Elektroliz yolu ilə hidrogeni əldə etmək üçün nə qədər su lazımdır?

Elektroliz zamanı nə qədər su sərf olunur

Birinci addım: Hidrogen istehsalı

Su istehlakı iki mərhələdən ibarətdir: hidrogen istehsalı və yuxarı axın enerji daşıyıcısı istehsalı. Hidrogen istehsalı üçün elektrolizə edilmiş suyun minimum istehlakı hər kiloqram hidrogen üçün təxminən 9 kiloqram su təşkil edir. Bununla belə, suyun demineralizasiya prosesini nəzərə alsaq, bu nisbət bir kiloqram hidrogen üçün 18-24 kiloqram su, hətta 25,7-30,2 arasında dəyişə bilər..

Mövcud istehsal prosesi (metan buxarının riforminqi) üçün minimum su sərfi 4,5 kqH2O/kgH2 (reaksiya üçün tələb olunur), texnoloji su və soyutma nəzərə alınmaqla minimum su sərfi 6,4-32,2 kqH2O/kgH2 təşkil edir.

Addım 2: Enerji mənbələri (bərpa olunan elektrik və ya təbii qaz)

Digər komponent bərpa olunan elektrik enerjisi və təbii qaz istehsalı üçün su istehlakıdır. Fotovoltaik enerjinin su sərfi 50-400 litr/MWh (2.4-19kgH2O/kgH2), külək enerjisi üçün isə 5-45 litr/MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2) arasında dəyişir. Eynilə, şist qazından qaz hasilatı (ABŞ məlumatlarına əsasən) 1.14kgH2O/kgH2-dən 4.9kgH2O/kgH2-ə qədər artırıla bilər.

Nəticə olaraq, fotovoltaik enerji istehsalı və külək enerjisi istehsalı nəticəsində yaranan hidrogenin orta ümumi su sərfi müvafiq olaraq təxminən 32 və 22kgH2O/kgH2 təşkil edir. Qeyri-müəyyənliklər günəş radiasiyası, ömür boyu və silikon məzmunundan irəli gəlir. Bu su sərfi təbii qazdan hidrogen hasilatı ilə eyni miqyasdadır (7,6-37 kqh2o/kgH2, orta hesabla 22kqH2O/kgH2).

Ümumi su izi: Bərpa olunan enerjidən istifadə edərkən aşağı

CO2 emissiyaları kimi, elektrolitik marşrutlar üçün aşağı su izi üçün ilkin şərt bərpa olunan enerji mənbələrinin istifadəsidir. Elektrik enerjisinin yalnız kiçik bir hissəsi qalıq yanacaqlardan istifadə edilərsə, elektrik enerjisi ilə əlaqəli su istehlakı elektroliz zamanı istehlak edilən faktiki sudan çox yüksəkdir.

Məsələn, qaz enerjisi istehsalı 2500 litr/MVt-a qədər su istifadə edə bilər. Bu, həmçinin qalıq yanacaq (təbii qaz) üçün ən yaxşı vəziyyətdir. Kömürün qazlaşdırılması nəzərə alınarsa, hidrogen istehsalı 31-31,8 kqH2O/kgH2, kömür istehsalı isə 14,7 kqH2O/kgH2 istehlak edə bilər. İstehsal prosesləri daha səmərəli olduqca və quraşdırılmış güc vahidi üçün enerji çıxışı yaxşılaşdıqca, fotovoltaiklərdən və küləkdən su istehlakının da zamanla azalacağı gözlənilir.

2050-ci ildə ümumi su istehlakı

Dünyanın gələcəkdə bugünkündən qat-qat çox hidrogen istifadə edəcəyi gözlənilir. Məsələn, IRENA-nın Dünya Enerji Keçidləri Baxışı hesab edir ki, 2050-ci ildə hidrogenə olan tələbat təxminən 74EJ olacaq, bunun təxminən üçdə ikisi bərpa olunan hidrogendən gələcək. Müqayisə üçün, bu gün (saf hidrogen) 8,4EJ-dir.

Elektrolitik hidrogen bütün 2050-ci il üçün hidrogen tələbatını ödəyə bilsə belə, su sərfi təxminən 25 milyard kubmetr olacaq. Aşağıdakı rəqəm bu rəqəmi digər texnogen su istehlakı axınları ilə müqayisə edir. Ən çox sudan kənd təsərrüfatı 280 milyard kubmetr, sənaye 800 milyard kubmetrə yaxın, şəhərlər isə 470 milyard kubmetr su istifadə edir. Hidrogen istehsalı üçün təbii qazın islahatı və kömürün qazlaşdırılması üzrə cari su sərfi təxminən 1,5 milyard kubmetrdir.

