Ni kiasi gani cha maji kinachotumiwa na electrolysis
Hatua ya kwanza: Uzalishaji wa haidrojeni
Matumizi ya maji yanatokana na hatua mbili: uzalishaji wa hidrojeni na uzalishaji wa mtoaji wa nishati ya juu. Kwa uzalishaji wa hidrojeni, matumizi ya chini ya maji ya electrolyzed ni takriban kilo 9 za maji kwa kilo ya hidrojeni. Walakini, kwa kuzingatia mchakato wa uondoaji madini wa maji, uwiano huu unaweza kuanzia kilo 18 hadi 24 za maji kwa kila kilo ya hidrojeni, au hata juu kama 25.7 hadi 30.2.
Kwa mchakato uliopo wa uzalishaji (marekebisho ya mvuke ya methane), matumizi ya chini ya maji ni 4.5kgH2O/kgH2 (inahitajika kwa majibu), kwa kuzingatia mchakato wa maji na baridi, matumizi ya chini ya maji ni 6.4-32.2kgH2O/kgH2.
Hatua ya 2: Vyanzo vya nishati (umeme mbadala au gesi asilia)
Kipengele kingine ni matumizi ya maji kuzalisha umeme mbadala na gesi asilia. Matumizi ya maji ya nishati ya photovoltaic hutofautiana kati ya lita 50-400 /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) na yale ya nishati ya upepo kati ya lita 5-45 /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2). Vile vile, uzalishaji wa gesi kutoka kwa gesi ya shale (kulingana na data ya Marekani) unaweza kuongezeka kutoka 1.14kgH2O/kgH2 hadi 4.9kgH2O/kgH2.
Kwa kumalizia, wastani wa matumizi ya maji ya hidrojeni yanayotokana na uzalishaji wa umeme wa photovoltaic na uzalishaji wa nishati ya upepo ni takriban 32 na 22kgH2O/kgH2, mtawalia. Kutokuwa na uhakika hutoka kwa mionzi ya jua, maisha na yaliyomo kwenye silicon. Utumiaji huu wa maji uko kwenye mpangilio sawa wa ukubwa na uzalishaji wa hidrojeni kutoka kwa gesi asilia (7.6-37 kgh2o /kgH2, na wastani wa 22kgH2O/kgH2).
Jumla ya alama za maji: Chini wakati wa kutumia nishati mbadala
Sawa na utoaji wa hewa chafu ya CO2, sharti la msingi la kiwango cha chini cha maji kwa njia za kielektroniki ni matumizi ya vyanzo vya nishati mbadala. Ikiwa sehemu ndogo tu ya umeme huzalishwa kwa kutumia mafuta ya mafuta, matumizi ya maji yanayohusiana na umeme ni ya juu zaidi kuliko maji halisi yanayotumiwa wakati wa electrolysis.
Kwa mfano, uzalishaji wa nishati ya gesi unaweza kutumia hadi lita 2,500 / MWh za maji. Pia ni kesi bora kwa mafuta ya mafuta (gesi asilia). Ikiwa gesi ya makaa ya mawe itazingatiwa, uzalishaji wa hidrojeni unaweza kutumia 31-31.8kgH2O/kgH2 na uzalishaji wa makaa ya mawe unaweza kutumia 14.7kgH2O/kgH2. Matumizi ya maji kutoka kwa voltaiki ya volkeno na upepo pia yanatarajiwa kupungua kadiri michakato ya utengenezaji inavyokuwa bora zaidi na utoaji wa nishati kwa kila kitengo cha uwezo uliosakinishwa unaboresha.
Jumla ya matumizi ya maji mnamo 2050
Ulimwengu unatarajiwa kutumia hidrojeni mara nyingi zaidi katika siku zijazo kuliko ilivyo leo. Kwa mfano, Mtazamo wa Mpito wa Nishati Ulimwenguni wa IRENA unakadiria kuwa mahitaji ya hidrojeni mwaka wa 2050 yatakuwa takriban 74EJ, ambayo karibu theluthi mbili itatoka kwa hidrojeni inayoweza kurejeshwa. Kwa kulinganisha, leo (hidrojeni safi) ni 8.4EJ.
Hata kama hidrojeni ya elektroliti inaweza kukidhi mahitaji ya hidrojeni kwa mwaka mzima wa 2050, matumizi ya maji yangekuwa kama mita za ujazo bilioni 25. Kielelezo hapa chini kinalinganisha takwimu hii na mikondo mingine ya matumizi ya maji iliyotengenezwa na binadamu. Kilimo kinatumia kiasi kikubwa zaidi cha mita za ujazo bilioni 280 za maji, wakati viwanda vinatumia karibu mita za ujazo bilioni 800 na miji hutumia mita za ujazo bilioni 470. Matumizi ya sasa ya maji ya mageuzi ya gesi asilia na gesi ya makaa ya mawe kwa ajili ya uzalishaji wa hidrojeni ni kuhusu mita za ujazo bilioni 1.5.
