Τα μαθηματικά δεν φαίνεται να βγαίνουν για την παγκόσμια πράσινη βιομηχανία υδρογόνου. Οι ηλεκτρολύτες που σπρώχνουν το αέριο υδρογόνο από το νερό είναι ακριβοί, ενώ υπάρχουν πρόβλημα με το νερό.
Η λύση θαλασσινού νερού για το πράσινο υδρογόνο
Η παραγωγή υδρογόνου χρειάζεται καθαρό νερό και αυτό φέρνει τη βιομηχανία απέναντι σε περίπου 4 δισεκατομμύρια ανθρώπους που δεν διαθέτουν ήδη επαρκή αποθέματα πόσιμου νερού.
Υπό την τρέχουσα κατάσταση της τεχνολογίας ηλεκτρόλυσης, ο εμπειρικός κανόνας είναι 9 λίτρα καθαρού νερού για την παραγωγή 1 κιλού πράσινου υδρογόνου. Ορισμένοι αναλυτές προβλέπουν ότι η ζήτηση πράσινου υδρογόνου θα μπορούσε να ανέλθει σε 500 εκατομμύρια μετρικούς τόνους ετησίως έως το 2050, αριθμός που θα απαιτούσε 4,5 τρισεκατομμύρια λίτρα καθαρού νερού για την παραγωγή.
Η χρήση θαλασσινού νερού για την παραγωγή πράσινου υδρογόνου είναι μια προφανής εναλλακτική λύση, αλλά πρέπει να καθαριστεί και αυτό απαιτεί χρήματα. Η κορυφαία κινεζική ενεργειακή εταιρεία Sinopec είναι μεταξύ εκείνων που εξερευνούν μια εναλλακτική οδό που περιλαμβάνει την κατασκευή νέων ηλεκτρολυτών που είναι αρκετά ανθεκτικά για να αναπτυχθούν απευθείας στο θαλασσινό νερό.
Η ανάγκη για επενδύσεις
Μια τέτοια λύση χρειάζεται και χρήματα. Η απευθείας ηλεκτρόλυση θαλασσινού νερού θα μπορούσε να βοηθήσει, τουλάχιστον για ορισμένες εφαρμογές. Η Sinopec έχει ήδη αναπτύξει άλλα συστήματα ηλεκτρόλυσης στην Κίνα, συμπεριλαμβανομένου ενός ηλεκτρολύτη PEM (μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων) κλίμακας μεγαβάτ και το πρώτο έργο στερεού οξειδίου 100 κιλοβάτ στην Κίνα. Τον περασμένο Δεκέμβριο, ολοκλήρωσε ένα πιλοτικό έργο Ε&Α για τη διερεύνηση της άμεσης ηλεκτρόλυσης αλμυρού νερού στο διυλιστήριο Qingdao στην επαρχία Shandong, το οποίο βρίσκεται στην Κίτρινη Θάλασσα.
Η Sinopec αναμένει ότι το σύστημα άμεσης ηλεκτρόλυσης θαλασσινού νερού μπορεί επίσης να εφαρμοστεί για την εξαγωγή πράσινου υδρογόνου από βιομηχανικά λύματα, μειώνοντας περαιτέρω τη ζήτηση σε πόρους γλυκού νερού.
Τα προβλήματα της λειψυδρίας
Όσον αφορά την προληπτική βοήθεια στην επίλυση προβλημάτων λειψυδρίας, η προσέγγιση της άμεσης ηλεκτρόλυσης δεν βοηθάει πολύ. Είτε θαλασσινό νερό είτε βιομηχανικά απόβλητα, το μη πόσιμο νερό εισέρχεται στο σύστημα ηλεκτρόλυσης και βγαίνει μη πόσιμο νερό.
Την περασμένη εβδομάδα, το Πανεπιστήμιο Cornell ανέφερε μια συμβιβαστική προσέγγιση, που αναπτύχθηκε σε συνεργασία με το MIT, το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins και το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, αποκαλώντας το «trifecta της τεχνολογίας αειφορίας».
Η μελέτη Cornell-lead περιγράφει ένα ηλιακό σύστημα ηλεκτρόλυσης θαλασσινού νερού που αναπτύσσει τα ηλιακά πάνελ για διπλή λειτουργία. Εκτός από την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας για τη λειτουργία του συστήματος, τα ηλιακά πάνελ παρέχουν σπατάλη θερμότητας για την εκτέλεση μιας διαδικασίας απόσταξης που αποδίδει πόσιμο νερό.
"Οι περισσότερες φωτοβολταϊκές κυψέλες μπορούν να μετατρέψουν μόνο έως και περίπου το 30% της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια και η υπόλοιπη διαχέεται ως απορριπτόμενη θερμότητα. Αλλά η συσκευή της ομάδας είναι σε θέση να αξιοποιήσει το μεγαλύτερο μέρος αυτής της σπατάλης θερμότητας και τη χρησιμοποιεί για να ζεστάνει το θαλασσινό νερό μέχρι να εξατμιστεί", σημειώνει ο Cornell.
