Kiom da akvo estas konsumita per elektrolizo
Unua paŝo: produktado de hidrogeno
Akvokonsumo venas de du ŝtupoj: hidrogenproduktado kaj kontraŭflua energia portantoproduktado. Por hidrogenproduktado, la minimuma konsumo de elektrolizita akvo estas proksimume 9 kilogramoj da akvo per kilogramo da hidrogeno. Tamen, konsiderante la demineraligprocezon de akvo, ĉi tiu proporcio povas varii de 18 ĝis 24 kilogramoj da akvo per kilogramo da hidrogeno, aŭ eĉ ĝis 25,7 ĝis 30,2..
Por la ekzistanta produktada procezo (metana vaporo reformado), la minimuma akvokonsumo estas 4.5kgH2O/kgH2 (bezonata por reago), konsiderante procezan akvon kaj malvarmigon, la minimuma akvokonsumo estas 6.4-32.2kgH2O/kgH2.
Paŝo 2: Energifontoj (renoviĝanta elektro aŭ tergaso)
Alia komponanto estas akvokonsumo por produkti renovigeblan elektron kaj tergason. La akvokonsumo de fotovoltaeca energio varias inter 50-400 litroj/MWh (2,4-19kgH2O/kgH2) kaj tiu de ventoenergio inter 5-45 litroj/MWh (0,2-2,1kgH2O/kgH2). Simile, gasproduktado de ardezargilgaso (surbaze de usonaj datumoj) povas esti pliigita de 1.14kgH2O/kgH2 ĝis 4.9kgH2O/kgH2.
Konklude, la averaĝa totala akvokonsumo de hidrogeno generita per fotovoltaa elektroproduktado kaj ventoenergiogenerado estas proksimume 32 kaj 22kgH2O/kgH2, respektive. La necertecoj venas de suna radiado, vivdaŭro kaj silicioenhavo. Tiu akvokonsumo estas sur la sama grandordo kiel hidrogenproduktado el tergaso (7,6-37 kgh2o/kgH2, kun mezumo de 22kgH2O/kgH2).
Totala akva spuro: Pli malalta kiam oni uzas renoviĝantan energion
Simile al CO2-emisioj, antaŭkondiĉo por malalta akvospuro por elektrolizaj itineroj estas la uzo de renoviĝantaj energifontoj. Se nur malgranda frakcio de la elektro estas generita uzante fosiliajn fuelojn, la akvokonsumo asociita kun elektro estas multe pli alta ol la fakta akvo konsumita dum elektrolizo.
Ekzemple, gasa elektroproduktado povas uzi ĝis 2,500 litrojn/MWh da akvo. Ĝi estas ankaŭ la plej bona kazo por fosiliaj brulaĵoj (tergaso). Se oni konsideras karbogasigon, hidrogenproduktado povas konsumi 31-31.8kgH2O/kgH2 kaj karboproduktado povas konsumi 14.7kgH2O/kgH2. Akvokonsumo de fotovoltaiko kaj vento ankaŭ estas atendita malpliiĝi dum tempo kiam produktadprocezoj iĝas pli efikaj kaj energiproduktado per unuo de instalita kapacito pliboniĝas.
Totala akvokonsumo en 2050
Oni atendas, ke la mondo uzos multoble pli da hidrogeno en la estonteco ol hodiaŭ. Ekzemple, World Energy Transitions Outlook de IRENA taksas, ke hidrogena postulo en 2050 estos proksimume 74EJ, el kiuj proksimume du trionoj venos de renovigebla hidrogeno. Kompare, hodiaŭ (pura hidrogeno) estas 8.4EJ.
Eĉ se elektroliza hidrogeno povus kontentigi hidrogenan postulon por la tuta 2050, akvokonsumo estus ĉirkaŭ 25 miliardoj da kubaj metroj. La malsupra figuro komparas ĉi tiun figuron kun aliaj homfaritaj akvokonsumfluoj. Agrikulturo uzas la plej grandan kvanton de 280 miliardoj da kubaj metroj da akvo, dum industrio uzas preskaŭ 800 miliardojn da kubaj metroj kaj urboj uzas 470 miliardojn da kubaj metroj. La nuna akvokonsumo de naturgasa reformado kaj karba gasigado por hidrogenproduktado estas ĉirkaŭ 1,5 miliardoj da kubaj metroj.
