الیکٹرولیسس کے ذریعے ہائیڈروجن بنانے میں کتنا پانی لگتا ہے؟

الیکٹرولیسس کے ذریعہ کتنا پانی استعمال ہوتا ہے۔

پہلا مرحلہ: ہائیڈروجن کی پیداوار

پانی کی کھپت دو مراحل سے آتی ہے: ہائیڈروجن کی پیداوار اور اپ اسٹریم انرجی کیریئر کی پیداوار۔ ہائیڈروجن کی پیداوار کے لیے، الیکٹرولائزڈ پانی کی کم از کم کھپت تقریباً 9 کلوگرام پانی فی کلو گرام ہائیڈروجن ہے۔ تاہم، پانی کی معدنیات سے متعلق عمل کو مدنظر رکھتے ہوئے، یہ تناسب 18 سے 24 کلو گرام پانی فی کلو گرام ہائیڈروجن، یا 25.7 سے 30.2 تک ہو سکتا ہے۔.

موجودہ پیداواری عمل (میتھین سٹیم ریفارمنگ) کے لیے، کم از کم پانی کی کھپت 4.5kgH2O/kgH2 ہے (رد عمل کے لیے ضروری)، پانی اور کولنگ کے عمل کو مدنظر رکھتے ہوئے، پانی کی کم از کم کھپت 6.4-32.2kgH2O/kgH2 ہے۔

مرحلہ 2: توانائی کے ذرائع (قابل تجدید بجلی یا قدرتی گیس)

ایک اور جزو قابل تجدید بجلی اور قدرتی گیس پیدا کرنے کے لیے پانی کی کھپت ہے۔ فوٹو وولٹک پاور کی پانی کی کھپت 50-400 لیٹر/MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) اور ہوا کی طاقت کا 5-45 لیٹر/MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2) کے درمیان ہوتی ہے۔ اسی طرح شیل گیس (امریکی ڈیٹا کی بنیاد پر) سے گیس کی پیداوار کو 1.14kgH2O/kgH2 سے 4.9kgH2O/kgH2 تک بڑھایا جا سکتا ہے۔

آخر میں، فوٹو وولٹک پاور جنریشن اور ونڈ پاور جنریشن سے پیدا ہونے والی ہائیڈروجن کی اوسط کل پانی کی کھپت بالترتیب تقریباً 32 اور 22kgH2O/kgH2 ہے۔ غیر یقینی صورتحال شمسی تابکاری، زندگی بھر اور سلیکون مواد سے آتی ہے۔ یہ پانی کی کھپت قدرتی گیس سے ہائیڈروجن کی پیداوار کے برابر ہے (7.6-37 kgh2o/kgH2، اوسطاً 22kgH2O/kgH2)۔

کل واٹر فوٹ پرنٹ: قابل تجدید توانائی استعمال کرتے وقت کم

CO2 کے اخراج کی طرح، الیکٹرولائٹک راستوں کے لیے کم پانی کے نشان کے لیے ایک شرط قابل تجدید توانائی کے ذرائع کا استعمال ہے۔ اگر جیواشم ایندھن کا استعمال کرتے ہوئے بجلی کا صرف ایک چھوٹا سا حصہ پیدا ہوتا ہے، تو بجلی سے وابستہ پانی کی کھپت الیکٹرولائسز کے دوران استعمال ہونے والے حقیقی پانی سے کہیں زیادہ ہے۔

مثال کے طور پر، گیس پاور جنریشن 2,500 لیٹر/MWh تک پانی استعمال کر سکتی ہے۔ یہ فوسل فیول (قدرتی گیس) کے لیے بھی بہترین کیس ہے۔ اگر کوئلے کی گیسیفیکیشن پر غور کیا جائے تو ہائیڈروجن کی پیداوار 31-31.8kgH2O/kgH2 استعمال کر سکتی ہے اور کوئلے کی پیداوار 14.7kgH2O/kgH2 استعمال کر سکتی ہے۔ فوٹو وولٹک اور ہوا سے پانی کی کھپت میں بھی وقت کے ساتھ کمی آنے کی توقع ہے کیونکہ مینوفیکچرنگ کے عمل زیادہ موثر ہو جاتے ہیں اور نصب شدہ صلاحیت کے فی یونٹ توانائی کی پیداوار بہتر ہوتی ہے۔

