Zenbat ur behar da elektrolisiaren bidez hidrogenoa sortzeko?

Elektrolisiaren bidez zenbat ur kontsumitzen den

Lehen urratsa: Hidrogenoaren ekoizpena

Uraren kontsumoa bi urratsetatik dator: hidrogenoaren ekoizpena eta energia-eramailearen ekoizpena. Hidrogenoa ekoizteko, elektrolizatutako uraren gutxieneko kontsumoa 9 kilogramo ur da hidrogeno kilogramo bakoitzeko. Hala ere, uraren desmineralizazio-prozesua kontuan hartuta, proportzio hori 18 eta 24 kilogramo ur bitartekoa izan daiteke hidrogeno kilogramo bakoitzeko, edo 25,7 eta 30,2 artekoa ere..

Dauden ekoizpen-prozesurako (metano-lurrun-erreformatzea), gutxieneko ur-kontsumoa 4,5 kgH2O/kgH2 da (erreakziorako beharrezkoa), prozesuko ura eta hoztea kontuan hartuta, gutxieneko ur-kontsumoa 6,4-32,2 kgH2O/kgH2 da.

2. urratsa: Energia iturriak (elektrizitate berriztagarria edo gas naturala)

Beste osagai bat elektrizitate berriztagarria eta gas naturala ekoizteko ur kontsumoa da. Energia fotovoltaikoaren ur-kontsumoa 50-400 litro /MWh artean (2,4-19kgH2O/kgH2) eta energia eolikoarena 5-45 litro /MWh artean (0,2-2,1kgH2O/kgH2) bitartekoa da. Era berean, eskisto gasaren gas-ekoizpena (AEBetako datuetan oinarrituta) 1,14 kgH2O/kgH2tik 4,9kgH2O/kgH2ra igo daiteke.

Ondorioz, energia fotovoltaikoaren eta energia eolikoaren sorkuntzan sortutako hidrogenoaren batez besteko ur-kontsumo osoa 32 eta 22 kgH2O/kgH2 ingurukoa da, hurrenez hurren. Ziurgabetasunak eguzki-erradiaziotik, bizitza-iraupenetik eta silizio-edukitik datoz. Ur-kontsumo hori gas naturalaren hidrogeno-ekoizpenaren magnitude berekoa da (7,6-37 kgh2o/kgH2, batez beste 22kgH2O/kgH2).

Ur-aztarna osoa: txikiagoa energia berriztagarriak erabiltzean

CO2 isurpenen antzera, bide elektrolitikoetarako ur-aztarna txikia izateko ezinbesteko baldintza da energia-iturri berriztagarriak erabiltzea. Erregai fosilekin elektrizitatearen zati txiki bat baino ez bada sortzen, elektrizitateari lotutako ur-kontsumoa elektrolisian kontsumitutako benetako ura baino askoz handiagoa da.

Adibidez, gasaren sorkuntzak 2.500 litro/MWh ur erabil ditzake. Erregai fosilen (gas naturala) kasurik onena ere bada. Ikatzaren gasifikazioa kontuan hartzen bada, hidrogenoaren ekoizpenak 31-31,8 kgH2O/kgH2 kontsumi dezake eta ikatzaren ekoizpenak 14,7kgH2O/kgH2 kontsumi dezake. Era berean, fotovoltaikoko eta eolikoko ur-kontsumoa murriztea espero da denborarekin, fabrikazio-prozesuak eraginkorragoak diren heinean eta instalatutako ahalmen-unitate bakoitzeko energia-ekoizpena hobetu ahala.

Ur-kontsumo osoa 2050ean

Etorkizunean munduak gaur egun baino hidrogeno askotan gehiago erabiliko duela espero da. Esaterako, IRENAren World Energy Transitions Outlook-ek kalkulatzen du 2050ean hidrogeno-eskaria 74EJ ingurukoa izango dela, eta horietatik bi heren inguru hidrogeno berriztagarritik etorriko dira. Alderatuz, gaur egun (hidrogeno hutsa) 8,4 EJ da.

Hidrogeno elektrolitikoak 2050. urte osorako hidrogeno-eskariari erantzuteko balio balu ere, uraren kontsumoa 25.000 milioi metro kubiko ingurukoa izango litzateke. Beheko irudiak zifra hau gizakiak sortutako ur-kontsumoko beste korronteekin alderatzen du. Nekazaritzak 280.000 milioi metro kubiko ur kopuru handiena erabiltzen du, industriak ia 800.000 milioi metro kubiko erabiltzen dituen bitartean eta hiriek 470.000 milioi metro kubiko erabiltzen dituzte. Hidrogenoa ekoizteko gas naturalaren erreformaren eta ikatzaren gasifikazioaren egungo ur-kontsumoa 1.500 milioi metro kubiko ingurukoa da.

