इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे हायड्रोजन तयार करण्यासाठी किती पाणी लागते?

इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे किती पाणी वापरले जाते

पहिला टप्पा: हायड्रोजन उत्पादन

पाण्याचा वापर दोन टप्प्यांतून होतो: हायड्रोजन उत्पादन आणि अपस्ट्रीम ऊर्जा वाहक उत्पादन. हायड्रोजन उत्पादनासाठी, इलेक्ट्रोलायझ्ड पाण्याचा किमान वापर अंदाजे 9 किलोग्राम पाणी प्रति किलोग्राम हायड्रोजन आहे. तथापि, पाण्याची अखनिजीकरण प्रक्रिया विचारात घेतल्यास, हे प्रमाण 18 ते 24 किलोग्राम पाणी प्रति किलो हायड्रोजन किंवा 25.7 ते 30.2 इतके असू शकते..

विद्यमान उत्पादन प्रक्रियेसाठी (मिथेन स्टीम रिफॉर्मिंग), किमान पाण्याचा वापर 4.5kgH2O/kgH2 आहे (प्रतिक्रियासाठी आवश्यक), प्रक्रिया पाणी आणि कूलिंग लक्षात घेऊन, किमान पाण्याचा वापर 6.4-32.2kgH2O/kgH2 आहे.

पायरी 2: ऊर्जा स्रोत (नूतनीकरणयोग्य वीज किंवा नैसर्गिक वायू)

दुसरा घटक म्हणजे नूतनीकरणक्षम वीज आणि नैसर्गिक वायू निर्मितीसाठी पाण्याचा वापर. फोटोव्होल्टेइक पॉवरचा पाण्याचा वापर 50-400 लिटर /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) आणि पवन ऊर्जेचा वापर 5-45 लिटर /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2) दरम्यान बदलतो. त्याचप्रमाणे, शेल गॅसपासून (यूएस डेटावर आधारित) गॅसचे उत्पादन 1.14kgH2O/kgH2 वरून 4.9kgH2O/kgH2 पर्यंत वाढवता येते.

निष्कर्षानुसार, फोटोव्होल्टेइक उर्जा निर्मिती आणि पवन उर्जा निर्मितीद्वारे तयार केलेल्या हायड्रोजनचा सरासरी एकूण पाण्याचा वापर अनुक्रमे सुमारे 32 आणि 22kgH2O/kgH2 आहे. अनिश्चितता सौर विकिरण, आजीवन आणि सिलिकॉन सामग्रीमधून येतात. हा पाण्याचा वापर नैसर्गिक वायूपासून (7.6-37 kgh2o /kgH2, सरासरी 22kgH2O/kgH2) पासून हायड्रोजन उत्पादनाच्या परिमाणाच्या समान क्रमाने आहे.

एकूण पाण्याचा ठसा: अक्षय ऊर्जा वापरताना कमी

CO2 उत्सर्जनाप्रमाणेच, इलेक्ट्रोलाइटिक मार्गांसाठी कमी पाण्याच्या ठशासाठी एक पूर्व शर्त म्हणजे अक्षय ऊर्जा स्त्रोतांचा वापर. जीवाश्म इंधनाचा वापर करून विजेचा फक्त एक छोटासा अंश निर्माण केला गेला तर, विजेशी संबंधित पाण्याचा वापर इलेक्ट्रोलिसिस दरम्यान वापरल्या जाणार्‍या वास्तविक पाण्यापेक्षा खूप जास्त असतो.

उदाहरणार्थ, गॅस पॉवर निर्मिती 2,500 लिटर/MWh पर्यंत पाणी वापरू शकते. हे जीवाश्म इंधन (नैसर्गिक वायू) साठी देखील सर्वोत्तम केस आहे. कोळशाच्या गॅसिफिकेशनचा विचार केल्यास, हायड्रोजन उत्पादन 31-31.8kgH2O/kgH2 आणि कोळसा उत्पादन 14.7kgH2O/kgH2 वापरू शकते. उत्पादन प्रक्रिया अधिक कार्यक्षम झाल्यामुळे आणि स्थापित क्षमतेच्या प्रति युनिट ऊर्जा उत्पादनात सुधारणा झाल्यामुळे फोटोव्होल्टेईक्स आणि वाऱ्यापासून पाण्याचा वापर देखील कालांतराने कमी होण्याची अपेक्षा आहे.

