Ginagawang Murang Tubig at Berdeng Hidrohen ng Isang Planta sa Shandong ang Init na Nasasayang at Tubig-Dagat

Bagong modelo para sa tubig at hidrohen

Nagsimula nang magpatakbo ang China ng isang maliit ngunit ambisyosong pasilidad sa Rizhao, isang baybaying lungsod sa lalawigan ng Shandong, na ginagawang dalawang estratehikong mapagkukunan ang tubig-dagat at init na nasasayang mula sa industriya: murang-tabang na tubig at berdeng hidrohen. Ayon sa mga operator ng proyekto, gumagawa ang pasilidad ng tabang na tubig sa halagang humigit-kumulang dalawang yuan kada metro kubiko, o mga 28 sentimo ng US dollar, na mas mababa kaysa karaniwang singil sa gripo ng mga lokal na pamahalaan sa maraming lungsod. Gumagawa rin ito ng mataas ang kadalisayang hidrohen bilang kasamang produkto, habang kinokonsentra ang tubig-alat na mayaman sa mineral para magamit sa mga kemikal na mula sa dagat. Tuluy-tuloy nang tumatakbo ang pasilidad nang mahigit tatlong linggo, isang mahalagang hakbang sa pagpapatunay sa pagiging maaasahan ng bagong uri ng pinagsamang sistema para sa tubig at enerhiya.

Madaling ilarawan ang konsepto ngunit mahirap isagawa. Iisang input, ang tubig-dagat, ang pinagmumulan ng tatlong produkto. Sa bawat 800 toneladang tubig-dagat na pinoproseso bawat taon, nakakagawa ang planta ng humigit-kumulang 450 metro kubiko ng napakadalisay na tubig na angkop sa pagpapalamig sa industriya o gamit sa bahay, mga 192,000 pamantayang metro kubiko ng berdeng hidrohen, at humigit-kumulang 350 tonelada ng tubig-alat na maaaring ibenta sa mga gumagawa ng kemikal. Ayon sa ulat, nangangailangan ang paggawa ng hidrohen ng mga 4.2 kilowatt-hour na kuryente kada pamantayang metro kubiko, na maihahambing sa husay ng mga makabagong electrolyzer. Naiiba ang Rizhao dahil napabababa nito ang gastos sa tubig sa pamamagitan ng paggamit ng mababang-temperaturang init mula sa kalapit na mga planta ng bakal at petrochemical, na karaniwang kumakalat lamang sa hangin o karagatan.

Paano gumagana ang sistema sa Rizhao

Matatagpuan ang paggawa ng tabang na tubig ng planta katabi mismo ng mga industriyang malaki ang konsumo ng enerhiya at tuluy-tuloy na lumilikha ng mababang-temperaturang init. Pinapagana ng init na ito ang hakbang ng paghihiwalay na nagiging napakalinis na tubig ang tubig-dagat sa medyo mababang temperatura. Kabilang sa mga pamamaraang angkop dito ang membrane distillation at humidification-dehumidification, na mahusay gumamit ng mababang-temperaturang init. Ang bahagi ng tabang na tubig ay ipinadadala sa mga gumagamit, habang ang iba ay ipinapasok sa electrolyzer na naghihiwalay sa tubig tungo sa hidrohen at oksiheno. Maaaring gawing hilaw na sangkap ang natitirang kinonsentrang tubig-alat sa mga produktong tulad ng bromine, magnesium salts at asin pang-industriya, kaya nababawasan ang pangangailangang itapon ito pabalik sa karagatan.

Bakit mahalaga ang mababang-temperaturang init

Napakaraming init na katamtaman o mababa ang temperatura ang nasasayang ng mabibigat na industriya. Kabilang sa mga pangunahing halimbawa ang mga pagawaan ng bakal at refinery. Maiiwasan ang dagdag na konsumo ng kuryente para sa desalination kung kukunin at gagamitin ang init na iyon sa paggawa ng tubig. Sagana ang tubig-dagat at init na nasasayang sa mga baybaying sonang industriyal, at tuluy-tuloy ang pangangailangan sa pagpapalamig. Nababawasan ang gastos sa pagpapatakbo at carbon emissions kapag pinagsama sa iisang lugar ang desalination at electrolysis at inilapit sa malalaking pinagmumulan ng init. Naililihis din nito ang paggamit ng tubig mula sa suplay ng mga lokal na pamahalaan, kaya nababawasan ang presyur sa mga aquifer at ilog sa lugar.