Beləliklə, elektrolitik yollardakı dəyişikliklər və artan tələbat səbəbindən böyük miqdarda suyun istehlak ediləcəyi gözlənilsə də, hidrogen istehsalından su istehlakı hələ də insanların istifadə etdiyi digər axınlardan xeyli az olacaq. Digər istinad nöqtəsi ondan ibarətdir ki, adambaşına düşən su istehlakı ildə 75 (Lüksemburq) ilə 1200 (ABŞ) kubmetr arasındadır. Orta hesabla 400 m3 / (adam başına * il) ümumi hidrogen istehsalı 2050-ci ildə 62 milyon əhalisi olan bir ölkənin istehsalına bərabərdir.

Nə qədər su xərclənir və nə qədər enerji sərf olunur

xərc

Elektrolitik hüceyrələr yüksək keyfiyyətli su tələb edir və suyun təmizlənməsini tələb edir. Aşağı keyfiyyətli su daha sürətli deqradasiyaya və ömrün qısalmasına səbəb olur. Bir çox element, o cümlədən qələvilərdə istifadə olunan diafraqmalar və katalizatorlar, həmçinin PEM-in membranları və məsaməli daşıma təbəqələri dəmir, xrom, mis və s. kimi su çirklərindən mənfi təsir göstərə bilər. Su keçiriciliyinin 1μS/-dən az olması tələb olunur. sm və ümumi üzvi karbon 50μg/L-dən azdır.

Su enerji istehlakının və xərclərin nisbətən kiçik bir hissəsini təşkil edir. Hər iki parametr üçün ən pis ssenari duzsuzlaşdırmadır. Əks osmos duzsuzlaşdırma üçün əsas texnologiyadır və qlobal gücün təxminən 70 faizini təşkil edir. Texnologiyanın qiyməti 1900-2000 dollar/m³/gün təşkil edir və öyrənmə əyrisi 15% nisbətinə malikdir. Bu investisiya dəyəri ilə müalicə dəyəri təxminən $1/m³ təşkil edir və elektrik xərclərinin aşağı olduğu ərazilərdə daha aşağı ola bilər.

Bundan əlavə, daşıma xərcləri hər m³ üçün təxminən 1-2 dollar artacaq. Hətta bu halda suyun təmizlənməsi xərcləri təxminən $0,05/kgH2 təşkil edir. Bunu perspektivdə qoymaq üçün, bərpa olunan hidrogenin dəyəri yaxşı bərpa olunan mənbələr olduqda 2-3 ABŞ dolları/kgH2 ola bilər, orta resursun qiyməti isə 4-5 dollar/kgH2 təşkil edir.

Beləliklə, bu mühafizəkar ssenaridə su ümumi məbləğin 2 faizindən azına başa gələcək. Dəniz suyunun istifadəsi bərpa olunan suyun miqdarını 2,5-5 dəfə artıra bilər (bərpa əmsalı baxımından).

Enerji istehlakı

Duzsuzlaşdırmanın enerji istehlakına baxsaq, bu da elektrolitik elementi daxil etmək üçün lazım olan elektrik enerjisi miqdarı ilə müqayisədə çox kiçikdir. Cari işləyən tərs osmos qurğusu təxminən 3,0 kVt/m3 istehlak edir. Bunun əksinə olaraq, termal duzsuzlaşdırma qurğuları duzsuzlaşdırma texnologiyasından asılı olaraq 2,5 ilə 5 KWH/m3 arasında dəyişən əlavə enerji tələbləri ilə 40 ilə 80 KWH/m3 arasında dəyişən daha yüksək enerji sərfiyyatına malikdir. Nümunə olaraq kogenerasiya qurğusunun konservativ halını (yəni daha yüksək enerji tələbatı) götürsək, istilik nasosunun istifadəsini fərz etsək, enerji tələbatı təxminən 0,7 kVt/kq hidrogenə çevriləcəkdir. Bunu perspektivdə qoymaq üçün, elektrolitik elementin elektrik tələbatı təxminən 50-55 kVt/kq təşkil edir, belə ki, hətta ən pis halda, duzsuzlaşdırma üçün enerji tələbatı sistemə daxil olan ümumi enerjinin təxminən 1%-ni təşkil edir.

Duzsuzlaşdırmanın problemlərindən biri yerli dəniz ekosistemlərinə təsir göstərə bilən duzlu suyun utilizasiyasıdır. Bu şoran ətraf mühitə təsirini azaltmaq üçün daha da təmizlənə bilər və bununla da suyun qiymətinə daha $0,6-2,40/m³ əlavə etmək olar. Bundan əlavə, elektrolitik suyun keyfiyyəti içməli sudan daha sərtdir və daha yüksək müalicə xərcləri ilə nəticələnə bilər, lakin bunun hələ də enerji girişi ilə müqayisədə kiçik olacağı gözlənilir.

Hidrogen istehsalı üçün elektrolitik suyun su izi yerli suyun mövcudluğu, istehlakı, deqradasiyası və çirklənməsindən asılı olan çox spesifik yer parametridir. Ekosistemlərin tarazlığı və uzunmüddətli iqlim meyllərinin təsiri nəzərə alınmalıdır. Su istehlakı bərpa olunan hidrogenin genişləndirilməsinə əsas maneə olacaq.