Tiel, kvankam grandaj kvantoj de akvo estas atenditaj esti konsumitaj pro ŝanĝoj en elektrolizaj padoj kaj kreskanta postulo, akvokonsumo de hidrogenproduktado daŭre estos multe pli malgranda ol aliaj fluoj uzitaj fare de homoj. Alia referencpunkto estas ke pokapa akvokonsumo estas inter 75 (Luksemburgo) kaj 1,200 (Usono) kubaj metroj jare. Je averaĝe 400 m3 / (pokapa * jaro), totala hidrogenproduktado en 2050 samvaloras al tiu de lando de 62 milionoj da homoj.
Kiom da akvo kostas kaj kiom da energio estas uzata
kosto
Elektrolizaj ĉeloj postulas altkvalitan akvon kaj postulas akvotraktadon. Malaltkvalita akvo kondukas al pli rapida degenero kaj pli mallonga vivo. Multaj elementoj, inkluzive de diafragmoj kaj kataliziloj uzataj en alkaloj, same kiel la membranoj kaj poraj transportaj tavoloj de PEM, povas esti negative trafitaj de akvaj malpuraĵoj kiel fero, kromo, kupro, ktp. Akvokondukteco estas postulata por esti malpli ol 1μS/. cm kaj totala organika karbono malpli ol 50μg/L.
Akvo respondecas pri relative malgranda parto de energikonsumo kaj kostoj. La plej malbona kazo por ambaŭ parametroj estas sensaligo. Inversa osmozo estas la ĉefa teknologio por sensaligo, respondecante pri preskaŭ 70 procentoj de tutmonda kapablo. La teknologio kostas $ 1900- $ 2000 / m³/d kaj havas lernkurbon de 15%. Je ĉi tiu investkosto, la kurackosto estas proksimume $1/m³, kaj povas esti pli malalta en lokoj kie elektrokostoj estas malaltaj.
Krome, sendokostoj pliiĝos je ĉirkaŭ $1-2 per m³. Eĉ en ĉi tiu kazo, akvopurigaj kostoj estas ĉirkaŭ $0.05 /kgH2. Por meti tion en perspektivon, la kosto de renovigebla hidrogeno povas esti $2-3 /kgH2 se bonaj renovigeblaj resursoj estas haveblaj, dum la kosto de la meza rimedo estas $4-5 /kgH2.
Do en ĉi tiu konservativa scenaro, akvo kostus malpli ol 2 procentojn de la totalo. La uzo de marakvo povas pliigi la kvanton de akvo reakirita je 2,5 ĝis 5 fojojn (laŭ reakira faktoro).
Energia konsumo
Rigardante la energikonsumon de sensaligo, ĝi ankaŭ estas tre malgranda kompare kun la kvanto de elektro necesa por enigi la elektrolizan ĉelon. La nuna funkcianta inversa osmoza unuo konsumas proksimume 3.0 kW/m3. En kontrasto, termikaj sensaligaj plantoj havas multe pli altan energikonsumon, intervalante de 40 ĝis 80 KWH/m3, kun kromaj potencopostuloj intervalantaj de 2,5 ĝis 5 KWH/m3, depende de la sensaliga teknologio. Prenante la konservativan kazon (t.e. pli alta energibezono) de kungenera planto kiel ekzemplon, supozante la uzon de varmopumpilo, la energipostulo estus konvertita al proksimume 0.7kWh/kg da hidrogeno. Por meti ĉi tion en perspektivon, la elektra postulo de la elektroliza ĉelo estas proksimume 50-55kWh/kg, do eĉ en la plej malbona kazo, la energipostulo por sensaligo estas proksimume 1% de la totala energienigo al la sistemo.
Unu defio de sensaligo estas la forigo de sala akvo, kiu povas havi efikon al lokaj Maraj ekosistemoj. Tiu sala akvo povas esti plu traktita por redukti sian median efikon, tiel aldonante pliajn 0,6-2,40 USD /m³ al la kosto de akvo. Krome, elektroliza akvokvalito estas pli strikta ol trinkakvo kaj povas rezultigi pli altajn traktadkostojn, sed tio daŭre estas atendita esti malgranda kompare kun la elektra enigo.
La akvopiedsigno de elektroliza akvo por hidrogenproduktado estas tre specifa lokparametro kiu dependas de loka akvohavebleco, konsumo, degenero kaj poluo. La ekvilibro de ekosistemoj kaj la efiko de longperspektivaj klimataj tendencoj devus esti pripensitaj. Akvokonsumo estos grava malhelpo al pligrandigo de renovigebla hidrogeno.
Afiŝtempo: Mar-08-2023