Ano ang ibig sabihin ng mga bilang sa enerhiya

Madalas talakayin ang konsumo ng enerhiya sa paggawa ng hidrohen batay sa kuryenteng kailangan kada kilo. Naglalaman ang isang pamantayang metro kubiko ng hidrohen ng humigit-kumulang ikasiyam na bahagi ng isang kilo. Sa 4.2 kilowatt-hour kada pamantayang metro kubiko, katumbas ito ng humigit-kumulang 47 kilowatt-hour kada kilo ng hidrohen. Pasok ito sa saklaw ng husay ng mga makabagong alkaline at proton exchange membrane unit. Hindi pambihirang electrolyzer ang inobasyon sa Rizhao, kundi ang paraan ng pagbabawas ng planta sa gastos at pangangailangan sa tubig sa pamamagitan ng pagsasama ng electrolyzer sa linya ng tubig-dagat na pinatatakbo ng init na nasasayang. Kailangan pa ring mababa ang carbon ng kuryente para matawag na berdeng hidrohen ang produkto, ngunit malaki ang natitipid sa init dahil masasayang lang sana ito.

Maaari bang direktang kumuha ng hidrohen mula sa dagat

Aktibong pinag-aaralan ang direktang electrolysis ng tubig-dagat, kung saan pinatatakbo ang mga electrolyzer gamit ang tubig-dagat nang hindi na dumaraan sa hiwalay na hakbang ng desalination. Pinakamalakas ang potensiyal nito sa laot, kung saan maaaring gumawa ng hidrohen sa dagat ang mga wind farm at plataporma, saka ito ihatid sa pampang sa pamamagitan ng tubo o barko. Ang hamon ay nasa kimika. Mataas ang taglay na chloride, sulfate at organikong materyal ng tubig-dagat. Karaniwang pinapaboran ng mga cell ang reaksiyon ng pagbuo ng kloro sa anode, na kumakalawang sa mga bahagi at lumilikha ng hindi kailangang kloro. Napaiikli rin ng buhangin, pagdami ng organismo sa mga ibabaw at pamumuo ng deposito ang buhay ng kagamitan. Para malutas ito, sumusubok ang mga pangkat ng bagong catalyst na lumalaban sa pagkasira dulot ng chloride, mga porous separator na humaharang sa mga ion na nag-uudyok ng side reaction, at mga disenyong naglalayo sa kloro sa sona ng reaksiyon. Ipinakita na ng isang lumulutang na demonstrasyon sa baybayin ng China na kayang tumakbo ng sistemang nakabatay sa membrane sa maalon na dagat: ibinubukod nito ang suson ng malinis na tubig para sa electrolysis habang kumukuha ng tubig mula sa karagatan.

Dalawang paraan, iisang layunin

May dalawang pangunahing paraan para pagsamahin ang karagatan at hidrohen. Sa unang paraan, dinidistila ang tubig-dagat bago ito ipadaan sa karaniwang electrolyzer. Sa ikalawa, inaangkop ang electrolyzer para gumana sa tubig-dagat o sa tubig na nalilinis habang ginagamit. Mukhang pinasimpleng bersiyon ng unang paraan ang Rizhao, ngunit may kaibahan. Sa halip na gumamit ng malalaking de-kuryenteng bomba at high-pressure reverse osmosis para sa tubig, ginagamit nito ang init mula sa katabing planta. Maaaring mas piliin ng mga wind site sa laot at malalayong lugar ang ikalawang paraan dahil limitado roon ang espasyo at pagpapanatili. Maaaring mas piliin naman ng mga baybaying sonang industriyal ang unang paraan dahil may mapagkukunan ng init na nasasayang at nakagagawa ito ng tubig at hidrohen na magagamit ng industriya. Sa mga laboratoryo at pilot plant, isinusulong ang dalawang paraan sa pamamagitan ng mga catalyst na lumalaban sa kalawang, bagong membrane at mga konseptong hindi gumagamit ng membrane.

Gastos at pagpapalawak mula pilot plant hanggang industriya

Kapansin-pansin ang presyong dalawang yuan kada metro kubiko para sa tabang na tubig. Mas mababa ito kaysa singil sa tubig-gripo sa maraming lungsod, at kabilang na rito ang antas ng paglilinis na karaniwang ginagawa pa ng maraming gumagamit sa industriya. Dahil bumababa ang gastos sa tubig, nagiging mas kaakit-akit ang paggawa ng hidrohen sa mga lalawigang kulang sa tubig, dahil karaniwang nangangailangan ito ng napakalinis na tubig para maprotektahan ang mga electrolyzer. Kapag magkasamang ginagawa ang tubig at hidrohen, naipapamahagi ang gastos sa kapital sa dalawang produkto; maaari ring makatulong ang kita mula sa mga kemikal na gawa sa tubig-alat para mabayaran ang bahagi ng gastos sa pagpapatakbo.

