इलेक्ट्रोलाइसिस द्वारा हाइड्रोजन बनाउन कति पानी लाग्छ?

इलेक्ट्रोलाइसिस द्वारा कति पानी खपत हुन्छ

चरण एक: हाइड्रोजन उत्पादन

पानीको खपत दुई चरणबाट आउँछ: हाइड्रोजन उत्पादन र अपस्ट्रीम ऊर्जा वाहक उत्पादन। हाइड्रोजन उत्पादनको लागि, इलेक्ट्रोलाइज्ड पानीको न्यूनतम खपत लगभग 9 किलोग्राम पानी प्रति किलोग्राम हाइड्रोजन हो। तर, पानीको डिमिनरलाइजेसन प्रक्रियालाई ध्यानमा राखी, यो अनुपात 18 देखि 24 किलोग्राम पानी प्रति किलोग्राम हाइड्रोजन, वा 25.7 देखि 30.2 सम्म पनि हुन सक्छ।.

अवस्थित उत्पादन प्रक्रिया (मिथेन स्टीम रिफर्मिङ) को लागि, न्यूनतम पानी खपत 4.5kgH2O/kgH2 (प्रतिक्रियाको लागि आवश्यक), खाता प्रक्रिया पानी र कूलिंगलाई ध्यानमा राख्दै, न्यूनतम पानी खपत 6.4-32.2kgH2O/kgH2 छ।

चरण 2: ऊर्जा स्रोतहरू (नवीकरणीय बिजुली वा प्राकृतिक ग्याँस)

अर्को कम्पोनेन्ट नवीकरणीय बिजुली र प्राकृतिक ग्याँस उत्पादन गर्न पानी खपत हो। फोटोभोल्टिक पावरको पानी खपत 50-400 लिटर /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) र हावा ऊर्जाको 5-45 लिटर /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2) बीचमा भिन्न हुन्छ। त्यस्तै, शेल ग्यास (अमेरिकी डाटामा आधारित) बाट ग्यास उत्पादन 1.14kgH2O/kgH2 बाट 4.9kgH2O/kgH2 सम्म बढाउन सकिन्छ।

निष्कर्षमा, फोटोभोल्टिक पावर उत्पादन र पवन ऊर्जा उत्पादन द्वारा उत्पन्न हाइड्रोजन को औसत कुल पानी खपत क्रमशः लगभग 32 र 22kgH2O/kgH2 छ। अनिश्चितताहरू सौर्य विकिरण, जीवनकाल र सिलिकन सामग्रीबाट आउँछन्। यो पानी खपत प्राकृतिक ग्याँस (7.6-37 kgh2o / kgH2, 22kgH2O/kgH2 को औसत संग) बाट हाइड्रोजन उत्पादन को परिमाण को समान क्रम मा छ।

कुल पानी पदचिह्न: नवीकरणीय ऊर्जा प्रयोग गर्दा तल्लो

CO2 उत्सर्जन जस्तै, इलेक्ट्रोलाइटिक मार्गहरूको लागि कम पानी पदचिह्नको लागि एक पूर्व शर्त नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतहरूको प्रयोग हो। यदि जीवाश्म ईन्धन प्रयोग गरेर बिजुलीको एक सानो अंश मात्र उत्पादन गरिन्छ भने, बिजुलीसँग सम्बन्धित पानी खपत इलेक्ट्रोलाइसिसको समयमा खपत भएको वास्तविक पानी भन्दा धेरै बढी हुन्छ।

उदाहरणका लागि, ग्यास पावर उत्पादनले 2,500 लिटर / MWh सम्म पानी प्रयोग गर्न सक्छ। यो जीवाश्म ईन्धन (प्राकृतिक ग्यास) को लागी सबै भन्दा राम्रो मामला हो। यदि कोइला ग्यासिफिकेशनलाई मानिन्छ भने, हाइड्रोजन उत्पादनले 31-31.8kgH2O/kgH2 खपत गर्न सक्छ र कोइला उत्पादनले 14.7kgH2O/kgH2 खपत गर्न सक्छ। फोटोभोल्टिक र हावाबाट पानीको खपत पनि समयको साथमा घट्ने अपेक्षा गरिएको छ किनभने निर्माण प्रक्रियाहरू अझ प्रभावकारी हुन्छन् र स्थापित क्षमताको प्रति एकाइ ऊर्जा उत्पादनमा सुधार हुन्छ।

