Quanta acqua hè cunsumata da l'elettrolisi
Passu unu: Pruduzzione d'idrogenu
U cunsumu d'acqua vene da duie tappe: a pruduzzione d'idrogenu è a pruduzzione à monte di purtatori d'energia. Per a pruduzzione d'idrogenu, u cunsumu minimu d'acqua elettrolizzata hè di circa 9 chilogrammi d'acqua per chilogramma d'idrogenu. Tuttavia, tenendu contu di u prucessu di demineralizazione di l'acqua, stu rapportu pò varià da 18 à 24 chilogrammi d'acqua per chilogramma d'idrogenu, o ancu finu à 25,7 à 30,2..
Per u prucessu di pruduzzione esistente (rifurmazione à vapore di metanu), u cunsumu minimu d'acqua hè 4,5 kgH2O/kgH2 (necessariu per a reazione), tenendu contu di l'acqua di prucessu è di u raffreddamentu, u cunsumu minimu d'acqua hè 6,4-32,2 kgH2O/kgH2.
Passu 2: Fonti d'energia (elettricità rinnuvevule o gasu naturale)
Un altru cumpunente hè u cunsumu d'acqua per pruduce elettricità rinnuvevule è gasu naturale. U cunsumu d'acqua di l'energia fotovoltaica varieghja trà 50-400 litri / MWh (2,4-19 kgH2O/kgH2) è quellu di l'energia eolica trà 5-45 litri / MWh (0,2-2,1 kgH2O/kgH2). In listessu modu, a pruduzzione di gasu da u gasu di scistu (basata annantu à i dati americani) pò esse aumentata da 1,14 kgH2O/kgH2 à 4,9 kgH2O/kgH2.
In cunclusione, u cunsumu tutale mediu d'acqua per l'idrogenu generatu da a generazione di energia fotovoltaica è a generazione di energia eolica hè di circa 32 è 22 kgH2O/kgH2, rispettivamente. L'incertezze derivanu da a radiazione solare, a durata di vita è u cuntenutu di siliciu. Stu cunsumu d'acqua hè di u listessu ordine di grandezza chè a pruduzzione d'idrogenu da u gasu naturale (7,6-37 kgh2o/kgH2, cù una media di 22 kgH2O/kgH2).
Impronta idrica tutale: Più bassa quandu si usa energia rinnuvevule
Simile à l'emissioni di CO2, un prerequisitu per una bassa impronta idrica per e vie elettrolitiche hè l'usu di fonti d'energia rinnuvevuli. Sè solu una piccula frazione di l'elettricità hè generata cù combustibili fossili, u cunsumu d'acqua assuciatu à l'elettricità hè assai più altu ch'è l'acqua effettivamente cunsumata durante l'elettrolisi.
Per esempiu, a pruduzzione d'energia à gas pò aduprà finu à 2.500 litri / MWh d'acqua. Hè ancu u megliu casu per i combustibili fossili (gas naturale). Sè si cunsidereghja a gassificazione di u carbone, a pruduzzione d'idrogenu pò cunsumà 31-31,8 kgH2O/kgH2 è a pruduzzione di carbone pò cunsumà 14,7 kgH2O/kgH2. Si prevede ancu chì u cunsumu d'acqua da u fotovoltaicu è u ventu diminuirà cù u tempu, postu chì i prucessi di fabricazione diventanu più efficienti è a pruduzzione d'energia per unità di capacità installata migliora.
Cunsumu tutale d'acqua in u 2050
Si prevede chì u mondu aduprerà assai più idrogenu in u futuru chè oghje. Per esempiu, u World Energy Transitions Outlook di l'IRENA stima chì a dumanda di idrogenu in u 2050 serà di circa 74 EJ, di i quali circa dui terzi veneranu da l'idrogenu rinnuvevule. In paragone, oghje (idrogenu puru) hè di 8,4 EJ.
Ancu s'è l'idrogenu elettroliticu puderia risponde à a dumanda d'idrogenu per tuttu u 2050, u cunsumu d'acqua seria di circa 25 miliardi di metri cubi. A figura sottu paraguna sta cifra à altri flussi di cunsumu d'acqua artificiali. L'agricultura usa a più grande quantità di 280 miliardi di metri cubi d'acqua, mentre chì l'industria usa quasi 800 miliardi di metri cubi è e cità utilizanu 470 miliardi di metri cubi. U cunsumu attuale d'acqua per a reformazione di u gas naturale è a gassificazione di u carbone per a pruduzzione d'idrogenu hè di circa 1,5 miliardi di metri cubi.