Horrela, bide elektrolitikoen aldaketak eta eskari gero eta handiagoak direla eta ur kantitate handiak kontsumituko direla aurreikusten den arren, hidrogenoaren ekoizpenaren ur-kontsumoa gizakiak erabiltzen dituen beste fluxuen aldean askoz ere txikiagoa izango da oraindik. Beste erreferentzia bat da biztanleko ur-kontsumoa urtean 75 (Luxenburgo) eta 1.200 (AEB) metro kubiko artekoa dela. Batez beste 400 m3 / (per capita * urteko), 2050ean hidrogeno-ekoizpen osoa 62 milioi biztanleko herrialde baten baliokidea da.

Zenbat ur balio duen eta zenbat energia erabiltzen den

kostua

Zelula elektrolitikoek kalitate handiko ura behar dute eta uraren tratamendua behar dute. Kalitate baxuagoko urak degradazio azkarragoa eta bizitza laburragoa dakar. Elementu asko, alkalinoetan erabiltzen diren diafragmak eta katalizatzaileak barne, baita PEM-en mintzak eta garraio-geruza porotsuak ere, uraren ezpurutasunek eragin negatiboa izan dezakete, hala nola burdina, kromoa, kobrea, etab. Uraren eroankortasuna 1μS/ baino txikiagoa izan behar da. cm eta karbono organiko osoa 50μg/L baino txikiagoa.

Urak energia kontsumoaren eta kostuen zati txiki samarra hartzen du. Bi parametroen kasurik txarrena gatzgabetzea da. Alderantzizko osmosia gatzgabetzeko teknologia nagusia da, munduko ahalmenaren ia ehuneko 70 hartzen baitu. Teknologiak $ 1900- $ 2000 / m³/d balio du eta % 15eko ikasketa kurba du. Inbertsio-kostu horrekin, tratamendu-kostua $1/m³ ingurukoa da, eta txikiagoa izan daiteke elektrizitate-kostuak txikiak diren eremuetan.

Horrez gain, bidalketa kostuak $ 1-2 inguru igoko dira m³ bakoitzeko. Kasu honetan ere, ura tratatzeko kostuak $ 0,05 /kgH2 ingurukoak dira. Hau ikuspegian jartzeko, hidrogeno berriztagarriaren kostua 2-3 $ /kgH2 izan daiteke baliabide berriztagarri onak eskuragarri baldin badaude, eta batez besteko baliabidearen kostua, berriz, 4-5 $ /kgH2.

Beraz, eszenatoki kontserbatzaile honetan, ura guztizkoaren ehuneko 2 baino gutxiago kostatuko litzateke. Itsasoko ura erabiltzeak 2,5 eta 5 aldiz handitu dezake berreskuratutako ur kopurua (berreskuratze-faktoreari dagokionez).

Energia-kontsumoa

Desalinizazioaren energia-kontsumoari erreparatuta, oso txikia da ere zelula elektrolitikoa sartzeko behar den elektrizitate kantitatearen aldean. Gaur egungo alderantzizko osmosi unitateak 3,0 kW/m3 inguru kontsumitzen du. Aitzitik, gatz-instalazio termikoek energia-kontsumo askoz handiagoa dute, 40 eta 80 KWH/m3 bitartekoa, eta potentzia-eskakizun gehigarriak 2,5 eta 5 KWH/m3 bitartekoak dira, gatz-teknologiaren arabera. Kogenerazio planta baten kasu kontserbadorea (hau da, energia-eskari handiagoa) adibide gisa hartuta, bero-ponpa baten erabilera suposatuz, energia-eskaera 0,7 kWh/kg hidrogeno inguru bihurtuko litzateke. Hau ikuspuntuan jartzeko, zelula elektrolitikoaren elektrizitate-eskaria 50-55 kWh/kg ingurukoa da, beraz, kasurik okerrenean ere, gatzgabetzeko energia-eskaria sistemari energia-sarrera osoaren %1 ingurukoa da.

Gatzatzearen erronka bat ur gazia botatzea da, eta horrek eragina izan dezake tokiko Itsasoko ekosistemetan. Gatzun hori gehiago tratatu daiteke bere ingurumen-inpaktua murrizteko, eta horrela uraren kostuari 0,6-2,40 $ /m³ gehiago gehituko zaio. Horrez gain, ur elektrolitikoen kalitatea edateko ura baino zorrotzagoa da eta tratamendu-kostu handiagoak eragin ditzake, baina oraindik txikia izango dela espero da potentzia-sarrerarekin alderatuta.

Hidrogenoa ekoizteko ur elektrolitikoaren aztarna ur-aztarna kokapen-parametro oso zehatza da, tokiko uraren erabilgarritasunaren, kontsumoaren, degradazioaren eta kutsaduraren araberakoa. Ekosistemen oreka eta epe luzerako joera klimatikoen eragina kontuan hartu behar dira. Uraren kontsumoa oztopo handia izango da hidrogeno berriztagarria handitzeko.