Nakasalalay sa pinagmumulan ng kuryente ang gastos sa paggawa ng hidrohen. Sa konsumo na humigit-kumulang 47 kilowatt-hour kada kilo, magiging mga $1.40 hanggang $2.35 kada kilo ang bayarin sa kuryente kung tatlo hanggang limang sentimo ng US dollar ang presyo kada kilowatt-hour. Nadadagdagan pa ito ng gastos sa kagamitan, pagpapanatili at pananalapi, na malaki ang pagkakaiba-iba. Maliit ang pasilidad sa Rizhao, ngunit ipinakikita nito ang modelong maaaring palawakin sa baybaying China. Siksik sa mga industriyal na koridor ang bansa at sagana roon ang init na nasasayang. Dahil dito, maaaring ulitin ang konsepto gamit ang mas malalaking kagamitan sa mga kumpol ng pagawaan ng bakal sa Shandong, Hebei at Jiangsu.

Gumaganda rin ang suplay ng kuryente. Iniuugnay na ngayon ng isang koridor na ultra-high voltage ang malalaking wind at solar field sa mga kanlurang lalawigan sa mga sentro ng konsumo sa silangan. Ikinokonekta ng mga bagong linya ang sariwang kapasidad sa Gansu sa grid na nagsusuplay sa Shandong. Sa tuluy-tuloy na suplay ng kuryenteng nababagong-yaman, maaaring palakihin sa hinaharap ang mga electrolyzer sa Rizhao habang nananatiling mababa ang carbon ng hidrohen sa mga oras na hindi sapat ang init na nasasayang para tugunan ang pangangailangan.

Bakit mahalaga ito sa mga lugar na kapos sa tubig

Malaki ang pangangailangan ng hidrohen sa tubig kapag kapos ang suplay. Karaniwang kailangan ng mga siyam na litro ng malinis na tubig para makagawa ng isang kilo ng hidrohen. Inaasahan ng mga analyst na mangangailangan ang bagong demand para sa hidrohen ng bilyun-bilyong metro kubiko ng tabang na tubig sa susunod na dekada. Kung magaganap ang pagtaas ng demand sa mga tuyong rehiyon, higit nitong pahihirapan ang suplay maliban kung makatutulong ang tubig-dagat at wastewater. Ipinakikita ng pananaliksik na maaaring mabawasan nang ilang porsiyento ang kabuuang gastos sa enerhiya sa pamamagitan ng pagsasama ng desalination at electrolysis at pagbawi sa init na nasasayang mula sa mga fuel cell at electrolyzer. Kapag inilipat sa baybayin ang pinagmumulan ng tubig at ginamit ang init na itatapon lang sana, napangangalagaan ang tubig sa mga looban para sa mga sakahan at lungsod habang bahagyang nababawasan ang konsumo ng enerhiya.

Mahalaga pa rin ang pangangalaga sa kapaligiran sa disenyo. Maaaring makapinsala sa mga ekosistemang-dagat ang tubig-alat kung itatapon ito nang walang pag-iingat. Binabawasan ng modelo sa Rizhao ang panganib na ito sa pamamagitan ng pagbebenta ng tubig-alat para gawing kemikal, kaya nalilimitahan ang itinatapon sa karagatan. Kailangan ding maingat ang disenyo ng pagkuha ng tubig-dagat para hindi mapinsala ang buhay-dagat. Pinakamainam na kumuha ng tubig sa mababang bilis sa pamamagitan ng pinong salaan at maglagay ng mga bukana sa mga lugar na kakaunti ang isda at larvae. Hindi pangalawahing usapin ang mga ito. Mahalaga ang mga ito para makakuha ng mga permit at suporta ng komunidad habang dumarami ang mga baybaying sonang industriyal na nagbabalak pagsamahin ang desalination at electrolysis.

Bumubuo ang China ng ekosistema para sa teknolohiyang hidrohen

Nasa likod ng mga proyektong gaya ng Rizhao ang lumalaking kapasidad sa pagmamanupaktura at hanay ng mga katuwang. Sa Tianjin, may malaking pabrika ng electrolyzer na ganap nang kontrolado ng isang kompanyang Europeo at nagsusuplay ng daan-daang megawatt na alkaline module bawat taon. Pinahusay ng pabrikang iyon ang automation at mga sistema ng pagkontrol sa kalidad, at nakapagsuplay na ito ng kagamitan sa ilan sa pinakamalalaking proyektong hidrohen na kasalukuyang tumatakbo. Dahil ganap na kontrolado ito, mas mabilis na naiaangkop ang disenyo, mas mahigpit na napamamahalaan ang logistik at mas napabubuti ang pagtitiyak sa kalidad para sa mga order mula sa iba’t ibang bansa.

Inilarawan ni Jarle Dragvik, punong ehekutibo ng HydrogenPro, ang pagbabagong ito bilang paraan para maitugma ang kapasidad sa demand mula sa napakalalaking proyekto.

Tungkol ito sa pagpapasimple ng mga operasyon at pagtatatag ng matipid na sistema na handa para sa malalaking proyekto.

