విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా హైడ్రోజన్‌ను తయారు చేయడానికి ఎంత నీరు పడుతుంది?

విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా ఎంత నీరు వినియోగించబడుతుంది

మొదటి దశ: హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి

నీటి వినియోగం రెండు దశల నుండి వస్తుంది: హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి మరియు అప్‌స్ట్రీమ్ ఎనర్జీ క్యారియర్ ఉత్పత్తి. హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తికి, విద్యుద్విశ్లేషణ చేయబడిన నీటి యొక్క కనీస వినియోగం కిలోగ్రాము హైడ్రోజన్‌కు సుమారు 9 కిలోగ్రాముల నీరు. అయినప్పటికీ, నీటి డీమినరైజేషన్ ప్రక్రియను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ఈ నిష్పత్తి కిలోగ్రాము హైడ్రోజన్‌కు 18 నుండి 24 కిలోగ్రాముల నీరు లేదా 25.7 నుండి 30.2 వరకు ఉంటుంది..

ప్రస్తుతం ఉన్న ఉత్పత్తి ప్రక్రియ (మీథేన్ స్టీమ్ రిఫార్మింగ్), కనీస నీటి వినియోగం 4.5kgH2O/kgH2 (ప్రతిస్పందనకు అవసరం), ప్రక్రియ నీరు మరియు శీతలీకరణను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, కనీస నీటి వినియోగం 6.4-32.2kgH2O/kgH2.

దశ 2: శక్తి వనరులు (పునరుత్పాదక విద్యుత్ లేదా సహజ వాయువు)

మరొక భాగం పునరుత్పాదక విద్యుత్ మరియు సహజ వాయువును ఉత్పత్తి చేయడానికి నీటి వినియోగం. కాంతివిపీడన శక్తి యొక్క నీటి వినియోగం 50-400 లీటర్లు /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) మరియు పవన శక్తి 5-45 లీటర్లు /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2) మధ్య మారుతూ ఉంటుంది. అదేవిధంగా, షేల్ గ్యాస్ (US డేటా ఆధారంగా) నుండి గ్యాస్ ఉత్పత్తిని 1.14kgH2O/kgH2 నుండి 4.9kgH2O/kgH2కి పెంచవచ్చు.

ముగింపులో, ఫోటోవోల్టాయిక్ విద్యుత్ ఉత్పత్తి మరియు పవన విద్యుత్ ఉత్పత్తి ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన హైడ్రోజన్ యొక్క సగటు మొత్తం నీటి వినియోగం వరుసగా 32 మరియు 22kgH2O/kgH2. అనిశ్చితులు సౌర వికిరణం, జీవితకాలం మరియు సిలికాన్ కంటెంట్ నుండి వచ్చాయి. ఈ నీటి వినియోగం సహజ వాయువు (7.6-37 kgh2o /kgH2, సగటు 22kgH2O/kgH2) నుండి హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తికి సమానమైన పరిమాణంలో ఉంటుంది.

మొత్తం నీటి పాదముద్ర: పునరుత్పాదక శక్తిని ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు తక్కువగా ఉంటుంది

CO2 ఉద్గారాల మాదిరిగానే, విద్యుద్విశ్లేషణ మార్గాల కోసం తక్కువ నీటి పాదముద్ర కోసం పునరుత్పాదక శక్తి వనరులను ఉపయోగించడం అవసరం. శిలాజ ఇంధనాలను ఉపయోగించి విద్యుత్తులో కొద్ది భాగం మాత్రమే ఉత్పత్తి చేయబడితే, విద్యుద్విశ్లేషణ సమయంలో వినియోగించే వాస్తవ నీటి కంటే విద్యుత్తో సంబంధం ఉన్న నీటి వినియోగం చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది.

ఉదాహరణకు, గ్యాస్ విద్యుత్ ఉత్పత్తి 2,500 లీటర్లు /MWh వరకు నీటిని ఉపయోగించవచ్చు. ఇది శిలాజ ఇంధనాలకు (సహజ వాయువు) ఉత్తమమైన సందర్భం. బొగ్గు గ్యాసిఫికేషన్‌ను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి 31-31.8kgH2O/kgH2ని మరియు బొగ్గు ఉత్పత్తి 14.7kgH2O/kgH2ని వినియోగించవచ్చు. ఫోటోవోల్టాయిక్స్ మరియు గాలి నుండి నీటి వినియోగం కూడా కాలక్రమేణా తగ్గుతుందని అంచనా వేయబడింది, తయారీ ప్రక్రియలు మరింత సమర్థవంతంగా మరియు వ్యవస్థాపించిన సామర్థ్యం యొక్క యూనిట్‌కు శక్తి ఉత్పత్తి మెరుగుపడుతుంది.