Πώς λειτουργεί η νέα μέθοδος;
Για να επιτύχουν την πλευρά της θερμικής εξάτμισης της διαδικασίας, οι ερευνητές κατασκεύασαν την επιφάνεια του ηλιακού τους πάνελ ώστε να παγιδεύει ένα λεπτό στρώμα θαλασσινού νερού με κάθε πέρασμα, επιτρέποντάς τους να αυξάνουν την απόδοση εξάτμισης κατά 90%. Αφού οι υδρατμοί συμπυκνωθούν, πηγαίνουν στον ηλεκτρολύτη.
Για την ώρα, ο Zhang και η ομάδα του επικεντρώνονται στη μείωση του κόστους του πράσινου υδρογόνου. Σε σύγκριση με ένα σημείο αναφοράς 10,00 $ ανά κιλό, στοχεύουν στο 1,00 $.
Η ενσωμάτωση της αφαλάτωσης νερού
Εκτός από την πειραματική εργασία, ορισμένα έργα πράσινου υδρογόνου ήδη ενσωματώνουν συμβατική αφαλάτωση θαλασσινού νερού για να ικανοποιήσουν τις ανάγκες τους σε νερό. Η Αίγυπτος και η Γαλλία, για παράδειγμα, μόλις κατέληξαν σε συμφωνία για ένα νέο έργο πράσινου υδρογόνου ύψους 7 δισεκατομμυρίων ευρώ που θα υποστηρίζεται από μια ειδική μονάδα αφαλάτωσης, που θα κατασκευαστεί κοντά στο Ras Shokeir στην ακτή της Ερυθράς Θάλασσας, υπό την ομπρέλα της γαλλικής εταιρείας EDF Renewables.
Το σύστημα ηλεκτρόλυσης θα τροφοδοτείται από κοντινά αιολικά και ηλιακά πάρκα, τα οποία πιθανώς θα εξυπηρετούν επίσης την εγκατάσταση αφαλάτωσης.
Τα κύματα του ωκεανού θα μπορούσαν να προσφέρουν μια άλλη παράκτια πηγή ανανεώσιμης ενέργειας για εγκαταστάσεις αφαλάτωσης. Η παγκόσμια βιομηχανία κυματικής ενέργειας άργησε να επιτύχει εμπορική εφαρμογή, αλλά η δραστηριότητα έχει αυξηθεί τα τελευταία χρόνια και το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ είναι μεταξύ εκείνων που διερευνούν τις δυνατότητες εφαρμογής της στην αφαλάτωση.
Πέρυσι, το Τμήμα Ενέργειας χορήγησε χρηματοδότηση σε δύο έργα που συνδυάζουν την κυματική ενέργεια με συστήματα αφαλάτωσης. Ο άμεσος στόχος είναι να συμβάλει στη μείωση του κόστους αφαλάτωσης για τις παράκτιες κοινότητες που αντιμετωπίζουν λειψυδρία, αλλά ο καθαρισμός του νερού για πράσινο υδρογόνο είναι μεταξύ των άλλων πιθανών χρήσεων.
Ανάπτυξη άλλων μεθόδων χρήσης αφαλάτωσης
Ένα από τα έργα είναι αρκετά απλό. Μια ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο Purdue θα χρησιμοποιήσει τη δωρεά της για να αναπτύξει ένα ενεργειακά αποδοτικό σύστημα αφαλάτωσης χωρίς αντλία, βασισμένο σε υδραυλικά συστήματα αντί για ηλεκτρική ενέργεια.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα έχουν επιφορτιστεί με το άλλο έργο, το οποίο ονομάζεται «Υδραυλικός μετασχηματιστής ισχύος με διακόπτη λειτουργίας για αφαλάτωση με αντίστροφη όσμωση με κυματική ενέργεια». Εάν όλα πάνε σύμφωνα με το σχέδιο, το σύστημα θα αναπτύξει την κυματική ενέργεια για διπλές χρήσεις. «Το σύστημα απογείωσης ισχύος μετατρέπει την ισχύ από τα κύματα για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια και παράγει άμεση υδραυλική πίεση για την παραγωγή καθαρού πόσιμου νερού», εξηγεί το Τμήμα Ενέργειας.
«Το σύστημα αφαλάτωσης που λειτουργεί με κύμα μπορεί να λειτουργήσει ανεξάρτητα και με ελάχιστες διακοπές έχοντας αυτή τη διπλή ικανότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και υδραυλικής πίεσης και μπορεί να τροφοδοτήσει άλλες βοηθητικές διεργασίες και συστήματα σε μονάδες αφαλάτωσης κλίμακας», προσθέτουν.
www.worldenergynews.gr
