Wéi vill Waasser gëtt duerch Elektrolyse verbraucht?

Wéi vill Waasser gëtt duerch Elektrolyse verbraucht

Schrëtt een: Waasserstoffproduktioun

De Waasserverbrauch besteet aus zwou Etappen: Waasserstoffproduktioun a Produktioun vun Energieträger no uewen. Fir d'Waasserstoffproduktioun ass de Mindestverbrauch vun elektrolyséiertem Waasser ongeféier 9 Kilogramm Waasser pro Kilogramm Waasserstoff. Wann een awer den Demineralisatiounsprozess vum Waasser berécksiichtegt, kann dëst Verhältnis tëscht 18 a 24 Kilogramm Waasser pro Kilogramm Waasserstoff oder souguer bis zu 25,7 bis 30,2 leien..

 

Fir de bestehenden Produktiounsprozess (Methandampreforming) ass de Mindestwaasserverbrauch 4,5 kgH2O/kgH2 (erfuerderlech fir d'Reaktioun), ënner Berécksiichtegung vum Prozesswaasser an der Ofkillung ass de Mindestwaasserverbrauch 6,4-32,2 kgH2O/kgH2.

 

Schrëtt 2: Energiequellen (erneierbar Elektrizitéit oder Äerdgas)

Eng aner Komponent ass de Waasserverbrauch fir d'Produktioun vun erneierbaren Stroumquellen an Äerdgas. De Waasserverbrauch vu Photovoltaik variéiert tëscht 50-400 Liter/MWh (2,4-19 kgH2O/kgH2) an dee vu Wandenergie tëscht 5-45 Liter/MWh (0,2-2,1 kgH2O/kgH2). Ähnlech kann d'Gasproduktioun aus Schiefergas (baséiert op US-Donnéeën) vun 1,14 kgH2O/kgH2 op 4,9 kgH2O/kgH2 erhéicht ginn.

 

Schlussendlech ass den duerchschnëttleche Gesamtwaasserverbrauch vu Waasserstoff, deen duerch Photovoltaik- a Wandenergieproduktioun produzéiert gëtt, ongeféier 32 respektiv 22 kgH2O/kgH2. D'Onsécherheete stamen vun der Sonnestralung, der Liewensdauer an dem Siliziumgehalt. Dëse Waasserverbrauch ass an der selwechter Gréisstenuerdnung wéi d'Waasserstoffproduktioun aus Äerdgas (7,6-37 kgh2o/kgH2, mat engem Duerchschnëtt vun 22 kgH2O/kgH2).

 

Gesamte Waasserofdrock: Méi kleng bei der Notzung vun erneierbaren Energien

Ähnlech wéi bei den CO2-Emissiounen ass eng Viraussetzung fir e klenge Waasserofdrock bei elektrolytesche Strecken d'Benotzung vun erneierbaren Energiequellen. Wann nëmmen e klenge Brochdeel vum Stroum mat fossile Brennstoffer produzéiert gëtt, ass de Waasserverbrauch am Zesummenhang mam Stroum vill méi héich wéi dat tatsächlecht Waasserverbrauch bei der Elektrolyse.

 

Zum Beispill kann d'Gasenergieproduktioun bis zu 2.500 Liter/MWh Waasser verbrauchen. Et ass och dee beschte Fall fir fossil Brennstoffer (Äerdgas). Wann d'Kuelevergasung berécksiichtegt gëtt, kann d'Waasserstoffproduktioun 31-31,8 kgH2O/kgH2 verbrauchen an d'Kueleproduktioun 14,7 kgH2O/kgH2. De Waasserverbrauch vu Photovoltaik a Wandenergie gëtt erwaart och mat der Zäit erofzegoen, well d'Produktiounsprozesser méi effizient ginn an d'Energieleistung pro Eenheet vun der installéierter Leeschtung verbessert gëtt.

 

Gesamtwaasserverbrauch am Joer 2050

Et gëtt erwaart, datt d'Welt an Zukunft vill Mol méi Waasserstoff verbrauche wäert wéi haut. Zum Beispill schätzt den IRENA säi World Energy Transitions Outlook, datt de Waasserstoffbedarf am Joer 2050 ongeféier 74 EJ wäert sinn, vun deenen ongeféier zwee Drëttel aus erneierbaren Waasserstoff kommen. Am Verglach läit deen haut (puren Waasserstoff) bei 8,4 EJ.

 

Och wann den elektrolytesche Waasserstoff de Waasserstoffbedarf fir ganz Joer 2050 kéint decken, wier de Waasserverbrauch ongeféier 25 Milliarde Kubikmeter. Déi ënnescht Figur vergläicht dës Zuel mat anere vum Mënsch verursaachte Waasserverbrauchsstréim. D'Landwirtschaft benotzt déi gréisst Quantitéit vun 280 Milliarde Kubikmeter Waasser, während d'Industrie bal 800 Milliarde Kubikmeter verbraucht an d'Stied 470 Milliarde Kubikmeter. De Waasserverbrauch fir d'Äerdgasreforméierung an d'Kuelevergasung fir d'Waasserstoffproduktioun läit aktuell bei ongeféier 1,5 Milliarde Kubikmeter.

