Wéi vill Waasser gëtt duerch Elektrolyse verbraucht?

Wéi vill Waasser gëtt duerch Elektrolyse verbraucht

Schrëtt eent: Waasserstoff Produktioun

Waasserverbrauch kënnt aus zwee Schrëtt: Waasserstoffproduktioun an Upstream Energieträgerproduktioun. Fir Waasserstoffproduktioun ass de Minimumverbrauch vun elektrolyséiert Waasser ongeféier 9 Kilo Waasser pro Kilo Waasserstoff. Wéi och ëmmer, wann Dir den Demineraliséierungsprozess vum Waasser berécksiichtegt, kann dëst Verhältnis tëscht 18 an 24 Kilo Waasser pro Kilo Waasserstoff variéieren, oder souguer esou héich wéi 25,7 bis 30,2.

 

Fir den existente Produktiounsprozess (Methandampreforméierung) ass de Minimum Waasserverbrauch 4,5 kgH2O / kgH2 (erfuerderlech fir d'Reaktioun), andeems d'Prozesswaasser a Killmëttel berücksichtegt ass, ass de Minimum Waasserverbrauch 6,4-32,2 kgH2O / kgH2.

 

Schrëtt 2: Energiequellen (erneierbar Elektrizitéit oder Äerdgas)

En anere Bestanddeel ass Waasserverbrauch fir erneierbar Stroum an Äerdgas ze produzéieren. De Waasserverbrauch vu Photovoltaikkraaft variéiert tëscht 50-400 Liter /MWh (2,4-19kgH2O/kgH2) an dee vu Wandkraaft tëscht 5-45 Liter /MWh (0,2-2,1kgH2O/kgH2). Ähnlech kann d'Gasproduktioun aus Schifergas (baséiert op US Daten) vun 1,14kgH2O/kgH2 op 4,9kgH2O/kgH2 eropgesat ginn.

 

Als Conclusioun ass den duerchschnëttleche Gesamtwaasserverbrauch vu Waasserstoff generéiert duerch Photovoltaikenergieproduktioun a Wandkraaftproduktioun ongeféier 32 respektiv 22kgH2O/kgH2. D'Onsécherheete kommen aus Sonnestrahlung, Liewensdauer a Siliziumgehalt. Dëse Waasserverbrauch ass an der selwechter Gréisst wéi d'Waasserstoffproduktioun aus Äerdgas (7,6-37 kgh2o /kgH2, mat engem Duerchschnëtt vun 22kgH2O/kgH2).

 

Total Waasserfoussofdrock: Niddereg wann Dir erneierbar Energie benotzt

Ähnlech wéi CO2 Emissiounen ass eng Viraussetzung fir e nidderegen Waasserofdrock fir elektrolytesch Strecken d'Notzung vun erneierbaren Energiequellen. Wann nëmmen e klengen Deel vum Stroum mat fossille Brennstoffer generéiert gëtt, ass de Waasserverbrauch verbonne mat Elektrizitéit vill méi héich wéi dat tatsächlech Waasser dat während der Elektrolyse verbraucht gëtt.

 

Zum Beispill kann d'Gasenergieproduktioun bis zu 2.500 Liter / MWh Waasser benotzen. Et ass och de beschte Fall fir fossil Brennstoffer (Naturgas). Wann d'Kuelvergasung berücksichtegt gëtt, kann d'Waasserstoffproduktioun 31-31,8 kgH2O / kgH2 verbrauchen an d'Kuelproduktioun kann 14,7 kgH2O / kgH2 verbrauchen. Waasserverbrauch vu Photovoltaik a Wand gëtt erwaart och mat der Zäit erofzegoen well d'Fabrikatiounsprozesser méi effizient ginn an d'Energieausgang pro Eenheet vun der installéierter Kapazitéit verbessert.

 

Gesamtwasserverbrauch am Joer 2050

D'Welt gëtt erwaart vill Mol méi Waasserstoff an Zukunft ze benotzen wéi se haut mécht. Zum Beispill, IRENA's World Energy Transitions Outlook schätzt datt Waasserstoffbedarf am Joer 2050 ongeféier 74EJ wäert sinn, vun deenen ongeféier zwee Drëttel aus erneierbaren Waasserstoff kommen. Am Verglach ass haut (reng Waasserstoff) 8,4EJ.

 

Och wann den elektrolytesche Waasserstoff fir d'ganzt Joer 2050 d'Waasserstoffbedarf entsprécht, wier de Waasserverbrauch ongeféier 25 Milliarde Kubikmeter. D'Figur hei drënner vergläicht dës Figur mat anere mënschleche Waasserverbrauchstroum. D'Landwirtschaft benotzt de gréisste Betrag vun 280 Milliarde Kubikmeter Waasser, während d'Industrie bal 800 Milliarde Kubikmeter benotzt an d'Stied 470 Milliarde Kubikmeter benotzen. Den aktuelle Waasserverbrauch vun der Äerdgasreformatioun a Kuelvergasung fir Waasserstoffproduktioun ass ongeféier 1,5 Milliarde Kubikmeter.