2050 میں پانی کی کل کھپت

توقع ہے کہ دنیا مستقبل میں آج کے مقابلے کئی گنا زیادہ ہائیڈروجن استعمال کرے گی۔ مثال کے طور پر، IRENA کے ورلڈ انرجی ٹرانزیشن آؤٹ لک کا اندازہ ہے کہ 2050 میں ہائیڈروجن کی طلب تقریباً 74EJ ہوگی، جس میں سے تقریباً دو تہائی قابل تجدید ہائیڈروجن سے آئے گی۔ اس کے مقابلے میں، آج (خالص ہائیڈروجن) 8.4EJ ہے۔

یہاں تک کہ اگر الیکٹرولائٹک ہائیڈروجن پورے 2050 کے لیے ہائیڈروجن کی طلب کو پورا کر سکتا ہے، تو پانی کی کھپت تقریباً 25 بلین مکعب میٹر ہوگی۔ نیچے دیا گیا اعداد و شمار اس اعداد و شمار کا موازنہ دوسرے انسانوں کے بنائے گئے پانی کے استعمال کے سلسلے سے کرتا ہے۔ زراعت 280 بلین کیوبک میٹر پانی کی سب سے زیادہ مقدار استعمال کرتی ہے، جب کہ صنعت تقریباً 800 بلین کیوبک میٹر اور شہر 470 بلین کیوبک میٹر استعمال کرتے ہیں۔ ہائیڈروجن کی پیداوار کے لیے قدرتی گیس کی اصلاح اور کوئلے کی گیسیفیکیشن کی موجودہ پانی کی کھپت تقریباً 1.5 بلین کیوبک میٹر ہے۔

اس طرح، اگرچہ الیکٹرولائٹک راستوں میں تبدیلیوں اور بڑھتی ہوئی طلب کی وجہ سے پانی کی بڑی مقدار میں استعمال ہونے کی توقع ہے، لیکن ہائیڈروجن کی پیداوار سے پانی کی کھپت انسانوں کے زیر استعمال دیگر بہاؤ کے مقابلے میں اب بھی بہت کم ہوگی۔ ایک اور حوالہ نقطہ یہ ہے کہ فی کس پانی کی کھپت 75 (لگزمبرگ) اور 1,200 (امریکی) کیوبک میٹر فی سال کے درمیان ہے۔ اوسطاً 400 m3/ (فی کس * سال)، 2050 میں کل ہائیڈروجن کی پیداوار 62 ملین آبادی والے ملک کے برابر ہے۔

پانی کی قیمت کتنی ہے اور کتنی توانائی استعمال ہوتی ہے۔

لاگت

الیکٹرولیٹک خلیوں کو اعلی معیار کے پانی کی ضرورت ہوتی ہے اور پانی کے علاج کی ضرورت ہوتی ہے۔ کم معیار کا پانی تیزی سے انحطاط اور کم زندگی کا باعث بنتا ہے۔ بہت سے عناصر، جن میں ڈایافرام اور کیٹالسٹس جو الکلائنز میں استعمال ہوتے ہیں، نیز PEM کی جھلیوں اور غیر محفوظ نقل و حمل کی تہیں، پانی کی نجاست جیسے آئرن، کرومیم، کاپر وغیرہ سے بری طرح متاثر ہو سکتی ہیں۔ پانی کی چالکتا 1¼S/ سے کم ہونا ضروری ہے۔ سینٹی میٹر اور کل نامیاتی کاربن 50¼g/L سے کم۔

پانی توانائی کی کھپت اور اخراجات کا نسبتاً چھوٹا حصہ ہے۔ دونوں پیرامیٹرز کے لیے سب سے خراب صورتِ حال ڈی سیلینیشن ہے۔ ریورس اوسموسس ڈی سیلینیشن کی اہم ٹیکنالوجی ہے، جو عالمی صلاحیت کا تقریباً 70 فیصد ہے۔ ٹیکنالوجی کی لاگت $1900- $2000/m³/d ہے اور اس کی سیکھنے کی شرح 15% ہے۔ اس سرمایہ کاری کی لاگت پر، علاج کی لاگت تقریباً $1/m³ ہے، اور ان علاقوں میں کم ہو سکتی ہے جہاں بجلی کی لاگت کم ہے۔

