaya cai. Salaku tambahan, kualitas cai éléktrolitik langkung ketat tibatan cai nginum sareng tiasa nyababkeun biaya perawatan anu langkung luhur, tapi ieu diperkirakeun masih leutik dibandingkeun sareng input kakuatan.

Tapak cai cai éléktrolitik pikeun produksi hidrogén mangrupikeun parameter lokasi anu khusus anu gumantung kana kasadiaan cai lokal, konsumsi, degradasi sareng polusi. Kasaimbangan ékosistem sareng dampak tren iklim jangka panjang kedah dipertimbangkeun. Konsumsi cai bakal jadi halangan utama pikeun ngagedekeun hidrogén anu tiasa diperbaharui.