Колку вода е потребно за да се добие водород со електролиза?

Колку вода се троши со електролиза

Чекор еден: Производство на водород

Потрошувачката на вода доаѓа од два чекори: производство на водород и производство на енергетски носач нагоре. За производство на водород, минималната потрошувачка на електролизирана вода е приближно 9 килограми вода на килограм водород. Меѓутоа, земајќи го предвид процесот на деминерализација на водата, овој сооднос може да се движи од 18 до 24 килограми вода на килограм водород, или дури и од 25,7 до 30,2.

За постојниот производствен процес (реформирање на пареа со метан), минималната потрошувачка на вода е 4,5kgH2O/kgH2 (потребна за реакција), земајќи ги предвид процесната вода и ладењето, минималната потрошувачка на вода е 6,4-32,2kgH2O/kgH2.

Чекор 2: Извори на енергија (обновлива електрична енергија или природен гас)

Друга компонента е потрошувачката на вода за производство на обновлива електрична енергија и природен гас. Потрошувачката на вода на фотоволтаичната енергија варира помеѓу 50-400 литри /MWh (2,4-19kgH2O/kgH2) и онаа на енергијата на ветерот помеѓу 5-45 литри /MWh (0,2-2,1kgH2O/kgH2). Слично на тоа, производството на гас од гас од шкрилци (врз основа на податоци од САД) може да се зголеми од 1,14kgH2O/kgH2 на 4,9kgH2O/kgH2.

Како заклучок, просечната вкупна потрошувачка на вода на водород генерирана од фотоволтаичното производство и производството на енергија од ветер е околу 32 и 22kgH2O/kgH2, соодветно. Неизвесностите доаѓаат од сончевото зрачење, животниот век и содржината на силициум. Оваа потрошувачка на вода е со ист ред на големина како и производството на водород од природен гас (7,6-37 kgh2o /kgH2, со просек од 22kgH2O/kgH2).

Вкупен отпечаток на вода: Помал кога се користи обновлива енергија

Слично на емисиите на CO2, предуслов за низок воден отпечаток за електролитски патишта е употребата на обновливи извори на енергија. Ако само мал дел од електричната енергија се генерира со користење на фосилни горива, потрошувачката на вода поврзана со електричната енергија е многу поголема од вистинската потрошена вода за време на електролизата.

На пример, производството на електрична енергија на гас може да користи до 2.500 литри / MWh вода. Тоа е и најдобар случај за фосилни горива (природен гас). Ако се земе предвид гасификацијата на јаглен, производството на водород може да потроши 31-31,8kgH2O/kgH2, а производството на јаглен може да потроши 14,7kgH2O/kgH2. Потрошувачката на вода од фотоволтаици и ветер, исто така, се очекува да се намали со текот на времето, бидејќи производните процеси стануваат поефикасни и производството на енергија по единица инсталирана моќност се подобрува.

Вкупна потрошувачка на вода во 2050 година

Се очекува светот во иднина да користи многу пати повеќе водород отколку денес. На пример, World Energy Transitions Outlook на IRENA проценува дека побарувачката на водород во 2050 година ќе биде околу 74 EJ, од кои околу две третини ќе доаѓаат од обновливи извори на водород. За споредба, денес (чист водород) е 8,4EJ.

Дури и ако електролитниот водород би можел да ја задоволи побарувачката на водород за цела 2050 година, потрошувачката на вода би била околу 25 милијарди кубни метри. Сликата подолу ја споредува оваа бројка со другите вештачки текови за потрошувачка на вода. Земјоделството користи најголема количина од 280 милијарди кубни метри вода, додека индустријата користи речиси 800 милијарди кубни метри, а градовите 470 милијарди кубни метри. Сегашната потрошувачка на вода за реформа на природен гас и гасификација на јаглен за производство на водород е околу 1,5 милијарди кубни метри.