Obwuel erwaart gëtt, datt grouss Quantitéiten u Waasser verbraucht ginn, wéinst Ännerungen an den elektrolytesche Weeër an der wuessender Nofro, wäert de Waasserverbrauch vun der Waasserstoffproduktioun ëmmer nach vill méi kleng sinn wéi aner Flëss, déi vum Mënsch benotzt ginn. En anere Referenzpunkt ass, datt de Waasserverbrauch pro Awunner tëscht 75 (Lëtzebuerg) an 1.200 (US) Kubikmeter pro Joer läit. Mat engem Duerchschnëtt vu 400 m3 / (pro Awunner * Joer) entsprécht déi total Waasserstoffproduktioun am Joer 2050 där vun engem Land mat 62 Millioune Leit.

 

Wéi vill kascht Waasser a wéi vill Energie gëtt verbraucht

 

Käschten

Elektrolytzellen brauchen héichqualitativt Waasser a mussen d'Waasser behandelen. Waasser mat manner gudder Qualitéit féiert zu enger méi schneller Degradatioun an enger méi kuerzer Liewensdauer. Vill Elementer, dorënner Membranen a Katalysatoren, déi an Alkalien benotzt ginn, souwéi d'Membranen an d'poréis Transportschichten vum PEM, kënne negativ duerch Waasserverunreinheeten wéi Eisen, Chrom, Koffer, etc. beaflosst ginn. D'Waasserleitfäegkeet muss manner wéi 1 μS/cm sinn an den organesche Kuelestoffgehalt manner wéi 50 μg/L.

 

Waasser mécht e relativ klengen Undeel um Energieverbrauch a Käschten aus. De schlëmmste Fall fir béid Parameteren ass d'Entsalzung. Réckosmose ass déi wichtegst Technologie fir d'Entsalzung a mécht bal 70 Prozent vun der globaler Kapazitéit aus. D'Technologie kascht 1900-2000 $ / m³/d an huet eng Léierkurve vun 15%. Bei dësen Investitiounskäschte sinn d'Behandlungskäschten ongeféier 1 $ /m³ a kënnen a Gebidder méi niddreg sinn, wou d'Stroumkäschte niddreg sinn.

 

Zousätzlech wäerten d'Versandkäschten ëm ongeféier 1-2 Dollar pro m³ eropgoen. Och an dësem Fall sinn d'Käschte fir d'Waasserbehandlung ongeféier 0,05 Dollar /kgH2. Fir dëst an d'Perspektiv ze setzen, kënnen d'Käschte fir erneierbaren Waasserstoff 2-3 Dollar /kgH2 sinn, wa gutt erneierbar Ressourcen verfügbar sinn, während d'Käschte vun der duerchschnëttlecher Ressource 4-5 Dollar /kgH2 sinn.

 

An dësem konservative Szenario géif Waasser also manner wéi 2 Prozent vum Gesamtpräis kaschten. D'Benotzung vu Mierwaasser kann d'Quantitéit u Waasser, déi gewonnen gëtt, ëm den 2,5 bis 5-fache erhéijen (wat de Recuperatiounsfaktor ugeet).

 

Energieverbrauch

Wann een den Energieverbrauch vun der Entsalzung kuckt, ass en och ganz kleng am Verglach mat der Quantitéit un Elektrizitéit, déi fir d'Elektrolytesch Zell gebraucht gëtt. Déi aktuell funktionéierend Osmose-Réckwärts-Eenheet verbraucht ongeféier 3,0 kW/m3. Am Géigesaz dozou hunn thermesch Entsalzungsanlagen e vill méi héijen Energieverbrauch, tëscht 40 an 80 kWH/m3, mat engem zousätzleche Stroumverbrauch tëscht 2,5 an 5 kWH/m3, ofhängeg vun der Entsalzungstechnologie. Wann een de konservative Fall (d.h. méi héijen Energiebedarf) vun enger Kraaftkraaftwierk als Beispill hëlt, an d'Benotzung vun enger Wärmepompel viraussetzt, géif den Energiebedarf op ongeféier 0,7 kWh/kg Waasserstoff ëmgewandelt ginn. Fir dëst an d'Perspektiv ze setzen: de Stroumbedarf vun der Elektrolytesch Zell ass ongeféier 50-55 kWh/kg, sou datt och am schlëmmste Fall den Energiebedarf fir d'Entsalzung ongeféier 1% vum gesamten Energiezoufloss an de System ass.

 

Eng Erausfuerderung vun der Entsalzung ass d'Entsuergung vu Salzwaasser, wat en Impakt op lokal Marineökosystemer kann hunn. Dës Salzlake kann weider behandelt ginn, fir säin Ëmweltimpakt ze reduzéieren, wat weider 0,6-2,40 $ /m³ zu de Käschte vum Waasser bäidréit. Zousätzlech ass d'Qualitéit vum elektrolytesche Waasser méi streng wéi déi vum Drénkwaasser a kann zu méi héije Behandlungskäschte féieren, awer et gëtt erwaart, datt dëst am Verglach zum Energieverbrauch kleng ass.

De Waasserfoussofdrock vum elektrolytesche Waasser fir d'Waasserstoffproduktioun ass e ganz spezifesche Standuertparameter, deen vun der lokaler Waasserverfügbarkeet, dem Waasserverbrauch, dem Degradatiounsprozess an der Verschmotzung ofhänkt. D'Gläichgewiicht vun den Ökosystemer an den Impakt vu laangfristege Klimatrends sollten berécksiichtegt ginn. De Waasserverbrauch wäert e grousst Hindernis fir d'Opskaléierung vun erneierbaren Waasserstoff sinn.