Quanta aquae per electrolysin consumitur?

Quanta aqua per electrolysin consumitur

Gradus primus: Productio hydrogenii

Aquae consumptio ex duobus gradibus oritur: productione hydrogenii et productione vectoris energiae superioris. Ad productionem hydrogenii, minima consumptio aquae electrolyticae est circiter 9 chiliogrammata aquae per chiliogramma hydrogenii. Attamen, considerato processu demineralizationis aquae, haec proportio variari potest ab 18 ad 24 chiliogrammata aquae per chiliogramma hydrogenii, vel etiam usque ad 25.7 ad 30.2..

 

Pro processu productionis existente (reformatione vaporis methani), minima aquae consumptio est 4.5kgH₂O/kgH₂ (requiritur ad reactionem), et habitis rationibus aquae processus et refrigerationis, minima aquae consumptio est 6.4-32.2kgH₂O/kgH₂.

 

Gradus 2: Fontes energiae (electricitas renovabilis vel gas naturale)

Alia pars est consumptio aquae ad electricitatem renovabilem et gas naturale producendum. Consumptio aquae energiae photovoltaicae variat inter 50-400 litra/MWh (2.4-19kgH2O/kgH2) et energiae e vento inter 5-45 litra/MWh (0.2-2.1kgH2O/kgH2). Similiter, productio gasis e gas schistoso (secundum data Americana) augeri potest ab 1.14kgH2O/kgH2 ad 4.9kgH2O/kgH2.

 

Concludendo, media aquae consumptio hydrogenii ex generatione energiae photovoltaicae et energiae eolicae generati est circiter 32 et 22 kgH₂O/kgH₂ respective. Incertitudines ex radiatione solari, vita et contento silicii oriuntur. Haec aquae consumptio eiusdem magnitudinis ordinis est ac productio hydrogenii ex gaso naturali (7.6-37 kgH₂O/kgH₂, cum media 22 kgH₂O/kgH₂).

 

Vestigium aquae totale: Minus cum energia renovabilis adhibetur

Similiter ac emissionibus CO2, condicio necessaria ad vestigium aquae parvum pro viis electrolyticis est usus fontium energiae renovabilis. Si tantum parva pars electricitatis ex combustibilibus fossilibus generatur, consumptio aquae cum electricitate coniuncta multo maior est quam aqua reapse consumptita per electrolysin.

 

Exempli gratia, generatio energiae gasis usque ad 2500 litras/MWh aquae consumere potest. Hoc quoque optimus exemplum est pro combustibilibus fossilibus (gas naturali). Si gasificatio carbonis consideratur, productio hydrogenii 31-31.8 kgH₂O/kgH₂ et productio carbonis 14.7 kgH₂O/kgH₂ consumere potest. Consumptio aquae ex photovoltaicis et vento etiam exspectatur decrescere tempore procedente, cum processus fabricationis efficaciores fiunt et productio energiae per unitatem capacitatis installatae augetur.

 

Summa aquae consumptio anno 2050

Mundus multo plus hydrogenii in futuro quam hodie utitur exspectatur. Exempli gratia, secundum IRENA, "World Energy Transitions Outlook" aestimatur postulationem hydrogenii anno 2050 fore circiter 74EJ, cuius circiter duae tertiae partes ex hydrogenio renovabili provenient. Comparate, hodie (hydrogenium purum) est 8.4EJ.

 

Etiam si hydrogenium electrolyticum postulationem hydrogenii per totum annum 2050 explere posset, aquae consumptio circiter 25 miliarda metrorum cubicorum esset. Figura infra hanc figuram cum aliis fontibus aquae ab hominibus factis comparat. Agricultura maximam quantitatem aquae, 280 miliarda metrorum cubicorum, utitur, dum industria fere 800 miliarda metrorum cubicorum et urbes 470 miliarda metrorum cubicorum utuntur. Aquae consumptio hodierna ad reformandum gas naturale et gasificandum carbonis ad productionem hydrogenii est circiter 1.5 miliarda metrorum cubicorum.