Така, иако се очекува да се трошат големи количини на вода поради промените во електролитичките патишта и зголемената побарувачка, потрошувачката на вода од производството на водород сепак ќе биде многу помала од другите текови што ги користат луѓето. Друга референтна точка е дека потрошувачката на вода по глава на жител е помеѓу 75 (Луксембург) и 1.200 (САД) кубни метри годишно. Во просек од 400 m3 / (по глава на жител * година), вкупното производство на водород во 2050 година е еквивалентно на она на земја со 62 милиони жители.

Колку чини водата и колку енергија се троши

трошок

Електролитичките ќелии бараат висококвалитетна вода и бараат третман на вода. Водата со послаб квалитет доведува до побрзо распаѓање и пократок животен век. Многу елементи, вклучувајќи ги дијафрагмите и катализаторите што се користат во алкалиите, како и мембраните и порозните транспортни слоеви на PEM, може негативно да бидат засегнати од нечистотиите на водата, како што се железо, хром, бакар итн. Спроводливоста на водата треба да биде помала од 1¼ S/ cm и вкупен органски јаглерод помалку од 50 μ¼ g/L.

Водата зазема релативно мал дел од потрошувачката и трошоците на енергија. Најлошото сценарио за двата параметри е бигор. Обратна осмоза е главната технологија за бигор, која опфаќа речиси 70 проценти од глобалниот капацитет. Технологијата чини 1900-2000 долари / m³/d и има стапка на крива на учење од 15%. При овој инвестициски трошок, трошоците за третман се околу 1 $ / m³ и може да бидат пониски во области каде што трошоците за електрична енергија се ниски.

Дополнително, трошоците за испорака ќе се зголемат за околу 1-2 долари по м³. Дури и во овој случај, трошоците за третман на вода се околу 0,05 $ / kgH2. За да се стави ова во перспектива, цената на обновливиот водород може да биде 2-3 $ / kgH2 ако се достапни добри обновливи ресурси, додека цената на просечниот ресурс е 4-5 $ / kgH2.

Така, во ова конзервативно сценарио, водата би чинела помалку од 2 отсто од вкупниот износ. Употребата на морска вода може да го зголеми количеството на повратена вода за 2,5 до 5 пати (во однос на факторот за обновување).

Потрошувачка на енергија

Гледајќи ја потрошувачката на енергија на бигор, таа е исто така многу мала во споредба со количината на електрична енергија потребна за внесување на електролитичката ќелија. Тековната оперативна единица за обратна осмоза троши околу 3,0 kW/m3. Спротивно на тоа, термалните постројки за бигор имаат многу поголема потрошувачка на енергија, која се движи од 40 до 80 KWH/m3, со дополнителни барања за моќност кои се движат од 2,5 до 5 KWH/m3, во зависност од технологијата на бигор. Земајќи го конзервативниот случај (т.е. поголема побарувачка на енергија) на постројка за комбинирана генерација како пример, со претпоставка за употреба на топлинска пумпа, побарувачката на енергија ќе се претвори во околу 0,7 kWh/kg водород. За да го поставиме ова во перспектива, побарувачката за електрична енергија на електролитичката ќелија е околу 50-55 kWh/kg, така што дури и во најлошото сценарио, побарувачката за енергија за бигор е околу 1% од вкупниот внес на енергија во системот.

Еден предизвик на бигорот е отстранувањето на солена вода, што може да има влијание врз локалните морски екосистеми. Оваа саламура може дополнително да се третира за да се намали нејзиното влијание врз животната средина, со што ќе се додадат уште 0,6-2,40 $/m³ на цената на водата. Дополнително, квалитетот на електролитичката вода е построг од водата за пиење и може да резултира со повисоки трошоци за третман, но сепак се очекува ова да биде мало во споредба со влезната моќност.

Водениот отпечаток на електролитичката вода за производство на водород е многу специфичен локациски параметар кој зависи од локалната достапност на вода, потрошувачката, деградацијата и загадувањето. Треба да се земе предвид рамнотежата на екосистемите и влијанието на долгорочните климатски трендови. Потрошувачката на вода ќе биде главна пречка за зголемување на обновливиот водород.