Kwa hivyo, ingawa kiasi kikubwa cha maji kinatarajiwa kutumiwa kutokana na mabadiliko ya njia za umeme na mahitaji yanayoongezeka, matumizi ya maji kutoka kwa uzalishaji wa hidrojeni bado yatakuwa ndogo zaidi kuliko mtiririko mwingine unaotumiwa na wanadamu. Jambo lingine linalorejelewa ni kwamba matumizi ya maji kwa kila mtu ni kati ya mita za ujazo 75 (Luxembourg) na 1,200 (za Marekani) kwa mwaka. Kwa wastani wa 400 m3 / (per capita * mwaka), jumla ya uzalishaji wa hidrojeni mwaka 2050 ni sawa na ile ya nchi ya watu milioni 62.
Ni kiasi gani cha gharama za maji na ni kiasi gani cha nishati kinatumika
gharama
Seli za elektroliti zinahitaji maji ya hali ya juu na zinahitaji matibabu ya maji. Maji yenye ubora wa chini husababisha uharibifu wa haraka na maisha mafupi. Vipengele vingi, ikiwa ni pamoja na diaphragm na vichocheo vinavyotumiwa katika alkali, pamoja na utando na tabaka za usafiri za porous za PEM, zinaweza kuathiriwa vibaya na uchafu wa maji kama vile chuma, chromium, shaba, nk. Upitishaji wa maji unahitajika kuwa chini ya 1μS/ cm na jumla ya kaboni hai chini ya 50μg/L.
Maji huchangia sehemu ndogo ya matumizi ya nishati na gharama. Hali mbaya zaidi kwa vigezo vyote viwili ni kuondoa chumvi. Reverse osmosis ni teknolojia kuu ya kuondoa chumvi, uhasibu kwa karibu asilimia 70 ya uwezo wa kimataifa. Teknolojia inagharimu $1900- $2000/m³/d na ina kiwango cha curve ya kujifunza cha 15%. Kwa gharama hii ya uwekezaji, gharama ya matibabu ni takriban $1/m³, na inaweza kuwa ya chini katika maeneo ambayo gharama za umeme ni za chini.
Aidha, gharama za usafirishaji zitaongezeka kwa takriban $1-2 kwa kila m³. Hata katika kesi hii, gharama za matibabu ya maji ni takriban $0.05/kgH2. Ili kuweka hili katika mtazamo, gharama ya hidrojeni inayoweza kurejeshwa inaweza kuwa $2-3 /kgH2 ikiwa rasilimali nzuri zinazoweza kurejeshwa zinapatikana, wakati gharama ya rasilimali ya wastani ni $4-5 /kgH2.
Kwa hivyo katika hali hii ya kihafidhina, maji yangegharimu chini ya asilimia 2 ya jumla. Matumizi ya maji ya bahari yanaweza kuongeza kiasi cha maji yaliyopatikana kwa mara 2.5 hadi 5 (kwa suala la sababu ya kurejesha).
Matumizi ya nishati
Kuangalia matumizi ya nishati ya kuondoa chumvi, pia ni ndogo sana ikilinganishwa na kiasi cha umeme kinachohitajika kuingiza seli ya electrolytic. Kitengo cha sasa cha uendeshaji wa reverse osmosis hutumia takriban 3.0 kW/m3. Kinyume chake, mimea ya kuondoa chumvi kwenye mafuta ina matumizi ya juu zaidi ya nishati, kuanzia 40 hadi 80 KWH/m3, na mahitaji ya ziada ya nguvu kutoka 2.5 hadi 5 KWH/m3, kulingana na teknolojia ya kuondoa chumvi. Kwa kuchukua hali ya kihafidhina (yaani mahitaji ya juu ya nishati) ya mtambo wa kuunganisha kama mfano, kwa kuchukulia matumizi ya pampu ya joto, mahitaji ya nishati yanaweza kubadilishwa hadi 0.7kWh/kg ya hidrojeni. Ili kuweka hili katika mtazamo, mahitaji ya umeme ya kiini electrolytic ni kuhusu 50-55kWh/kg, hivyo hata katika hali mbaya zaidi, mahitaji ya nishati kwa ajili ya desalination ni kuhusu 1% ya jumla ya pembejeo ya nishati kwa mfumo.
Changamoto moja ya kuondoa chumvi ni utupaji wa maji ya chumvi, ambayo yanaweza kuwa na athari kwa mifumo ikolojia ya ndani ya Bahari. Maji haya yanaweza kutibiwa zaidi ili kupunguza athari zake kwa mazingira, hivyo kuongeza $0.6-2.40/m³ nyingine kwa gharama ya maji. Kwa kuongeza, ubora wa maji ya kielektroniki ni mgumu zaidi kuliko maji ya kunywa na inaweza kusababisha gharama kubwa za matibabu, lakini hii bado inatarajiwa kuwa ndogo ikilinganishwa na ingizo la nguvu.
Alama ya maji ya maji ya elektroliti kwa uzalishaji wa hidrojeni ni kigezo maalum cha eneo ambacho kinategemea upatikanaji wa maji ya ndani, matumizi, uharibifu na uchafuzi wa mazingira. Uwiano wa mifumo ikolojia na athari za mwenendo wa hali ya hewa wa muda mrefu unapaswa kuzingatiwa. Matumizi ya maji yatakuwa kikwazo kikubwa katika kuongeza hidrojeni inayoweza kurejeshwa.
Muda wa posta: Mar-08-2023