Pinalalakas ng mga dayuhan at lokal na kumpanya ang ugnayan sa mga larangan ng desalination, nababagong enerhiya at hidrohen sa China. Nagbukas sa Shanghai ang isang pandaigdigang developer ng tubig at enerhiya ng innovation center para makipagtulungan sa mga unibersidad at laboratoryo sa photovoltaics, hangin, pag-iimbak ng enerhiya, berdeng hidrohen at desalination ng tubig-dagat. Nagluluwas din ng kaalaman ang mga kumpanyang Tsino. May isang kumpanyang nagtatayo ng proyektong berdeng hidrohen sa Egypt na pinatatakbo ng hangin at araw at naglalayong magluwas ng ammonia. Nakikipagtulungan naman ang isa pa sa Saudi Arabia para magdisenyo ng napakalaking planta ng hidrohen at ammonia. Ipinakikita ng mga hakbang na ito ang isang supply chain na kayang maghatid ng kagamitan, serbisyo at kaalaman sa pagpapatakbo para sa mga proyekto sa loob at labas ng bansa.

Ano ang maaaring sumunod

Panahon ang susunod na pagsubok para sa Rizhao at mga katulad na planta. Babantayan ng mga inhinyero ang pagdumi ng mga membrane na pinatatakbo ng init, pamumuo ng deposito sa mga tubo at katatagan ng mga electrolyzer na nagsisimula at humihinto depende sa pagkakaroon ng init na nasasayang. Malilinaw ng mas mahabang oras ng pagpapatakbo ang tunay na pangangailangan sa pagpapanatili at ang pinakamainam na oras ng operasyon. Sa aspeto ng negosyo, maaaring makatulong ang pagsasama ng tatlong linya ng produkto, tubig, hidrohen at mga kemikal mula sa tubig-alat, para mapatatag ang kita at mapadali ang pagkuha ng pautang.

Lilinaw rin ang pagpili sa pagitan ng dalawang teknikal na paraan. Maaaring angkop ang direktang electrolysis ng tubig-dagat sa laot kasama ng enerhiya mula sa hangin at alon, kung saan mahalaga ang pagiging simple at pagiging siksik ng kagamitan. Maaaring manaig naman ang desalination na susundan ng electrolysis sa mga lugar na sagana sa mababang-temperaturang init at may tuluy-tuloy na pangangailangan sa napakalinis na tubig para sa proseso. Iisa ang pangwakas na layunin: makapaghatid ng berdeng hidrohen sa kompetitibong halaga nang hindi kumukuha sa kakaunting pinagkukunan ng tabang na tubig. Ipinakikita ng pilot plant sa Rizhao ang isang praktikal na paraan para makamit ito habang ginagawang kapaki-pakinabang ang init na kasalukuyang itinatapon lamang ng industriya.

Mahahalagang Punto

• Gumagawa ang isang baybaying planta sa Rizhao, Shandong, ng tabang na tubig at berdeng hidrohen mula sa tubig-dagat gamit ang init na nasasayang mula sa industriya.
• Ayon sa ulat, humigit-kumulang dalawang yuan kada metro kubiko ang halaga ng tubig, habang mga 4.2 kilowatt-hour kada pamantayang metro kubiko ang konsumo ng enerhiya sa paggawa ng hidrohen.
• Sa bawat 800 toneladang tubig-dagat, kabilang sa taunang output ang 450 metro kubiko ng napakadalisay na tubig, 192,000 pamantayang metro kubiko ng hidrohen at 350 tonelada ng tubig-alat para sa mga kemikal na mula sa dagat.
• Nababawasan ng paggamit ng mababang-temperaturang init sa desalination ang pangangailangan sa kuryente at nababawasan ang presyur sa suplay ng tubig ng mga lokal na pamahalaan.
• Umuunlad ang direktang electrolysis ng tubig-dagat, ngunit may mga hamon pa rin sa materyales kaya mas pinipili pa rin ng maraming proyekto ang desalination na sinusundan ng electrolysis.
• Naghahatid ang grid na ultra-high voltage ng China ng bagong suplay ng enerhiya mula sa hangin at araw patungong Shandong, na susuporta sa mas malalaking hanay ng electrolyzer.
• Ipinakikita ng kapasidad sa pagmamanupaktura sa Tianjin at mga bagong innovation hub sa Shanghai ang paglaki ng ekosistema para sa hidrohen at desalination.
• Itinatampok ng mga proyektong iniluluwas sa Egypt at Saudi Arabia ang pandaigdigang abot ng kaalaman ng China sa hidrohen at desalination.
• Mahalaga ang maingat na disenyo ng mga bukana ng tubig at pamamahala sa tubig-alat para maprotektahan ang buhay-dagat habang pinalalawak ang mga proyektong baybayin.