Kiom da akvo estas konsumata per elektrolizo?

Kiom da akvo estas konsumata per elektrolizo

Paŝo unu: Hidrogenproduktado

Akvokonsumo venas de du paŝoj: hidrogenproduktado kaj kontraŭflua energiportanta produktado. Por hidrogenproduktado, la minimuma konsumo de elektrolizita akvo estas proksimume 9 kilogramoj da akvo por kilogramo da hidrogeno. Tamen, konsiderante la senmineraligan procezon de akvo, ĉi tiu proporcio povas varii de 18 ĝis 24 kilogramoj da akvo por kilogramo da hidrogeno, aŭ eĉ tiel alte kiel 25,7 ĝis 30,2..

 

Por la ekzistanta produktada procezo (metanvaporreformado), la minimuma akvokonsumo estas 4,5 kgH2O/kgH2 (necesa por la reakcio), konsiderante procezan akvon kaj malvarmigon, la minimuma akvokonsumo estas 6,4-32,2 kgH2O/kgH2.

 

Paŝo 2: Energifontoj (renovigebla elektro aŭ tergaso)

Alia komponanto estas akvokonsumo por produkti renovigeblan elektron kaj tergason. La akvokonsumo de fotovoltaika energio varias inter 50-400 litroj/MWh (2,4-19 kgH2O/kgH2) kaj tiu de venta energio inter 5-45 litroj/MWh (0,2-2,1 kgH2O/kgH2). Simile, gasproduktado el ardezargila gaso (bazita sur usonaj datumoj) povas esti pliigita de 1,14 kgH2O/kgH2 ĝis 4,9 kgH2O/kgH2.

 

Konklude, la averaĝa totala akvokonsumo de hidrogeno generita per fotovoltaeca kaj venta energio estas proksimume 32 kaj 22 kgH2O/kgH2, respektive. La necertecoj devenas de suna radiado, vivdaŭro kaj silicia enhavo. Ĉi tiu akvokonsumo estas samgrandordo kiel hidrogenproduktado el tergaso (7,6-37 kgh2O/kgH2, kun averaĝo de 22 kgH2O/kgH2).

 

Totala akva spuro: Pli malalta kiam oni uzas renovigeblan energion

Simile al CO2-emisioj, antaŭkondiĉo por malalta akvospuro por elektrolizaj vojoj estas la uzo de renovigeblaj energifontoj. Se nur malgranda frakcio de la elektro estas generita per fosiliaj brulaĵoj, la akvokonsumo asociita kun elektro estas multe pli alta ol la efektive konsumita akvo dum elektrolizo.

 

Ekzemple, gasa elektroproduktado povas uzi ĝis 2 500 litrojn/MWh da akvo. Ĝi ankaŭ estas la plej bona kazo por fosiliaj brulaĵoj (natura gaso). Se oni konsideras karbogasigadon, hidrogenproduktado povas konsumi 31-31,8 kgH₂O/kgH₂ kaj karboproduktado povas konsumi 14,7 kgH₂O/kgH₂. Oni ankaŭ atendas, ke akvokonsumo de fotovoltaiko kaj ventoenergio malpliiĝos laŭlonge de la tempo, ĉar la fabrikadaj procezoj fariĝos pli efikaj kaj la energiproduktado por unuo de instalita kapacito pliboniĝos.

 

Totala akvokonsumo en 2050

Oni atendas, ke la mondo uzos multe pli da hidrogeno en la estonteco ol hodiaŭ. Ekzemple, la "World Energy Transitions Outlook" de IRENA taksas, ke la postulo je hidrogeno en 2050 estos ĉirkaŭ 74 EJ, el kiuj ĉirkaŭ du trionoj venos de renovigebla hidrogeno. Kompare, hodiaŭ (pura hidrogeno) estas 8,4 EJ.

 

Eĉ se elektroliza hidrogeno povus kontentigi la hidrogenan bezonon por la tuta jaro 2050, la akvokonsumo estus ĉirkaŭ 25 miliardoj da kubaj metroj. La suba figuro komparas ĉi tiun ciferon kun aliaj homfaritaj akvokonsumaj fluoj. 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 por tergasa reformado kaj karbogasigado por hidrogenproduktado estas ĉirkaŭ 1,5 miliardoj da kubaj metroj.