2050లో మొత్తం నీటి వినియోగం

ప్రపంచం ఈనాటి కంటే భవిష్యత్తులో అనేక రెట్లు ఎక్కువ హైడ్రోజన్‌ను ఉపయోగిస్తుందని భావిస్తున్నారు. ఉదాహరణకు, IRENA యొక్క వరల్డ్ ఎనర్జీ ట్రాన్సిషన్స్ ఔట్‌లుక్ అంచనా ప్రకారం 2050లో హైడ్రోజన్ డిమాండ్ దాదాపు 74EJ ఉంటుంది, ఇందులో మూడింట రెండు వంతుల పునరుత్పాదక హైడ్రోజన్ నుండి వస్తుంది. పోల్చి చూస్తే, ఈరోజు (స్వచ్ఛమైన హైడ్రోజన్) 8.4EJ.

విద్యుద్విశ్లేషణ హైడ్రోజన్ 2050 మొత్తం హైడ్రోజన్ డిమాండ్‌ను తీర్చగలిగినప్పటికీ, నీటి వినియోగం దాదాపు 25 బిలియన్ క్యూబిక్ మీటర్లు ఉంటుంది. దిగువ బొమ్మ ఈ సంఖ్యను ఇతర మానవ నిర్మిత నీటి వినియోగ ప్రవాహాలతో పోల్చింది. వ్యవసాయం అత్యధికంగా 280 బిలియన్ క్యూబిక్ మీటర్ల నీటిని ఉపయోగిస్తుంది, పరిశ్రమ దాదాపు 800 బిలియన్ క్యూబిక్ మీటర్లు మరియు నగరాలు 470 బిలియన్ క్యూబిక్ మీటర్లు ఉపయోగిస్తుంది. హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి కోసం సహజ వాయువు సంస్కరణ మరియు బొగ్గు గ్యాసిఫికేషన్ యొక్క ప్రస్తుత నీటి వినియోగం సుమారు 1.5 బిలియన్ క్యూబిక్ మీటర్లు.

అందువల్ల, విద్యుద్విశ్లేషణ మార్గాలలో మార్పులు మరియు పెరుగుతున్న డిమాండ్ కారణంగా పెద్ద మొత్తంలో నీరు వినియోగించబడుతుందని భావించినప్పటికీ, హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి నుండి నీటి వినియోగం ఇప్పటికీ మానవులు ఉపయోగించే ఇతర ప్రవాహాల కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. మరొక రిఫరెన్స్ పాయింట్ ఏమిటంటే, తలసరి నీటి వినియోగం సంవత్సరానికి 75 (లక్సెంబర్గ్) మరియు 1,200 (US) క్యూబిక్ మీటర్ల మధ్య ఉంటుంది. సగటున 400 m3 / (తలసరి * సంవత్సరానికి), 2050లో మొత్తం హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి 62 మిలియన్ల జనాభా కలిగిన దేశానికి సమానం.

ఎంత నీరు ఖర్చు అవుతుంది మరియు ఎంత శక్తి ఉపయోగించబడుతుంది

ఖరీదు

విద్యుద్విశ్లేషణ కణాలకు అధిక నాణ్యత గల నీరు అవసరం మరియు నీటి చికిత్స అవసరం. తక్కువ నాణ్యత గల నీరు వేగవంతమైన క్షీణతకు మరియు తక్కువ జీవితానికి దారితీస్తుంది. ఆల్కలీన్‌లలో ఉపయోగించే డయాఫ్రమ్‌లు మరియు ఉత్ప్రేరకాలు, అలాగే PEM యొక్క పొరలు మరియు పోరస్ రవాణా పొరలతో సహా అనేక మూలకాలు ఇనుము, క్రోమియం, రాగి మొదలైన నీటి మలినాలను ప్రతికూలంగా ప్రభావితం చేస్తాయి. నీటి వాహకత 1μS/ కంటే తక్కువగా ఉండాలి. cm మరియు మొత్తం సేంద్రీయ కార్బన్ 50μg/L కంటే తక్కువ.

శక్తి వినియోగం మరియు ఖర్చులలో నీరు సాపేక్షంగా చిన్న వాటాను కలిగి ఉంటుంది. రెండు పారామితులకు సంబంధించిన చెత్త దృష్టాంతం డీశాలినేషన్. రివర్స్ ఆస్మాసిస్ అనేది డీశాలినేషన్ కోసం ప్రధాన సాంకేతికత, ఇది ప్రపంచ సామర్థ్యంలో దాదాపు 70 శాతం. సాంకేతికత ధర $1900- $2000 / m³/d మరియు లెర్నింగ్ కర్వ్ రేట్ 15%. ఈ పెట్టుబడి ఖర్చుతో, చికిత్స ఖర్చు సుమారు $1 /m³, మరియు విద్యుత్ ఖర్చులు తక్కువగా ఉన్న ప్రాంతాల్లో తక్కువగా ఉండవచ్చు.