2050 मध्ये एकूण पाण्याचा वापर

जगाला भविष्यात आजच्यापेक्षा कितीतरी पट जास्त हायड्रोजन वापरण्याची अपेक्षा आहे. उदाहरणार्थ, IRENA च्या World Energy Transitions Outlook ने अंदाज लावला आहे की 2050 मध्ये हायड्रोजनची मागणी सुमारे 74EJ असेल, ज्यापैकी सुमारे दोन-तृतियांश नूतनीकरणयोग्य हायड्रोजनमधून येईल. तुलनेने, आज (शुद्ध हायड्रोजन) 8.4EJ आहे.

जरी इलेक्ट्रोलाइटिक हायड्रोजन संपूर्ण 2050 साठी हायड्रोजनची मागणी पूर्ण करू शकला तरीही, पाण्याचा वापर सुमारे 25 अब्ज घनमीटर असेल. खालील आकृती या आकृतीची तुलना मानवनिर्मित पाण्याच्या वापराच्या इतर प्रवाहांशी करते. सर्वात जास्त 280 अब्ज घनमीटर पाणी शेतीसाठी वापरले जाते, तर उद्योग जवळपास 800 अब्ज घनमीटर आणि शहरे 470 अब्ज घनमीटर वापरतात. हायड्रोजन उत्पादनासाठी नैसर्गिक वायू सुधारणे आणि कोळसा गॅसिफिकेशनचा सध्याचा पाण्याचा वापर सुमारे 1.5 अब्ज घनमीटर आहे.

अशाप्रकारे, जरी इलेक्ट्रोलाइटिक मार्गांमधील बदल आणि वाढत्या मागणीमुळे मोठ्या प्रमाणात पाणी वापरणे अपेक्षित असले तरी, हायड्रोजन उत्पादनातून पाण्याचा वापर मानवाद्वारे वापरल्या जाणार्‍या इतर प्रवाहांपेक्षा खूपच कमी असेल. दुसरा संदर्भ मुद्दा असा आहे की दरडोई पाण्याचा वापर दर वर्षी 75 (लक्झेंबर्ग) आणि 1,200 (यूएस) क्यूबिक मीटर दरम्यान आहे. सरासरी 400 m3 / (दरडोई * वर्ष), 2050 मध्ये एकूण हायड्रोजन उत्पादन 62 दशलक्ष लोकसंख्येच्या देशाच्या समतुल्य आहे.

पाण्याची किंमत किती आणि किती ऊर्जा वापरली

खर्च

इलेक्ट्रोलाइटिक पेशींना उच्च दर्जाचे पाणी आवश्यक असते आणि पाण्याच्या प्रक्रियेची आवश्यकता असते. कमी दर्जाच्या पाण्यामुळे जलद ऱ्हास होतो आणि आयुष्य कमी होते. क्षारीयांमध्ये वापरल्या जाणार्‍या डायाफ्राम आणि उत्प्रेरकांसह अनेक घटक, तसेच PEM चे पडदा आणि सच्छिद्र वाहतूक स्तर, लोह, क्रोमियम, तांबे इत्यादी पाण्याच्या अशुद्धतेमुळे विपरित परिणाम होऊ शकतात. पाण्याची चालकता 1¼S/ पेक्षा कमी असणे आवश्यक आहे. सेमी आणि एकूण सेंद्रिय कार्बन 50¼g/L पेक्षा कमी.

उर्जेचा वापर आणि खर्चात पाण्याचा वाटा तुलनेने कमी आहे. दोन्ही पॅरामीटर्ससाठी सर्वात वाईट परिस्थिती म्हणजे डिसेलिनेशन. रिव्हर्स ऑस्मोसिस हे डिसेलिनेशनचे मुख्य तंत्रज्ञान आहे, जे जागतिक क्षमतेच्या जवळपास 70 टक्के आहे. तंत्रज्ञानाची किंमत $1900- $2000/m³/d आहे आणि 15% शिकण्याचा वक्र दर आहे. या गुंतवणुकीच्या खर्चावर, उपचार खर्च सुमारे $1 /m³ आहे आणि ज्या भागात वीज खर्च कमी आहे तेथे कमी असू शकतो.

