Hoeveel water word deur elektrolise verbruik?

Hoeveel water word deur elektrolise verbruik

Stap een: Waterstofproduksie

Waterverbruik kom uit twee stappe: waterstofproduksie en stroomop energiedraerproduksie. Vir waterstofproduksie is die minimum verbruik van geelektroliseerde water ongeveer 9 kilogram water per kilogram waterstof. Met inagneming van die demineraliseringsproses van water kan hierdie verhouding egter wissel van 18 tot 24 kilogram water per kilogram waterstof, of selfs so hoog as 25,7 tot 30,2.

 

Vir die bestaande produksieproses (metaanstoomhervorming) is die minimum waterverbruik 4.5kgH2O/kgH2 (vereis vir reaksie), met inagneming van proseswater en verkoeling, is die minimum waterverbruik 6.4-32.2kgH2O/kgH2.

 

Stap 2: Energiebronne (hernubare elektrisiteit of aardgas)

Nog 'n komponent is waterverbruik om hernubare elektrisiteit en aardgas te produseer. Die waterverbruik van fotovoltaïese krag wissel tussen 50-400 liter /MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) en dié van windkrag tussen 5-45 liter /MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2). Net so kan gasproduksie uit skaliegas (gebaseer op Amerikaanse data) verhoog word van 1,14kgH2O/kgH2 tot 4,9kgH2O/kgH2.

 

Ten slotte, die gemiddelde totale waterverbruik van waterstof wat deur fotovoltaïese kragopwekking en windkragopwekking opgewek word, is onderskeidelik ongeveer 32 en 22kgH2O/kgH2. Die onsekerhede kom van sonstraling, leeftyd en silikoninhoud. Hierdie waterverbruik is in dieselfde orde van grootte as waterstofproduksie uit aardgas (7,6-37 kgh2o /kgH2, met 'n gemiddeld van 22kgH2O/kgH2).

 

Totale watervoetspoor: Laer wanneer hernubare energie gebruik word

Soortgelyk aan CO2-emissies, is 'n voorvereiste vir 'n lae watervoetspoor vir elektrolitiese roetes die gebruik van hernubare energiebronne. As slegs 'n klein fraksie van die elektrisiteit met behulp van fossielbrandstowwe opgewek word, is die waterverbruik wat met elektrisiteit geassosieer word, baie hoër as die werklike water wat tydens elektrolise verbruik word.

 

Gaskragopwekking kan byvoorbeeld tot 2 500 liter/MWh water gebruik. Dit is ook die beste geval vir fossielbrandstowwe (aardgas). As steenkoolvergassing oorweeg word, kan waterstofproduksie 31-31.8kgH2O/kgH2 verbruik en steenkoolproduksie kan 14.7kgH2O/kgH2 verbruik. Waterverbruik van fotovoltaïese en wind sal na verwagting ook mettertyd afneem namate vervaardigingsprosesse doeltreffender word en energie-uitset per eenheid geïnstalleerde kapasiteit verbeter.

 

Totale waterverbruik in 2050

Daar word verwag dat die wêreld in die toekoms baie keer meer waterstof sal gebruik as vandag. Byvoorbeeld, IRENA se World Energy Transitions Outlook skat dat die vraag na waterstof in 2050 ongeveer 74EJ sal wees, waarvan ongeveer twee derdes van hernubare waterstof sal kom. Ter vergelyking is vandag (suiwer waterstof) 8,4EJ.

 

Selfs al sou elektrolitiese waterstof vir die hele 2050 die waterstofvraag kon voorsien, sou waterverbruik sowat 25 miljard kubieke meter wees. Die figuur hieronder vergelyk hierdie syfer met ander mensgemaakte waterverbruikstrome. Landbou gebruik die grootste hoeveelheid van 280 miljard kubieke meter water, terwyl die nywerheid nagenoeg 800 miljard kubieke meter gebruik en stede 470 miljard kubieke meter gebruik. Die huidige waterverbruik van aardgashervorming en steenkoolvergassing vir waterstofproduksie is ongeveer 1,5 miljard kubieke meter.

