Comparing seawater desalination technologies for green hydrogen production: Reverse Osmosis and Multi-Effect Distillation
(2024) KETM05 20241Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
- Abstract
- Due to increasing global energy demands and a need to move away from non-renewable energy sources, green hydrogen is now being considered as a possible replacement for fossil-based energy sources. Especially in “hard-to-abate” sectors, such as steel and petrochemical production, and long-distance transport, where the change to renewable electricity is more difficult. Green hydrogen is produced through electrolysis of water and powered by renewable energy sources. The water quality demand for the electrolysis feedwater is high, and wa-ter of very high purity is required. Meanwhile, there are also challenges with water supply and demand in many regions of the world, but by using desalination to purify seawater for electrolysis it is possible... (More)
- Due to increasing global energy demands and a need to move away from non-renewable energy sources, green hydrogen is now being considered as a possible replacement for fossil-based energy sources. Especially in “hard-to-abate” sectors, such as steel and petrochemical production, and long-distance transport, where the change to renewable electricity is more difficult. Green hydrogen is produced through electrolysis of water and powered by renewable energy sources. The water quality demand for the electrolysis feedwater is high, and wa-ter of very high purity is required. Meanwhile, there are also challenges with water supply and demand in many regions of the world, but by using desalination to purify seawater for electrolysis it is possible to avoid the need to compete for groundwater with other water-demanding sectors.
The most common desalination technology on commercial scale is the membrane technolo-gy Reverse Osmosis (RO), due to its relatively low energy demand and high reliability. Thermal desalination technologies such as multi-effect distillation (MED) are used less, due to high thermal energy demand. The electrolysis process does however produce waste heat, and Alfa Laval would like to utilise this heat to power their MED system HyDuo and simultaneously provide cooling to the electrolysis systems.
Thus, this study aims to investigate and compare the Alfa Laval HyDuo system with RO system, to evaluate whether the HyDuo can compete with the established RO systems considering costs and process requirements. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Grön vätgas har lagts fram som en lösning på en av vår tids största utmaningar: Att klara av världens energiförsörjning samtidigt som de fossila bränslena avvecklas. Framför allt i sektorer som industriell kemikalieproduktion och långdistans-transport, där övergången till förnybar elektricitet är svårare.
Grön vätgas produceras genom elektrolys, där en elektrisk ström driver den annars icke-spontana spjälkningen av vatten till syre och vätgas. Kraven på vattenkvalitén för denna process är mycket höga, och för att produktionen ska räknas som ”grön” behöver elektriciteten vara förnybar. Samtidigt så finns det många regioner i världen som har hög produktionskapacitet för förnybar el, men en brist på grundvatten. För att undgå detta problem... (More) - Grön vätgas har lagts fram som en lösning på en av vår tids största utmaningar: Att klara av världens energiförsörjning samtidigt som de fossila bränslena avvecklas. Framför allt i sektorer som industriell kemikalieproduktion och långdistans-transport, där övergången till förnybar elektricitet är svårare.
Grön vätgas produceras genom elektrolys, där en elektrisk ström driver den annars icke-spontana spjälkningen av vatten till syre och vätgas. Kraven på vattenkvalitén för denna process är mycket höga, och för att produktionen ska räknas som ”grön” behöver elektriciteten vara förnybar. Samtidigt så finns det många regioner i världen som har hög produktionskapacitet för förnybar el, men en brist på grundvatten. För att undgå detta problem undersöker man nu möjligheten att avsalta havsvatten för grön vätgasproduktion.
Reverse osmosis (RO) är den nuvarande marknadsdominerande avsaltningstekniken, och står för över 80% av global avsaltning av havsvatten. Processen är dock inte felfri, delvis används mycket kemikalier i RO avsaltnings-system och elektrolys-processen producerar även restvärme. Alfa Laval undersöker nu möjligheten att ersätta RO tekniken med deras multi-effekt distillationssystem HyDuo, som skulle kunna utnyttja restvärmen från elektrolys för att avsalta havsvatten samtidigt som det bidrar med kylning till elektrolyssystemet.
Denna rapport har syftet att jämföra HyDuo systemet med RO avsaltning, för att se om Alfa Lavals enhet har möjlighet att konkurrera med de marknadsdominerande RO systemen. Olika för- och efterbehandlingstekniker har också utvärderats, för att få en överblick på hur dessa system skulle se ut i stor skala. HyDuo systemet visade sig sannolikt behöva förbehandling med filter, desinfektion med klor samt efterbehandling med en EDI (Elektrodejonisering) enhet. Fler pilottester behöver dock genomföras för att bekräfta detta.
Även kostnaden för de två systemen utvärderades, med resultatet att HyDuo systemet krävde en större investeringskostnad, men en lägre driftskostnad än RO systemet, men att detta resultat kunde påverkas beroende på vilken för- och efterbehandling som användes. RO systemet krävde dock mer kemikalier, vars toxicitet bör utvärderas i framtida studier. HyDuo systemet har även fördelen att vara mer robust, både i förmågan att anpassa sig efter elförsörjning samt ha lägre krav på vattenkvalitét in i systemet, vilket som en följd innebär mindre krav på förbehandling. Som en slutsats konstaterades att HyDuo systemets förmåga att avsalta havsvatten för elektrolys var lovande, men kräver mer pilottester för att bekräfta denna prognos. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9166696
- author
- Cerenius, Paula LU
- supervisor
- organization
- course
- KETM05 20241
- year
- 2024
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- chemical engineering, green hydrogen, desalination, multi-effect distillation, reverse osmosis
- language
- English
- id
- 9166696
- date added to LUP
- 2024-06-25 09:34:48
- date last changed
- 2024-06-25 09:34:48
@misc{9166696,
abstract = {{Due to increasing global energy demands and a need to move away from non-renewable energy sources, green hydrogen is now being considered as a possible replacement for fossil-based energy sources. Especially in “hard-to-abate” sectors, such as steel and petrochemical production, and long-distance transport, where the change to renewable electricity is more difficult. Green hydrogen is produced through electrolysis of water and powered by renewable energy sources. The water quality demand for the electrolysis feedwater is high, and wa-ter of very high purity is required. Meanwhile, there are also challenges with water supply and demand in many regions of the world, but by using desalination to purify seawater for electrolysis it is possible to avoid the need to compete for groundwater with other water-demanding sectors.
The most common desalination technology on commercial scale is the membrane technolo-gy Reverse Osmosis (RO), due to its relatively low energy demand and high reliability. Thermal desalination technologies such as multi-effect distillation (MED) are used less, due to high thermal energy demand. The electrolysis process does however produce waste heat, and Alfa Laval would like to utilise this heat to power their MED system HyDuo and simultaneously provide cooling to the electrolysis systems.
Thus, this study aims to investigate and compare the Alfa Laval HyDuo system with RO system, to evaluate whether the HyDuo can compete with the established RO systems considering costs and process requirements.}},
author = {{Cerenius, Paula}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Comparing seawater desalination technologies for green hydrogen production: Reverse Osmosis and Multi-Effect Distillation}},
year = {{2024}},
}