याव्यतिरिक्त, शिपिंग खर्च प्रति m³ सुमारे $1-2 ने वाढेल. या प्रकरणातही, पाणी उपचार खर्च सुमारे $0.05/kgH2 आहे. याला दृष्टीकोनातून सांगायचे तर, चांगल्या नूतनीकरणीय संसाधने उपलब्ध असल्यास अक्षय हायड्रोजनची किंमत $2-3 /kgH2 असू शकते, तर सरासरी संसाधनाची किंमत $4-5 /kgH2 आहे.

त्यामुळे या पुराणमतवादी परिस्थितीत, पाण्याची किंमत एकूण 2 टक्क्यांपेक्षा कमी असेल. समुद्राच्या पाण्याचा वापर केल्यास वसूल होणाऱ्या पाण्याचे प्रमाण 2.5 ते 5 पटीने वाढू शकते (पुनर्प्राप्ती घटकाच्या दृष्टीने).

उर्जेचा वापर

डिसेलिनेशनचा उर्जा वापर पाहता, इलेक्ट्रोलाइटिक सेलमध्ये इनपुट करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या विजेच्या तुलनेत ते खूप कमी आहे. सध्याचे कार्यरत रिव्हर्स ऑस्मोसिस युनिट सुमारे 3.0 kW/m3 वापरते. याउलट, थर्मल डिसेलिनेशन प्लांट्समध्ये जास्त ऊर्जेचा वापर होतो, 40 ते 80 KWH/m3 पर्यंत, 2.5 ते 5 KWH/m3 पर्यंत अतिरिक्त उर्जेची आवश्यकता असते, डिसेलिनेशन तंत्रज्ञानावर अवलंबून असते. उदाहरण म्हणून सहउत्पादन संयंत्राचे पुराणमतवादी केस (म्हणजे जास्त ऊर्जेची मागणी) घेतल्यास, उष्णता पंपाचा वापर गृहीत धरल्यास, उर्जेची मागणी सुमारे 0.7kWh/kg हायड्रोजनमध्ये रूपांतरित केली जाईल. या दृष्टीकोनातून सांगायचे तर, इलेक्ट्रोलाइटिक सेलची विजेची मागणी सुमारे 50-55kWh/kg आहे, त्यामुळे सर्वात वाईट परिस्थितीतही, डिसॅलिनेशनसाठी उर्जेची मागणी सिस्टमला एकूण ऊर्जा इनपुटच्या सुमारे 1% आहे.

विलवणीकरणाचे एक आव्हान म्हणजे खाऱ्या पाण्याची विल्हेवाट लावणे, ज्याचा स्थानिक सागरी परिसंस्थेवर परिणाम होऊ शकतो. या समुद्रावर त्याचा पर्यावरणीय प्रभाव कमी करण्यासाठी आणखी उपचार केले जाऊ शकतात, त्यामुळे पाण्याच्या खर्चात आणखी $0.6-2.40/m³ जोडले जाऊ शकतात. याव्यतिरिक्त, इलेक्ट्रोलाइटिक पाण्याची गुणवत्ता पिण्याच्या पाण्यापेक्षा अधिक कठोर आहे आणि परिणामी उच्च उपचार खर्च होऊ शकतो, परंतु तरीही पॉवर इनपुटच्या तुलनेत हे कमी असणे अपेक्षित आहे.

हायड्रोजन उत्पादनासाठी इलेक्ट्रोलाइटिक पाण्याचे वॉटर फूटप्रिंट हे एक अतिशय विशिष्ट स्थान पॅरामीटर आहे जे स्थानिक पाण्याची उपलब्धता, वापर, ऱ्हास आणि प्रदूषण यावर अवलंबून असते. परिसंस्थेचा समतोल आणि दीर्घकालीन हवामान ट्रेंडचा प्रभाव विचारात घेतला पाहिजे. नूतनीकरणक्षम हायड्रोजन वाढविण्यात पाण्याचा वापर हा एक मोठा अडथळा असेल.