Cusì, ancu s'è si prevede chì grandi quantità d'acqua saranu cunsumate per via di i cambiamenti in e vie elettrolitiche è di a dumanda crescente, u cunsumu d'acqua da a pruduzzione d'idrogenu serà sempre assai più chjucu chè 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 à l'annu. Cù una media di 400 m3 / (per capita * annu), a pruduzzione tutale d'idrogenu in u 2050 hè equivalente à quella di un paese di 62 milioni di persone.
Quantu costa l'acqua è quanta energia hè aduprata
costu
E cellule elettrolitiche necessitanu acqua di alta qualità è necessitanu trattamentu di l'acqua. L'acqua di qualità inferiore porta à una degradazione più rapida è à una vita più corta. Parechji elementi, cumpresi i diaframmi è i catalizatori utilizati in l'alcalini, è ancu e membrane è i strati di trasportu porosi di PEM, ponu esse affettati negativamente da impurità di l'acqua cum'è u ferru, u cromu, u rame, ecc. A cunduttività di l'acqua deve esse inferiore à 1 μS/cm è u carbone organicu tutale inferiore à 50 μg/L.
L'acqua rapprisenta una parte relativamente chjuca di u cunsumu è di i costi energetichi. U peghju scenariu per i dui parametri hè a desalinizazione. L'osmosi inversa hè a tecnulugia principale per a desalinizazione, chì rapprisenta guasi u 70% di a capacità mundiale. A tecnulugia costa $ 1900- $ 2000 / m³ / g è hà una curva di apprendimentu di u 15%. À questu costu d'investimentu, u costu di trattamentu hè di circa $ 1 / m³, è pò esse più bassu in e zone induve i costi di l'elettricità sò bassi.
Inoltre, i costi di spedizione aumenteranu di 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 sò dispunibili bone risorse rinnuvevuli, mentre chì u costu di a risorsa media hè $ 4-5 / kgH2.
Dunque, in questu scenariu cunservatore, l'acqua costerebbe menu di u 2% di u totale. L'usu di l'acqua di mare pò aumentà a quantità d'acqua recuperata da 2,5 à 5 volte (in termini di fattore di recuperu).
Cunsumu d'energia
Fighjendu u cunsumu energeticu di a desalinizazione, hè ancu assai chjucu paragunatu à a quantità di elettricità necessaria per immette in a cellula elettrolitica. L'unità di osmosi inversa attualmente in funzione cunsuma circa 3,0 kW/m3. In cuntrastu, l'impianti di desalinizazione termica anu un cunsumu energeticu assai più altu, chì varieghja da 40 à 80 kWH/m3, cù esigenze di putenza supplementari chì varieghjanu da 2,5 à 5 kWH/m3, secondu a tecnulugia di desalinizazione. Pigliendu u casu cunservatore (vale à dì una dumanda energetica più alta) di un impianto di cogenerazione cum'è esempiu, supponendu l'usu di una pompa di calore, a dumanda energetica seria cunvertita à circa 0,7 kWh/kg d'idrogenu. Per mette questu in perspettiva, a dumanda di elettricità di a cellula elettrolitica hè di circa 50-55 kWh/kg, dunque ancu in u peghju scenariu, a dumanda energetica per a desalinizazione hè di circa l'1% di l'input energeticu tutale à u sistema.
Una sfida di a desalinizazione hè u smaltimentu di l'acqua salata, chì pò avè un impattu nantu à l'ecosistemi marini lucali. Sta salamoia pò esse trattata ulteriormente per riduce u so impattu ambientale, aghjunghjendu cusì altri $ 0,6-2,40 / m³ à u costu di l'acqua. Inoltre, a qualità di l'acqua elettrolitica hè più rigorosa chè l'acqua potabile è pò purtà à costi di trattamentu più elevati, ma si prevede chì questu sia sempre chjucu paragunatu à l'input energeticu.
L'impronta idrica di l'acqua elettrolitica per a pruduzzione d'idrogenu hè un parametru di lucalizazione assai specificu chì dipende da a dispunibilità lucale di l'acqua, u cunsumu, a degradazione è l'inquinamentu. L'equilibriu di l'ecosistemi è l'impattu di e tendenze climatiche à longu andà devenu esse presi in cunsiderazione. U cunsumu d'acqua serà un ostaculu maiò à a diffusione di l'idrogenu rinnuvevule.
Data di publicazione: 08 marzu 2023