Tiel, kvankam oni atendas, ke grandaj kvantoj da akvo estos konsumitaj pro ŝanĝoj en la elektrolizaj vojoj kaj kreskanta postulo, la akvokonsumo el hidrogenproduktado ankoraŭ estos multe pli malgranda ol aliaj fluoj uzataj de homoj. Alia referencpunkto estas, ke la akvokonsumo pokape estas inter 75 (Luksemburgio) kaj 1 200 (Usono) kubaj metroj jare. Kun averaĝo de 400 m3 / (pokape * jaro), la totala hidrogenproduktado en 2050 egalvaloras al tiu de lando kun 62 milionoj da homoj.

 

Kiom da akvo kostas kaj kiom da energio estas uzata

 

kosto

Elektrolizaj ĉeloj postulas altkvalitan akvon kaj postulas akvopurigadon. Malpli altkvalita akvo kondukas al pli rapida putriĝo kaj pli mallonga vivo. Multaj elementoj, inkluzive de diafragmoj kaj kataliziloj uzataj en alkaloj, same kiel la membranoj kaj poraj transporttavoloj de PEM, povas esti negative trafitaj de akvaj malpuraĵoj kiel fero, kromo, kupro, ktp. Akvokondukteco devas esti malpli ol 1 μS/cm kaj totala organika karbono malpli ol 50 μg/L.

 

Akvo respondecas pri relative malgranda parto de la energikonsumo kaj kostoj. La plej malbona scenaro por ambaŭ parametroj estas sensaligo. Inversa osmozo estas la ĉefa teknologio por sensaligo, respondeca pri preskaŭ 70 procentoj de la tutmonda kapacito. La teknologio kostas 1900-2000 USD / m³/tage kaj havas lernadokurban indicon de 15%. Je ĉi tiu investa kosto, la traktadkosto estas ĉirkaŭ 1 USD /m³, kaj povas esti pli malalta en areoj kie elektrokostoj estas malaltaj.

 

Krome, la sendokostoj kreskos je ĉirkaŭ 1-2 dolaroj por m³. Eĉ en ĉi tiu kazo, la kostoj de akvopurigado estas ĉirkaŭ 0,05 dolaroj /kgH2. Por kompreni tion, la kosto de renovigebla hidrogeno povas esti 2-3 dolaroj /kgH2 se bonaj renovigeblaj rimedoj estas haveblaj, dum la kosto de la meza rimedo estas 4-5 dolaroj /kgH2.

 

Do en ĉi tiu konservativa scenaro, akvo kostus malpli ol 2 procentojn de la tuto. La uzo de marakvo povas pliigi la kvanton de reakirita akvo je 2,5 ĝis 5 fojojn (rilate al la reakira faktoro).

 

Energikonsumo

Rigardante la energikonsumon de sensaligo, ĝi ankaŭ estas tre malgranda kompare kun la kvanto da elektro bezonata por enigi la elektrolizan ĉelon. La nuntempe funkcianta inversosmoza unuo konsumas ĉirkaŭ 3.0 kW/m³. Kontraste, termikaj sensaligaj instalaĵoj havas multe pli altan energikonsumon, variante de 40 ĝis 80 kWH/m³, kun aldonaj potencpostuloj variante de 2.5 ĝis 5 kWH/m³, depende de la sensaliga teknologio. Prenante la konservativan kazon (t.e., pli altan energibezonon) de kogenerada instalaĵo kiel ekzemplon, supozante la uzon de varmopumpilo, la energibezono estus konvertita al ĉirkaŭ 0.7 kWh/kg da hidrogeno. Por meti tion en perspektivon, la elektrobezono de la elektroliza ĉelo estas ĉirkaŭ 50-55 kWh/kg, do eĉ en la plej malbona kazo, la energibezono por sensaligo estas ĉirkaŭ 1% de la totala energienigo al la sistemo.

 

Unu defio de sensaligo estas la forigo de sala akvo, kiu povas havi efikon sur lokaj maraj ekosistemoj. Ĉi tiu sala akvo povas esti plue traktita por redukti sian median efikon, tiel aldonante pliajn 0,6-2,40 USD/m³ al la kosto de akvo. Krome, la elektroliza akvokvalito estas pli strikta ol trinkakvo kaj povas rezultigi pli altajn traktadkostojn, sed oni ankoraŭ atendas, ke tio estos malgranda kompare kun la energia konsumo.

La akva spuro de elektroliza akvo por hidrogenproduktado estas tre specifa lokparametro, kiu dependas de loka akvohavebleco, konsumo, degenero kaj poluado. La ekvilibro de ekosistemoj kaj la efiko de longperspektivaj klimataj tendencoj devus esti konsiderataj. Akvokonsumo estos grava obstaklo al la plivastigo de renovigebla hidrogeno.