2050 मा कुल पानी खपत

विश्वले आजको तुलनामा भविष्यमा धेरै गुणा बढी हाइड्रोजन प्रयोग गर्ने अपेक्षा गरिएको छ। उदाहरणका लागि, IRENA को World Energy Transitions Outlook ले अनुमान गरेको छ कि 2050 मा हाइड्रोजनको माग लगभग 74EJ हुनेछ, जसमध्ये लगभग दुई तिहाई नवीकरणीय हाइड्रोजनबाट आउनेछ। तुलना गरेर, आज (शुद्ध हाइड्रोजन) 8.4EJ हो।

यदि इलेक्ट्रोलाइटिक हाइड्रोजनले 2050 को सम्पूर्ण हाइड्रोजनको माग पूरा गर्न सक्छ भने, पानी खपत लगभग 25 बिलियन घन मिटर हुनेछ। तलको चित्रले यो आंकडालाई मानव निर्मित पानी खपतका अन्य धाराहरूसँग तुलना गर्दछ। कृषिले सबैभन्दा बढी २८० अर्ब घनमिटर पानी प्रयोग गर्छ, उद्योगले झण्डै ८०० अर्ब घनमिटर र सहरले ४७० अर्ब घनमिटर पानी प्रयोग गर्छ। हाइड्रोजन उत्पादनको लागि प्राकृतिक ग्यास सुधार र कोइला ग्यासीकरणको हालको पानी खपत लगभग 1.5 बिलियन घन मिटर छ।

तसर्थ, इलेक्ट्रोलाइटिक मार्गहरूमा परिवर्तन र बढ्दो मागको कारणले ठूलो मात्रामा पानी खपत हुने अपेक्षा गरिएको भए तापनि हाइड्रोजन उत्पादनबाट पानीको खपत अझै पनि मानवले प्रयोग गर्ने अन्य प्रवाहहरू भन्दा धेरै सानो हुनेछ। अर्को सन्दर्भ बिन्दु यो हो कि प्रति व्यक्ति पानी खपत प्रति वर्ष 75 (लक्समबर्ग) र 1,200 (अमेरिकी) घन मिटरको बीचमा छ। औसत 400 m3 / (प्रति व्यक्ति * वर्ष), 2050 मा कुल हाइड्रोजन उत्पादन 62 मिलियन जनसंख्या भएको देशको बराबर छ।

पानी कति खर्च हुन्छ र कति ऊर्जा प्रयोग गरिन्छ

लागत

इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाहरूलाई उच्च गुणस्तरको पानी चाहिन्छ र पानीको उपचार चाहिन्छ। कम गुणस्तरको पानीले छिटो क्षय र छोटो जीवन निम्त्याउँछ। क्षारीयमा प्रयोग हुने डायाफ्राम र उत्प्रेरकहरू, साथै PEM को झिल्ली र छिद्रपूर्ण यातायात तहहरू सहित धेरै तत्वहरू, फलाम, क्रोमियम, तामा, इत्यादि जस्ता पानीको अशुद्धताले प्रतिकूल असर पार्न सक्छ। पानीको चालकता 1¼S/ भन्दा कम हुनु आवश्यक छ। सेमी र कुल जैविक कार्बन 50¼g/L भन्दा कम।

ऊर्जा खपत र लागतको तुलनात्मक रूपमा सानो हिस्साको लागि पानी खाता छ। दुबै प्यारामिटरहरूको लागि सबैभन्दा खराब अवस्था डिसेलिनेशन हो। रिभर्स ओस्मोसिस डिसेलिनेशनको लागि मुख्य प्रविधि हो, विश्वव्यापी क्षमताको लगभग 70 प्रतिशत हो। टेक्नोलोजीको लागत $1900- $2000 / m³/d छ र 15% को सिक्ने वक्र दर छ। यस लगानी लागतमा, उपचार लागत लगभग $1 /m³ छ, र बिजुली लागत कम भएका क्षेत्रमा कम हुन सक्छ।

