Hoefolle wetter wurdt ferbrûkt troch elektrolyse
Stap ien: Produksje fan wetterstof
Wettergebrûk komt út twa stappen: wetterstofproduksje en produksje fan enerzjydragers opstream. Foar wetterstofproduksje is it minimale ferbrûk fan elektrolysearre wetter sawat 9 kilogram wetter per kilogram wetterstof. Rekken hâldend mei it demineralisaasjeproses fan wetter kin dizze ferhâlding lykwols fariearje fan 18 oant 24 kilogram wetter per kilogram wetterstof, of sels sa heech as 25,7 oant 30,2..
Foar it besteande produksjeproses (metaanstoomreforming) is it minimale wetterferbrûk 4,5 kgH2O/kgH2 (nedich foar reaksje), rekken hâldend mei proseswetter en koeling is it minimale wetterferbrûk 6,4-32,2 kgH2O/kgH2.
Stap 2: Enerzjyboarnen (duorsume elektrisiteit of ierdgas)
In oare komponint is wetterferbrûk om duorsume elektrisiteit en ierdgas te produsearjen. It wetterferbrûk fan fotovoltaïske enerzjy farieart tusken 50-400 liter /MWh (2,4-19 kgH2O/kgH2) en dat fan wynenerzjy tusken 5-45 liter /MWh (0,2-2,1 kgH2O/kgH2). Op deselde wize kin de gasproduksje út skalygas (basearre op Amerikaanske gegevens) ferhege wurde fan 1,14 kgH2O/kgH2 nei 4,9 kgH2O/kgH2.
Konklúzjend kin sein wurde dat it gemiddelde totale wetterferbrûk fan wetterstof opwekt troch fotovoltaïsche enerzjyopwekking en wynenerzjyopwekking sawat 32 en 22 kgH2O/kgH2 is, respektivelik. De ûnwissichheden komme fan sinnestrieling, libbensdoer en silisiumynhâld. Dit wetterferbrûk is yn deselde oarder fan grutte as wetterstofproduksje út ierdgas (7,6-37 kgh2o/kgH2, mei in gemiddelde fan 22 kgH2O/kgH2).
Totale wetterfoetôfdruk: Leger by it brûken fan duorsume enerzjy
Lykas by CO2-útstjit is in betingst foar in lege wetterfoetôfdruk foar elektrolytyske rûtes it gebrûk fan duorsume enerzjyboarnen. As mar in lyts part fan 'e elektrisiteit opwekt wurdt mei fossile brânstoffen, is it wetterferbrûk dat ferbûn is mei elektrisiteit folle heger as it werklike wetter dat brûkt wurdt tidens elektrolyse.
Bygelyks, gaskrêftopwekking kin oant 2.500 liter / MWh wetter brûke. It is ek it bêste gefal foar fossile brânstoffen (ierdgas). As koalfergassing beskôge wurdt, kin wetterstofproduksje 31-31,8 kgH2O/kgH2 ferbrûke en koalproduksje kin 14,7 kgH2O/kgH2 ferbrûke. It wetterferbrûk fan fotovoltaïsche enerzjy en wyn sil nei ferwachting ek yn 'e rin fan' e tiid ôfnimme as produksjeprosessen effisjinter wurde en de enerzjyútfier per ienheid fan ynstalleare kapasiteit ferbetteret.
Totaal wetterferbrûk yn 2050
De wrâld wurdt ferwachte dat se yn 'e takomst folle mear wetterstof brûke sil as hjoed. Bygelyks, IRENA's World Energy Transitions Outlook skat dat de fraach nei wetterstof yn 2050 sawat 74 EJ sil wêze, wêrfan sawat twa tredde sil komme fan duorsume wetterstof. Ter ferliking is hjoed (suvere wetterstof) 8,4 EJ.
Sels as elektrolytyske wetterstof yn hiel 2050 oan de wetterstoffraach foldwaan koe, soe it wetterferbrûk sawat 25 miljard kubike meter wêze. De ûndersteande figuer fergeliket dit sifer mei oare troch de minske makke wetterferbrûkstreamen. Lânbou brûkt de grutste hoemannichte fan 280 miljard kubike meter wetter, wylst de yndustry hast 800 miljard kubike meter brûkt en stêden 470 miljard kubike meter. It hjoeddeistige wetterferbrûk foar ierdgasreforming en stienkoalfergassing foar wetterstofproduksje is sawat 1,5 miljard kubike meter.