Also, obwuel grouss Quantitéiten u Waasser erwaart ginn ze verbrauchen wéinst Verännerungen an den elektrolytesche Weeër a wuessender Nofro, wäert de Waasserverbrauch aus der Waasserstoffproduktioun nach ëmmer vill méi kleng sinn wéi aner Flëss déi vu Mënschen benotzt ginn. En anere Referenzpunkt ass, datt de Waasserverbrauch pro Awunner tëscht 75 (Lëtzebuerg) an 1.200 (US) Kubikmeter pro Joer läit. Bei enger Moyenne vu 400 m3 / (pro Kapp * Joer) entsprécht d'Gesamtwasserstoffproduktioun am Joer 2050 déi vun engem Land vun 62 Millioune Leit.

 

Wéi vill Waasser kascht a wéi vill Energie benotzt gëtt

 

kascht

Elektrolytesch Zellen erfuerderen héichqualitativ Waasser a brauche Waasserbehandlung. Méi niddereg Qualitéit Waasser féiert zu méi séier Degradatioun a méi kuerz Liewen. Vill Elementer, dorënner Diaphragmen a Katalysatoren, déi an Alkalien benotzt ginn, wéi och d'Membranen a porös Transportschichten vu PEM, kënne negativ vu Waasserverschmotzunge wéi Eisen, Chrom, Kupfer, etc. cm an total organesch Kuelestoff manner wéi 50μg/L.

 

Waasser stellt e relativ klengen Undeel vum Energieverbrauch a Käschten aus. De schlëmmste Fall Szenario fir béid Parameter ass Desalinatioun. Ëmgekéiert Osmose ass d'Haapttechnologie fir Desalinatioun, déi bal 70 Prozent vun der globaler Kapazitéit ausmécht. D'Technologie kascht $ 1900- $ 2000 / m³ / d an huet eng Léierkurve vun 15%. Bei dësen Investitiounskäschte sinn d'Behandlungskäschte ongeféier $ 1 / m³, a kënne méi niddereg sinn a Beräicher wou Stroumkäschte niddereg sinn.

 

Zousätzlech wäerten d'Versandkäschte ëm ongeféier $ 1-2 pro m³ eropgoen. Och an dësem Fall sinn d'Waasserbehandlungskäschte ongeféier $ 0,05 / kgH2. Fir dëst an der Perspektiv ze setzen, kënnen d'Käschte vun erneierbaren Wasserstoff $ 2-3 / kgH2 sinn, wann gutt erneierbar Ressourcen verfügbar sinn, während d'Käschte vun der Moyenne Ressource $ 4-5 / kgH2 sinn.

 

Also an dësem konservativen Szenario wäert Waasser manner wéi 2 Prozent vum Gesamt kaschten. D'Benotzung vu Mierwaasser kann d'Quantitéit u Waasser erholl ëm 2,5 bis 5 Mol erhéijen (a punkto Erhuelungsfaktor).

 

Energieverbrauch

Wann Dir den Energieverbrauch vun der Desalinatioun kuckt, ass et och ganz kleng am Verglach mat der Quantitéit un Elektrizitéit déi néideg ass fir d'elektrolytesch Zell z'input. Déi aktuell Operatioun ëmgedréint Osmose Eenheet verbraucht ongeféier 3,0 kW / m3. Am Géigesaz, hunn thermesch Desalinatiounsanlagen vill méi héich Energieverbrauch, rangéiert vun 40 bis 80 KWH/m3, mat zousätzlech Kraaftfuerderunge vun 2,5 bis 5 KWH/m3, jee no der Desalinatiounstechnologie. Wann een de konservativen Fall (dh méi héich Energiebedarf) vun enger Kogeneratiounsanlag als Beispill hëlt, wann ee vun enger Wärmepompel ugeholl gëtt, géif d'Energiebedarf op ongeféier 0,7kWh/kg Waasserstoff ëmgewandelt ginn. Fir dëst an der Perspektiv ze setzen, ass d'Elektrizitéitsfuerderung vun der elektrolytescher Zell ongeféier 50-55kWh / kg, also och am schlëmmste Fall Szenario ass d'Energiebedarf fir Desalinatioun ongeféier 1% vum gesamten Energieinput an de System.

 

Eng Erausfuerderung vun der Desalinatioun ass d'Entsuergung vu Salzwaasser, wat en Impakt op lokal Marine Ökosystemer kann hunn. Dës Salzlake ka weider behandelt ginn fir hiren Ëmweltimpakt ze reduzéieren, sou datt nach $ 0,6-2,40 /m³ op d'Käschte vum Waasser bäidréit. Zousätzlech ass d'elektrolytesch Waasserqualitéit méi streng wéi Drénkwaasser a kann zu méi héije Behandlungskäschte féieren, awer dëst gëtt nach ëmmer erwaart kleng am Verglach zum Strouminput.

De Waasserfoussofdrock vum elektrolytesche Waasser fir d'Waasserstoffproduktioun ass e ganz spezifesche Standortparameter, dee vun der lokaler Waasserverfügbarkeet, dem Konsum, der Degradatioun an der Verschmotzung hänkt. D'Balance vun den Ökosystemer an den Impakt vu laangfristeg Klimatrends solle berücksichtegt ginn. Waasserverbrauch wäert e groussen Hindernis sinn fir erneierbar Waasserstoff opzebauen.