Elektroliz bilan qancha suv sarflanadi
Birinchi qadam: vodorod ishlab chiqarish
Suv iste'moli ikki bosqichdan iborat: vodorod ishlab chiqarish va yuqori oqimdagi energiya tashuvchisi. Vodorod ishlab chiqarish uchun elektrolizlangan suvning minimal iste'moli har bir kilogramm vodorod uchun taxminan 9 kilogramm suvni tashkil qiladi. Biroq, suvning demineralizatsiya jarayonini hisobga olgan holda, bu nisbat bir kilogramm vodorod uchun 18 dan 24 kilogrammgacha yoki hatto 25,7 dan 30,2 gacha bo'lishi mumkin..
Mavjud ishlab chiqarish jarayoni (metan bug'ini isloh qilish) uchun minimal suv sarfi 4,5kgH2O/kgH2 (reaktsiya uchun zarur), texnologik suv va sovutishni hisobga olgan holda, minimal suv sarfi 6,4-32,2kgH2O/kgH2 ni tashkil qiladi.
2-qadam: Energiya manbalari (qayta tiklanadigan elektr yoki tabiiy gaz)
Yana bir komponent - qayta tiklanadigan elektr energiyasi va tabiiy gaz ishlab chiqarish uchun suv iste'moli. Fotovoltaik quvvatning suv iste'moli 50-400 litr / MWh (2,4-19kgH2O / kgH2) va shamol energiyasi uchun 5-45 litr / MWh (0,2-2,1kgH2O / kgH2) orasida o'zgarib turadi. Xuddi shunday slanets gazidan gaz qazib olish (AQSh ma'lumotlari asosida) 1,14kgH2O/kgH2 dan 4,9kgH2O/kgH2 gacha oshirilishi mumkin.
Xulosa qilib aytganda, fotovoltaik energiya ishlab chiqarish va shamol energiyasini ishlab chiqarish natijasida hosil bo'lgan vodorodning o'rtacha umumiy suv iste'moli mos ravishda taxminan 32 va 22 kgH2O / kgH2 ni tashkil qiladi. Noaniqliklar quyosh radiatsiyasi, umr bo'yi va kremniy tarkibidan kelib chiqadi. Bu suv iste'moli tabiiy gazdan vodorod ishlab chiqarish bilan bir xil darajada bo'ladi (7,6-37 kgh2o / kgH2, o'rtacha 22kgH2O/kgH2).
Umumiy suv izi: Qayta tiklanadigan energiyadan foydalanganda kamroq
CO2 emissiyasiga o'xshab, elektrolitik yo'llar uchun kam suv izi uchun zaruriy shart qayta tiklanadigan energiya manbalaridan foydalanish hisoblanadi. Agar fotoalbom yoqilg'i yordamida elektr energiyasining ozgina qismi ishlab chiqarilgan bo'lsa, elektr energiyasi bilan bog'liq suv iste'moli elektroliz paytida iste'mol qilinadigan haqiqiy suvdan ancha yuqori.
Misol uchun, gaz energiyasini ishlab chiqarish 2500 litr / MVt / soatgacha suv ishlatishi mumkin. Bu, shuningdek, qazib olinadigan yoqilg'i (tabiiy gaz) uchun eng yaxshi holat. Agar ko'mirni gazlashtirish hisobga olinsa, vodorod ishlab chiqarish 31-31,8kgH2O/kgH2 va ko'mir ishlab chiqarish uchun 14,7kgH2O/kgH2 iste'mol qilishi mumkin. Fotovoltaik va shamoldan suv iste'moli ham vaqt o'tishi bilan kamayishi kutilmoqda, chunki ishlab chiqarish jarayonlari samaraliroq bo'ladi va o'rnatilgan quvvat birligiga energiya ishlab chiqarish yaxshilanadi.
2050 yilda umumiy suv iste'moli
Kelajakda dunyo bugungi kunga nisbatan bir necha barobar ko'proq vodoroddan foydalanishi kutilmoqda. Masalan, IRENAning World Energy Transitions Outlook hisobotiga ko'ra, 2050 yilda vodorodga bo'lgan talab taxminan 74 EJ bo'ladi, shundan taxminan uchdan ikki qismi qayta tiklanadigan vodoroddan keladi. Taqqoslash uchun, bugungi kunda (sof vodorod) 8,4EJ ni tashkil qiladi.
Agar elektrolitik vodorod butun 2050 yil uchun vodorodga bo'lgan ehtiyojni qondira olsa ham, suv iste'moli taxminan 25 milliard kubometrni tashkil qiladi. Quyidagi rasmda bu ko'rsatkich boshqa sun'iy suv iste'moli oqimlari bilan taqqoslanadi. Qishloq xoʻjaligida eng koʻp 280 milliard kub metr suv sarflanadi, sanoatda qariyb 800 milliard kub metr, shaharlar esa 470 milliard kub metr suvdan foydalanadi. Vodorod ishlab chiqarish uchun tabiiy gazni isloh qilish va ko'mirni gazlashtirishning hozirgi suv iste'moli taxminan 1,5 milliard kubometrni tashkil qiladi.