Alhoewel daar dus verwag word dat groot hoeveelhede water verbruik sal word as gevolg van veranderinge in elektrolitiese weë en groeiende vraag, sal waterverbruik van waterstofproduksie steeds baie kleiner wees as ander vloei wat deur mense gebruik word. Nog 'n verwysingspunt is dat waterverbruik per capita tussen 75 (Luxemburg) en 1 200 (VSA) kubieke meter per jaar is. Teen 'n gemiddeld van 400 m3 / (per capita * jaar) is die totale waterstofproduksie in 2050 gelykstaande aan dié van 'n land van 62 miljoen mense.

 

Hoeveel water kos en hoeveel energie word gebruik

 

koste

Elektrolitiese selle benodig water van hoë gehalte en benodig waterbehandeling. Laer kwaliteit water lei tot vinniger degradasie en korter lewensduur. Baie elemente, insluitend diafragmas en katalisators wat in alkalies gebruik word, sowel as die membrane en poreuse vervoerlae van PEM, kan nadelig beïnvloed word deur water onsuiwerhede soos yster, chroom, koper, ens. Watergeleiding moet minder as 1μS/ wees. cm en totale organiese koolstof minder as 50μg/L.

 

Water maak 'n relatief klein deel van energieverbruik en koste uit. Die ergste scenario vir beide parameters is ontsouting. Omgekeerde osmose is die belangrikste tegnologie vir ontsouting, wat byna 70 persent van die globale kapasiteit uitmaak. Die tegnologie kos $1900- $2000/m³/d en het 'n leerkurwekoers van 15%. Teen hierdie beleggingskoste is die behandelingskoste ongeveer $1/m³, en kan laer wees in gebiede waar elektrisiteitskoste laag is.

 

Boonop sal versendingskoste met sowat $1-2 per m³ styg. Selfs in hierdie geval is waterbehandelingskoste sowat $0,05 /kgH2. Om dit in perspektief te plaas, kan die koste van hernubare waterstof $2-3 /kgH2 wees as goeie hernubare hulpbronne beskikbaar is, terwyl die koste van die gemiddelde hulpbron $4-5 /kgH2 is.

 

Dus in hierdie konserwatiewe scenario sal water minder as 2 persent van die totaal kos. Die gebruik van seewater kan die hoeveelheid water wat herwin word met 2,5 tot 5 keer verhoog (in terme van herwinningsfaktor).

 

Energieverbruik

As ons na die energieverbruik van ontsouting kyk, is dit ook baie klein in vergelyking met die hoeveelheid elektrisiteit wat nodig is om die elektrolitiese sel in te voer. Die huidige werkende tru-osmose-eenheid verbruik ongeveer 3,0 kW/m3. Hierteenoor het termiese ontsoutingsaanlegte baie hoër energieverbruik, wat wissel van 40 tot 80 KWH/m3, met bykomende kragvereistes wat wissel van 2,5 tot 5 KWH/m3, afhangende van die ontsoutingstegnologie. Deur die konserwatiewe geval (dws hoër energievraag) van 'n kragopwekkingsaanleg as 'n voorbeeld te neem, met die aanname van die gebruik van 'n hittepomp, sal die energieaanvraag omgeskakel word na ongeveer 0.7kWh/kg waterstof. Om dit in perspektief te plaas, is die elektrisiteitsaanvraag van die elektrolitiese sel ongeveer 50-55kWh/kg, so selfs in die ergste geval is die energievraag vir ontsouting ongeveer 1% van die totale energie-insette na die stelsel.

 

Een uitdaging van ontsouting is die wegdoening van soutwater, wat 'n impak op plaaslike mariene ekosisteme kan hê. Hierdie pekelwater kan verder behandel word om die omgewingsimpak daarvan te verminder en sodoende nog $0,6-2,40 /m³ by die koste van water te voeg. Daarbenewens is elektrolitiese waterkwaliteit strenger as drinkwater en kan dit hoër behandelingskoste tot gevolg hê, maar dit sal na verwagting steeds gering wees in vergelyking met die kragtoevoer.

Die watervoetspoor van elektrolitiese water vir waterstofproduksie is 'n baie spesifieke liggingsparameter wat afhang van plaaslike waterbeskikbaarheid, verbruik, agteruitgang en besoedeling. Die balans van ekosisteme en die impak van langtermyn klimaatneigings moet oorweeg word. Waterverbruik sal 'n groot struikelblok wees om hernubare waterstof op te skaal.