Sa, hoewol ferwachte wurdt dat grutte hoemannichten wetter ferbrûkt wurde sille fanwegen feroaringen yn elektrolytyske paden en groeiende fraach, sil it wetterferbrûk fan wetterstofproduksje noch folle lytser wêze as oare streamingen dy't troch minsken brûkt wurde. In oar referinsjepunt is dat it wetterferbrûk per capita tusken de 75 (Lúksemboarch) en 1.200 (FS) kubike meter per jier leit. Mei in gemiddelde fan 400 m3 / (per capita * jier) is de totale wetterstofproduksje yn 2050 lykweardich oan dy fan in lân fan 62 miljoen minsken.
Hoefolle wetter kostet en hoefolle enerzjy wurdt brûkt
kosten
Elektrolytyske sellen fereaskje wetter fan hege kwaliteit en fereaskje wettersuvering. Wetter fan legere kwaliteit liedt ta fluggere degradaasje en in koartere libbensdoer. In protte eleminten, ynklusyf diafragma's en katalysatoren dy't brûkt wurde yn alkalinen, lykas de membranen en poreuze transportlagen fan PEM, kinne negatyf beynfloede wurde troch wetterûnreinheden lykas izer, chromium, koper, ensfh. De wettergelieding moat minder wêze as 1μS/cm en de totale organyske koalstof minder as 50μg/L.
Wetter is ferantwurdlik foar in relatyf lyts oandiel fan enerzjyferbrûk en kosten. It worst-case senario foar beide parameters is ûntsâlting. Omkearde osmose is de wichtichste technology foar ûntsâlting, goed foar hast 70 prosint fan 'e wrâldwide kapasiteit. De technology kostet $1900-$2000 / m³/d en hat in learkromme fan 15%. By dizze ynvestearringskosten binne de behannelingskosten sawat $1 /m³, en kinne leger wêze yn gebieten dêr't elektrisiteitskosten leech binne.
Derneist sille de ferstjoerkosten mei sawat $1-2 per m³ tanimme. Sels yn dit gefal binne de wettersuveringskosten sawat $0,05 /kgH2. Om dit yn perspektyf te pleatsen, kinne de kosten fan duorsume wetterstof $2-3 /kgH2 wêze as goede duorsume boarnen beskikber binne, wylst de kosten fan 'e gemiddelde boarne $4-5 /kgH2 binne.
Dus yn dit konservative senario soe wetter minder as 2 prosint fan it totaal kostje. It brûken fan seewetter kin de hoemannichte wetter dy't weromwûn wurdt mei 2,5 oant 5 kear ferheegje (yn termen fan weromwinningsfaktor).
Enerzjyferbrûk
As wy sjogge nei it enerzjyferbrûk fan ûntsâlting, is it ek tige lyts yn ferliking mei de hoemannichte elektrisiteit dy't nedich is om de elektrolytyske sel yn te fieren. De hjoeddeiske wurkjende omkearde osmose-ienheid ferbrûkt sawat 3,0 kW/m3. Yn tsjinstelling hawwe termyske ûntsâltingsynstallaasjes in folle heger enerzjyferbrûk, fariearjend fan 40 oant 80 kWH/m3, mei ekstra enerzjybehoeften fariearjend fan 2,5 oant 5 kWH/m3, ôfhinklik fan 'e ûntsâltingtechnology. As wy it konservative gefal (d.w.s. hegere enerzjyfraach) fan in waarmtekrêftsintrale as foarbyld nimme, en útgeande fan it gebrûk fan in waarmtepomp, soe de enerzjyfraach omset wurde nei sawat 0,7 kWh/kg wetterstof. Om dit yn perspektyf te pleatsen, is de elektrisiteitsfraach fan 'e elektrolytyske sel sawat 50-55 kWh/kg, dus sels yn it minste gefal is de enerzjyfraach foar ûntsâlting sawat 1% fan 'e totale enerzjyynfier nei it systeem.
Ien útdaging fan ûntsâlting is it ôffieren fan sâlt wetter, wat ynfloed hawwe kin op lokale marine ekosystemen. Dizze sâltwetter kin fierder behannele wurde om de miljeu-ynfloed te ferminderjen, wêrtroch't nochris $ 0,6-2,40 /m³ tafoege wurdt oan de kosten fan wetter. Derneist is de kwaliteit fan elektrolytysk wetter stranger as dy fan drinkwetter en kin it liede ta hegere suveringskosten, mar dit wurdt ferwachte noch altyd lyts te wêzen yn ferliking mei de enerzjyynfier.
De wetterfoetôfdruk fan elektrolytysk wetter foar wetterstofproduksje is in tige spesifike lokaasjeparameter dy't ôfhinklik is fan lokale beskikberens, konsumpsje, degradaasje en fersmoarging fan wetter. De lykwicht fan ekosystemen en de ynfloed fan klimaattrends op lange termyn moatte wurde beskôge. Wetterferbrûk sil in grutte hindernis wêze foar it opskalearjen fan duorsume wetterstof.
Pleatsingstiid: 8 maart 2023