थप रूपमा, ढुवानी लागत प्रति m³ $१-२ ले बढ्नेछ। यस अवस्थामा पनि, पानी उपचार लागत लगभग $ 0.05 / kgH2 छ। यसलाई परिप्रेक्ष्यमा राख्नको लागि, राम्रो नवीकरणीय स्रोतहरू उपलब्ध भएमा नवीकरणीय हाइड्रोजनको लागत $2-3 /kgH2 हुन सक्छ, जबकि औसत स्रोतको लागत $4-5 /kgH2 छ।

त्यसैले यस रूढ़िवादी परिदृश्यमा, पानी कुलको 2 प्रतिशत भन्दा कम खर्च हुनेछ। समुद्री पानीको प्रयोगले 2.5 देखि 5 गुणा (पुनःप्राप्ति कारकको हिसाबले) पानीको मात्रा बढाउन सक्छ।

ऊर्जा खपत

डिसेलिनेशनको ऊर्जा खपतलाई हेर्दा, यो इलेक्ट्रोलाइटिक सेल इनपुट गर्न आवश्यक बिजुलीको मात्राको तुलनामा धेरै सानो छ। हालको अपरेटिङ रिभर्स ओस्मोसिस युनिटले लगभग ३.० kW/m3 खपत गर्छ। यसको विपरित, थर्मल डिसेलिनेशन प्लान्टहरूमा 40 देखि 80 KWH/m3 सम्मको ऊर्जा खपत धेरै हुन्छ, जसमा 2.5 देखि 5 KWH/m3 सम्मको अतिरिक्त ऊर्जा आवश्यकताहरू डिसेलिनेशन प्रविधिमा निर्भर हुन्छन्। उदाहरणको रूपमा सह-उत्पादन प्लान्टको कन्जरभेटिभ केस (अर्थात् उच्च उर्जाको माग) लाई हेट पम्पको प्रयोग मानेर, उर्जाको माग लगभग ०.७kWh/kg हाइड्रोजनमा परिणत हुनेछ। यसलाई परिप्रेक्ष्यमा राख्नको लागि, इलेक्ट्रोलाइटिक सेलको बिजुलीको माग लगभग 50-55kWh/kg छ, त्यसैले सबैभन्दा खराब परिस्थितिमा पनि, डिसेलिनेशनको लागि ऊर्जा माग प्रणालीमा कुल ऊर्जा इनपुटको लगभग 1% हो।

डिसेलिनेशनको एउटा चुनौती भनेको नुन पानीको निकास हो, जसले स्थानीय समुद्री पारिस्थितिक प्रणालीमा असर पार्न सक्छ। यस नमकीन पानीलाई यसको वातावरणीय प्रभाव कम गर्न थप उपचार गर्न सकिन्छ, यसरी पानीको लागतमा अर्को $ 0.6-2.40 /m³ थप्न सकिन्छ। थप रूपमा, इलेक्ट्रोलाइटिक पानीको गुणस्तर पिउने पानी भन्दा बढी कडा छ र उच्च उपचार लागतमा परिणाम हुन सक्छ, तर यो अझै पनि पावर इनपुटको तुलनामा सानो हुने अपेक्षा गरिएको छ।

हाइड्रोजन उत्पादनको लागि इलेक्ट्रोलाइटिक पानीको पानी फुटप्रिन्ट एक धेरै विशिष्ट स्थान प्यारामिटर हो जुन स्थानीय पानीको उपलब्धता, खपत, गिरावट र प्रदूषणमा निर्भर गर्दछ। इकोसिस्टमको सन्तुलन र दीर्घकालीन जलवायु प्रवृत्तिको प्रभावलाई विचार गर्नुपर्छ। पानी खपत नवीकरणीय हाइड्रोजन मापन मा एक प्रमुख बाधा हुनेछ।