Ergo, quamquam magnae aquae copiae consumi exspectantur propter mutationes in viis electrolyticis et crescente postulatione, aquae consumptio ex productione hydrogenii adhuc multo minor erit quam alii fluxus ab hominibus adhibiti. Aliud punctum referentiae est consumptionem aquae per capita inter 75 (Luxemburgum) et 1200 (Civitates Foederatae Americae) metra cubica per annum esse. Cum medio 400 m3 / (per capita * anno), tota hydrogenii productio anno 2050 aequivalet ei patriae 62 milionum incolarum.

 

Quantum aquae constat et quanta energia consumitur

 

sumptus

Cellulae electrolyticae aquam optimae qualitatis requirunt et curationem aquae requirunt. Aqua inferioris qualitatis ad degradationem celeriorem et vitam breviorem ducit. Multa elementa, inter quae diaphragmata et catalysatores in alcalinis adhibiti, necnon membranae et strata porosa translationis PEM, ab impuritatibus aquae, ut ferro, chromio, cupro, etc., adverse affici possunt. Conductivitas aquae minor quam 1μS/cm et carbonium organicum totale minus quam 50μg/L esse debet.

 

Aqua partem relative parvam consumptionis energiae et sumptuum constituit. Pessimum eventum pro utroque parametro est desalinatio. Osmosis inversa est technologia principalis desalinationis, fere 70 centesimas capacitatis globalis comprehendens. Technologia constat $1900-$2000 / m³/d et habet curvam discendi 15%. Hoc pretio collocatae pecuniae, sumptus curationis est circiter $1 /m³, et minor esse potest in regionibus ubi sumptus electricitatis humiles sunt.

 

Praeterea, sumptus vecturae augebuntur circiter $1-2 per m³. Etiam in hoc casu, sumptus curationis aquae sunt circiter $0.05 /kgH2. Ut hoc in prospectu ponatur, pretium hydrogenii renovabilis potest esse $2-3 /kgH2 si bonae opes renovabiles praesto sunt, cum pretium opis mediae sit $4-5 /kgH2.

 

Ergo in hoc exemplo conservativo, aqua minus quam duo centesimae totius pretii constaret. Usus aquae marinae quantitatem aquae recuperatae bis et dimidio ad quintuplo augere potest (quod ad factorem recuperationis attinet).

 

Consumptio energiae

Si consumptionem energiae desalinationis consideramus, haec etiam valde parva est comparata cum quantitate electricitatis necessaria ad cellulam electrolyticam immittendam. Machina osmosis inversae hodie operans circiter 3.0 kW/m3 consumit. Contra, officinae desalinationis thermales multo maiorem energiae consumptionem habent, a 40 ad 80 kWH/m3 variantem, cum requisitis potentiae additis a 2.5 ad 5 kWH/m3 variantibus, secundum technologiam desalinationis. Exemplo conservativo (id est, maiori energiae postulatione) officinae cogenerationis sumpto, si usum antliae caloricae supponimus, energiae postulatio converteretur ad circiter 0.7 kWh/kg hydrogenii. Ut hoc in prospectu ponatur, electricitas postulata cellulae electrolyticae est circiter 50-55 kWh/kg, ita etiam in pessimo casu, energiae postulatio pro desalinatione est circiter 1% totius energiae immissae in systema.

 

Una difficultas desalinationis est aqua salsa evacuatio, quae oecosystemata marina localia afficere potest. Haec salsamentum ulterius tractari potest ut effectus eius in ambitum minuatur, ita addendo aliud $0.6-2.40/m³ ad pretium aquae. Praeterea, qualitas aquae electrolyticae strictior est quam aquae potabilis et ad maiores sumptus curationis ducere potest, sed hoc tamen parvum esse exspectatur comparatum cum energia absorbita.

Vestigium aquae electrolyticae ad hydrogenii productionem est parametrus loci valde specificus qui a copia aquae locali, consumptione, degradatione et pollutione pendet. Aequilibrium oecosystematum et impetus inclinationum climatis diuturnarum considerandi sunt. Consumptio aquae impedimentum magnum erit ad amplificandam hydrogenium renovabile.