Quantu acqua hè cunsumata da l'elettrolisi?

Quantu acqua hè cunsumata da l'elettrolisi

Primu passu: a pruduzzioni di l'idrogenu

U cunsumu d'acqua vene da duie tappe: a produzzione di l'idrogenu è a pruduzzione di u trasportu energeticu upstream. Per a produzzione di l'idrogenu, u cunsumu minimu di l'acqua elettrolizzata hè di circa 9 kilogrammi d'acqua per kilogramu d'idrogenu. Tuttavia, tenendu in contu u prucessu di demineralizazione di l'acqua, sta ratio pò varià da 18 à 24 kilogrammi d'acqua per kilogramu d'idrogenu, o ancu finu à 25,7 à 30,2..

 

Per u prucessu di produzzione esistenti (riformazione di u vapore di metanu), u cunsumu minimu d'acqua hè 4.5kgH2O/kgH2 (necessariu per a reazione), tenendu in contu l'acqua di prucessu è u rinfrescante, u cunsumu minimu d'acqua hè 6.4-32.2kgH2O/kgH2.

 

Passu 2: Fonti d'energia (electricità rinnuvevule o gas naturale)

Un altru cumpunente hè u cunsumu d'acqua per pruduce l'electricità rinnuvevule è u gasu naturale. U cunsumu d'acqua di energia fotovoltaica varia trà 50-400 litri /MWh (2,4-19kgH2O/kgH2) è quellu di l'energia eolica trà 5-45 litri /MWh (0,2-2,1kgH2O/kgH2). In listessu modu, a produzzione di gasu da u gasu di shale (basatu nantu à i dati di i Stati Uniti) pò esse aumentata da 1.14kgH2O/kgH2 à 4.9kgH2O/kgH2.

 

In cunclusioni, u cunsumu mediu tutale di l'acqua di l'idrogenu generatu da a generazione di energia fotovoltaica è di energia eolica hè di circa 32 è 22kgH2O/kgH2, rispettivamente. L'incertezze venenu da a radiazione solare, a vita è u cuntenutu di siliciu. Stu cunsumu d'acqua hè in u listessu ordine di grandezza cum'è a pruduzzioni di l'idrogenu da u gasu naturale (7,6-37 kgh2o / kgH2, cù una media di 22 kgH2O/kgH2).

 

Impronta d'acqua totale: più bassa quandu si usa energia rinnuvevule

Simile à l'emissioni di CO2, un prerequisitu per una bassa impronta d'acqua per rotte elettrolitiche hè l'usu di fonti d'energia rinnuvevuli. Se solu una piccula frazzioni di l'electricità hè generata cù i carburanti fossili, u cunsumu d'acqua assuciatu cù l'electricità hè assai più altu ch'è l'acqua propiu cunsumata durante l'elettrolisi.

 

Per esempiu, a generazione di energia di gasu pò aduprà finu à 2.500 litri / MWh d'acqua. Hè ancu u megliu casu per i carburanti fossili (gas naturale). Se a gasificazione di carbone hè cunsiderata, a produzzione di l'idrogenu pò cunsumà 31-31.8kgH2O/kgH2 è a produzzione di carbone pò cunsumà 14.7kgH2O/kgH2. U cunsumu d'acqua da a fotovoltaica è u ventu hè ancu previstu di diminuisce cù u tempu cum'è i prucessi di fabricazione diventanu più efficaci è a produzzione di energia per unità di capacità installata migliurà.

 

U cunsumu tutale d'acqua in 2050

U mondu hè previstu di utilizà parechje volte più idrogenu in u futuru ch'è oghje. Per esempiu, u World Energy Transitions Outlook di l'IRENA stima chì a dumanda di l'idrogenu in u 2050 serà di circa 74EJ, di quale circa dui terzi vene da l'idrogenu rinnuvevule. In paragone, oghje (idrogenu puru) hè 8.4EJ.

 

Ancu s'è l'idrogenu elettroliticu puderia risponde à a dumanda di l'idrogenu per tuttu u 2050, u cunsumu d'acqua seria di circa 25 miliardi di metri cubi. A figura sottu paraguna sta figura à altri flussi di cunsumu d'acqua artificiale. L'agricultura usa a più grande quantità di 280 miliardi di metri cubi d'acqua, mentri l'industria usa quasi 800 miliardi di metri cubi è e cità usanu 470 miliardi di metri cubi. U cunsumu d'acqua attuale di a riforma di gas naturale è a gassificazione di carbone per a produzzione di l'idrogenu hè di circa 1,5 miliardi di metri cubi.