అదనంగా, షిప్పింగ్ ఖర్చులు ప్రతి m³కి దాదాపు $1-2 పెరుగుతాయి. ఈ సందర్భంలో కూడా, నీటి చికిత్స ఖర్చులు సుమారు $0.05 /kgH2. దీన్ని దృష్టిలో ఉంచుకుంటే, మంచి పునరుత్పాదక వనరులు అందుబాటులో ఉంటే పునరుత్పాదక హైడ్రోజన్ ధర $2-3 /kgH2 ఉంటుంది, అయితే సగటు వనరు ధర $4-5 /kgH2.

కాబట్టి ఈ సాంప్రదాయిక దృష్టాంతంలో, నీటి మొత్తంలో 2 శాతం కంటే తక్కువ ఖర్చు అవుతుంది. సముద్రపు నీటిని ఉపయోగించడం వల్ల రికవరీ చేయబడిన నీటి పరిమాణాన్ని 2.5 నుండి 5 రెట్లు పెంచవచ్చు (రికవరీ ఫ్యాక్టర్ పరంగా).

శక్తి వినియోగం

డీశాలినేషన్ యొక్క శక్తి వినియోగాన్ని పరిశీలిస్తే, విద్యుద్విశ్లేషణ కణాన్ని ఇన్‌పుట్ చేయడానికి అవసరమైన విద్యుత్ పరిమాణంతో పోలిస్తే ఇది చాలా చిన్నది. ప్రస్తుత ఆపరేటింగ్ రివర్స్ ఆస్మాసిస్ యూనిట్ దాదాపు 3.0 kW/m3ని వినియోగిస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, థర్మల్ డీశాలినేషన్ ప్లాంట్లు 40 నుండి 80 KWH/m3 వరకు అధిక శక్తి వినియోగాన్ని కలిగి ఉంటాయి, డీశాలినేషన్ టెక్నాలజీపై ఆధారపడి 2.5 నుండి 5 KWH/m3 వరకు అదనపు విద్యుత్ అవసరాలు ఉంటాయి. ఒక కోజెనరేషన్ ప్లాంట్ యొక్క సాంప్రదాయిక సందర్భాన్ని (అంటే అధిక శక్తి డిమాండ్) ఉదాహరణగా తీసుకుంటే, హీట్ పంప్‌ను ఉపయోగించడాన్ని ఊహిస్తే, శక్తి డిమాండ్ దాదాపు 0.7kWh/kg హైడ్రోజన్‌గా మార్చబడుతుంది. దీనిని దృష్టిలో ఉంచుకుంటే, విద్యుద్విశ్లేషణ ఘటం యొక్క విద్యుత్ డిమాండ్ దాదాపు 50-55kWh/kg ఉంటుంది, కాబట్టి చెత్త దృష్టాంతంలో కూడా, డీశాలినేషన్ కోసం శక్తి డిమాండ్ సిస్టమ్‌కు మొత్తం శక్తి ఇన్‌పుట్‌లో 1% ఉంటుంది.

డీశాలినేషన్ యొక్క ఒక సవాలు ఉప్పు నీటిని పారవేయడం, ఇది స్థానిక సముద్ర పర్యావరణ వ్యవస్థలపై ప్రభావం చూపుతుంది. ఈ ఉప్పునీరు దాని పర్యావరణ ప్రభావాన్ని తగ్గించడానికి మరింత చికిత్స చేయవచ్చు, తద్వారా నీటి ధరకు మరో $0.6-2.40 /m³ జోడించబడుతుంది. అదనంగా, విద్యుద్విశ్లేషణ నీటి నాణ్యత త్రాగునీటి కంటే చాలా కఠినమైనది మరియు అధిక ట్రీట్‌మెంట్ ఖర్చులకు దారితీయవచ్చు, అయితే ఇది పవర్ ఇన్‌పుట్‌తో పోలిస్తే ఇప్పటికీ తక్కువగా ఉంటుందని భావిస్తున్నారు.

హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి కోసం విద్యుద్విశ్లేషణ నీటి యొక్క నీటి పాదముద్ర అనేది స్థానిక నీటి లభ్యత, వినియోగం, క్షీణత మరియు కాలుష్యం మీద ఆధారపడి ఉండే చాలా నిర్దిష్ట స్థాన పరామితి. పర్యావరణ వ్యవస్థల సమతుల్యత మరియు దీర్ఘకాలిక వాతావరణ పోకడల ప్రభావాన్ని పరిగణించాలి. పునరుత్పాదక హైడ్రోజన్‌ను పెంచడానికి నీటి వినియోగం ప్రధాన అడ్డంకిగా ఉంటుంది.