Shunday qilib, elektrolitik yo'llarning o'zgarishi va ortib borayotgan talab tufayli katta miqdorda suv iste'mol qilinishi kutilayotgan bo'lsa-da, vodorod ishlab chiqarishdan suv iste'moli hali ham odamlar tomonidan ishlatiladigan boshqa oqimlarga qaraganda ancha kichik bo'ladi. Yana bir ma'lumotli nuqta shundaki, aholi jon boshiga suv iste'moli yiliga 75 (Lyuksemburg) va 1200 (AQSh) kubometrni tashkil qiladi. O'rtacha 400 m3 / (jon boshiga * yil) 2050 yilda jami vodorod ishlab chiqarish 62 million kishilik mamlakat ishlab chiqarishiga teng.
Suv qancha turadi va qancha energiya sarflanadi
xarajat
Elektrolitik hujayralar yuqori sifatli suvni talab qiladi va suvni tozalashni talab qiladi. Past sifatli suv tezroq degradatsiyaga va qisqa umrga olib keladi. Ko'pgina elementlar, shu jumladan gidroksidi moddalarda ishlatiladigan diafragma va katalizatorlar, shuningdek PEM membranalari va g'ovakli transport qatlamlari temir, xrom, mis va boshqalar kabi suv aralashmalaridan salbiy ta'sir ko'rsatishi mumkin. Suv o'tkazuvchanligi 1 mkS/dan kam bo'lishi kerak. sm va umumiy organik uglerod 50 mkg / L dan kam.
Suv energiya iste'moli va xarajatlarining nisbatan kichik qismini tashkil qiladi. Ikkala parametr uchun eng yomon stsenariy tuzsizlantirishdir. Teskari osmos tuzsizlantirishning asosiy texnologiyasi bo'lib, global quvvatning qariyb 70 foizini tashkil qiladi. Texnologiya 1900-2000 dollar / m³ / kun turadi va o'rganish egri chizig'i 15% ni tashkil qiladi. Ushbu investitsiya xarajatida tozalash qiymati taxminan $1 / m³ ni tashkil qiladi va elektr narxi past bo'lgan joylarda pastroq bo'lishi mumkin.
Bundan tashqari, yuk tashish narxi m³ uchun taxminan 1-2 dollarga oshadi. Hatto bu holatda ham suvni tozalash xarajatlari taxminan $ 0,05 / kgH2 ni tashkil qiladi. Buni nuqtai nazardan qo'yish uchun, qayta tiklanadigan vodorodning narxi yaxshi qayta tiklanadigan manbalar mavjud bo'lsa, $ 2-3 / kgH2 bo'lishi mumkin, o'rtacha resurs narxi esa $ 4-5 / kgH2.
Shunday qilib, ushbu konservativ stsenariyda suv umumiy qiymatning 2 foizidan kamiga tushadi. Dengiz suvidan foydalanish qayta tiklanadigan suv miqdorini 2,5 dan 5 barobarga oshirishi mumkin (qayta tiklash koeffitsienti bo'yicha).
Energiya iste'moli
Tuzsizlantirishning energiya sarfiga nazar tashlaydigan bo'lsak, u elektrolitik hujayrani kiritish uchun zarur bo'lgan elektr miqdori bilan solishtirganda ham juda kichikdir. Hozirgi ishlaydigan teskari osmoz qurilmasi taxminan 3,0 kVt / m3 iste'mol qiladi. Bundan farqli o'laroq, termal tuzsizlantirish qurilmalari ancha yuqori energiya iste'moliga ega bo'lib, 40 dan 80 KVt / m3 gacha, qo'shimcha quvvat talablari esa tuzsizlantirish texnologiyasiga qarab 2,5 dan 5 KVt / m3 gacha. Misol tariqasida kogeneratsiya stansiyasining konservativ holatini (ya'ni yuqori energiya talabini) olib, issiqlik nasosidan foydalanishni nazarda tutsak, energiya talabi taxminan 0,7 kVt/soat vodorodga aylanadi. Buni taxmin qilish uchun, elektrolitik hujayraning elektr energiyasiga bo'lgan talabi taxminan 50-55 kVt / kg ni tashkil qiladi, shuning uchun ham eng yomon stsenariyda tuzni tozalash uchun energiya talabi tizimga kiritilgan umumiy energiyaning taxminan 1% ni tashkil qiladi.
Tuzsizlantirishning muammolaridan biri mahalliy dengiz ekotizimlariga ta'sir ko'rsatishi mumkin bo'lgan sho'r suvni utilizatsiya qilishdir. Bu sho'r suvning atrof-muhitga ta'sirini kamaytirish uchun yana qayta ishlanishi mumkin, shuning uchun suv narxiga yana 0,6-2,40 dollar / m³ qo'shiladi. Bundan tashqari, elektrolitik suv sifati ichimlik suvidan ko'ra qattiqroq va yuqori tozalash xarajatlariga olib kelishi mumkin, ammo bu hali ham quvvat sarfiga nisbatan kichik bo'lishi kutilmoqda.
Vodorod ishlab chiqarish uchun elektrolitik suvning suv izi mahalliy suv mavjudligi, iste'moli, degradatsiyasi va ifloslanishiga bog'liq bo'lgan juda o'ziga xos joylashuv parametridir. Ekotizimlar muvozanati va uzoq muddatli iqlim tendentsiyalarining ta'sirini hisobga olish kerak. Suv iste'moli qayta tiklanadigan vodorodni ko'paytirishga katta to'siq bo'ladi.
Xabar vaqti: 08-08-2023-yil