Cusì, ancu se grandi quantità d'acqua sò previste per esse cunsumate per via di cambiamenti in i percorsi elettrolitichi è di a crescente dumanda, u cunsumu d'acqua da a produzzione di l'idrogenu serà sempre assai più chjucu cà l'altri flussi utilizati da l'omu. Un altru puntu di riferimentu hè chì u cunsumu d'acqua per capita hè trà 75 (Lussemburgu) è 1.200 (US) metri cubi annu. À una media di 400 m3 / (per capita * annu), a pruduzzione tutale di l'idrogenu in u 2050 hè equivalente à quella di un paese di 62 milioni di persone.

 

Quantu costa l'acqua è quantu energia hè utilizata

 

costu

E cellule elettrolitiche necessitanu acqua di alta qualità è necessitanu trattamentu d'acqua. L'acqua di qualità inferiore porta à una degradazione più rapida è una vita più corta. Parechji elementi, cumpresi diaframmi è catalizzatori utilizati in alkalines, è ancu i membrani è i strati di trasportu poroso di PEM, ponu esse affettati negativamente da impurità di l'acqua cum'è ferru, cromu, ramu, etc. A conduttività di l'acqua hè necessaria à esse menu di 1μS /. cm et carbone organique total inférieur à 50 μg/L.

 

L'acqua conta per una parte relativamente chjuca di u cunsumu energeticu è di i costi. U peghju scenariu per i dui parametri hè a desalinizazione. L'osmosi inversa hè a tecnulugia principale per a desalinizazione, cuntendu quasi u 70 per centu di a capacità globale. A tecnulugia custa $ 1900- $ 2000 / m³ / d è hà una curva di apprendimentu di 15%. À questu costu d'investimentu, u costu di trattamentu hè di circa $ 1 / m³, è pò esse più bassu in i zoni induve i costi di l'electricità sò bassi.

 

Inoltre, i costi di spedizione aumenteranu da circa $ 1-2 per m³. Ancu in questu casu, i costi di trattamentu di l'acqua sò circa $ 0,05 / kgH2. Per mette questu in perspettiva, u costu di l'idrogenu rinnuvevule pò esse $ 2-3 / kgH2 se boni risorse rinnuvevuli sò dispunibili, mentre chì u costu di a risorsa media hè $ 4-5 / kgH2.

 

Allora in questu scenariu cunservatore, l'acqua costarà menu di 2 per centu di u tutale. L'usu di l'acqua di mare pò aumentà a quantità di l'acqua recuperata da 2,5 à 5 volte (in termini di fattore di ricuperazione).

 

Cunsumu d'energia

Fighjendu u cunsumu d'energia di a desalinizazione, hè ancu assai chjucu cumparatu cù a quantità di electricità necessaria per inserisce a cellula elettrolitica. L'unità di osmosi inversa operativa attuale cunsuma circa 3,0 kW/m3. In cuntrastu, e piante di desalinizazione termale anu un cunsumu d'energia assai più altu, chì varieghja da 40 à 80 KWH/m3, cù esigenze di energia supplementari chì varienu da 2,5 à 5 KWH/m3, secondu a tecnulugia di desalinizazione. Pigliendu u casu cunsirvativu (vale à dì una dumanda d'energia più alta) di una pianta di cogenerazione cum'è un esempiu, assumendu l'usu di una pompa di calore, a dumanda di energia serà cunvertita à circa 0,7 kWh / kg d'idrogenu. Per mette questu in perspettiva, a dumanda di l'electricità di a cellula elettrolitica hè di circa 50-55 kWh / kg, cusì ancu in u peghju scenariu, a dumanda di energia per a desalinizazione hè di circa 1% di l'input di energia tutale à u sistema.

 

Una sfida di a desalinizazione hè l'eliminazione di l'acqua salata, chì pò avè un impattu annantu à l'ecosistema marini lucali. Questa salmuera pò esse più trattata per riduce u so impattu ambientale, aghjunghjendu cusì un altru $ 0,6-2,40 / m³ à u costu di l'acqua. Inoltre, a qualità di l'acqua elettrolitica hè più strettu di l'acqua potabile è pò esse risultatu in costi di trattamentu più altu, ma questu hè sempre previstu per esse chjucu cumparatu cù l'input di putenza.

L'impronta d'acqua di l'acqua elettrolitica per a produzzione di l'idrogenu hè un paràmetru di locu assai specificu chì dipende da a dispunibilità di l'acqua lucale, u cunsumu, a degradazione è a contaminazione. L'equilibriu di l'ecosistema è l'impattu di i tendenzi climatichi à longu andà deve esse cunsideratu. U cunsumu d'acqua serà un ostaculu maiò à a scala di l'idrogenu rinnuvevule.