اس کے علاوہ، شپنگ کے اخراجات تقریباً $1-2 فی m³ بڑھ جائیں گے۔ اس صورت میں بھی، پانی کے علاج کے اخراجات تقریباً $0.05/kgH2 ہیں۔ اس کو تناظر میں رکھنے کے لیے، قابل تجدید ہائیڈروجن کی قیمت $2-3/kgH2 ہو سکتی ہے اگر اچھے قابل تجدید وسائل دستیاب ہوں، جبکہ اوسط وسائل کی قیمت $4-5/kgH2 ہے۔

لہذا اس قدامت پسند منظر نامے میں، پانی کی قیمت کل کے 2 فیصد سے بھی کم ہوگی۔ سمندری پانی کے استعمال سے بازیافت شدہ پانی کی مقدار میں 2.5 سے 5 گنا اضافہ ہوسکتا ہے (بحالی کے عنصر کے لحاظ سے)۔

توانائی کی کھپت

ڈی سیلینیشن کی توانائی کی کھپت کو دیکھتے ہوئے، یہ الیکٹرولائٹک سیل کو داخل کرنے کے لیے درکار بجلی کی مقدار کے مقابلے میں بھی بہت کم ہے۔ موجودہ آپریٹنگ ریورس اوسموسس یونٹ تقریباً 3.0 kW/m3 استعمال کرتا ہے۔ اس کے برعکس، تھرمل ڈی سیلینیشن پلانٹس میں توانائی کی کھپت بہت زیادہ ہوتی ہے، جس میں 40 سے 80 KWH/m3 ہوتی ہے، اضافی بجلی کی ضروریات 2.5 سے 5 KWH/m3 تک ہوتی ہیں، ڈی سیلینیشن ٹیکنالوجی پر منحصر ہے۔ مثال کے طور پر کوجنریشن پلانٹ کے قدامت پسند کیس (یعنی زیادہ توانائی کی طلب) کو لے کر، ہیٹ پمپ کے استعمال کو فرض کرتے ہوئے، توانائی کی طلب تقریباً 0.7kWh/kg ہائیڈروجن میں تبدیل ہو جائے گی۔ اس کو تناظر میں رکھنے کے لیے، الیکٹرولائٹک سیل کی بجلی کی طلب تقریباً 50-55kWh/kg ہے، لہٰذا بدترین صورت حال میں بھی، ڈی سیلینیشن کے لیے توانائی کی طلب سسٹم میں توانائی کے کل ان پٹ کا تقریباً 1% ہے۔

ڈی سیلینیشن کا ایک چیلنج نمکین پانی کو ضائع کرنا ہے، جس کا اثر مقامی سمندری ماحولیاتی نظام پر پڑ سکتا ہے۔ اس کے ماحولیاتی اثرات کو کم کرنے کے لیے اس نمکین پانی کا مزید علاج کیا جا سکتا ہے، اس طرح پانی کی قیمت میں مزید $0.6-2.40/m³ کا اضافہ ہو سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، الیکٹرولائٹک پانی کا معیار پینے کے پانی سے زیادہ سخت ہے اور اس کے نتیجے میں علاج کے اخراجات زیادہ ہو سکتے ہیں، لیکن یہ اب بھی پاور ان پٹ کے مقابلے میں چھوٹا ہونے کی امید ہے۔

ہائیڈروجن کی پیداوار کے لیے الیکٹرولائٹک پانی کا پانی کا نشان ایک بہت ہی مخصوص مقام کا پیرامیٹر ہے جو مقامی پانی کی دستیابی، استعمال، انحطاط اور آلودگی پر منحصر ہے۔ ماحولیاتی نظام کے توازن اور طویل مدتی موسمیاتی رجحانات کے اثرات پر غور کیا جانا چاہیے۔ پانی کی کھپت قابل تجدید ہائیڈروجن کو بڑھانے میں ایک بڑی رکاوٹ ہوگی۔