Колку вода се троши со електролиза?

Колку вода се троши со електролиза

Чекор еден: Производство на водород

Потрошувачката на вода доаѓа од два чекора: производство на водород и производство на енергетски носител во горниот тек. За производство на водород, минималната потрошувачка на електролизирана вода е приближно 9 килограми вода на килограм водород. Сепак, земајќи го предвид процесот на деминерализација на водата, овој сооднос може да се движи од 18 до 24 килограми вода на килограм водород, или дури и до 25,7 до 30,2..

 

За постоечкиот производствен процес (реформирање со метан со пареа), минималната потрошувачка на вода е 4,5 kgH2O/kgH2 (потребна за реакција), земајќи ја предвид водата во процесот и ладењето, минималната потрошувачка на вода е 6,4-32,2 kgH2O/kgH2.

 

Чекор 2: Извори на енергија (обновлива електрична енергија или природен гас)

Друга компонента е потрошувачката на вода за производство на обновлива електрична енергија и природен гас. Потрошувачката на вода за фотоволтаична енергија варира помеѓу 50-400 литри/MWh (2,4-19kgH2O/kgH2), а за ветерна енергија помеѓу 5-45 литри/MWh (0,2-2,1kgH2O/kgH2). Слично на тоа, производството на гас од шкрилест гас (врз основа на податоци од САД) може да се зголеми од 1,14kgH2O/kgH2 на 4,9kgH2O/kgH2.

 

Како заклучок, просечната вкупна потрошувачка на вода од водород генериран од производство на фотоволтаична енергија и производство на ветерна енергија е околу 32 и 22 kgH2O/kgH2, соодветно. Неизвесностите доаѓаат од сончевото зрачење, животниот век и содржината на силициум. Оваа потрошувачка на вода е од ист ред на големина како и производството на водород од природен гас (7,6-37 kgh2o/kgH2, со просек од 22 kgH2O/kgH2).

 

Вкупен воден отпечаток: Помал кога се користи обновлива енергија

Слично на емисиите на CO2, предуслов за низок воден отпечаток за електролитичките патишта е употребата на обновливи извори на енергија. Ако само мал дел од електричната енергија се произведува со користење на фосилни горива, потрошувачката на вода поврзана со електричната енергија е многу поголема од вистинската вода потрошена за време на електролизата.

 

На пример, производството на електрична енергија од гас може да користи до 2.500 литри/MWh вода. Ова е исто така најдобар случај за фосилни горива (природен гас). Ако се земе предвид гасификацијата на јаглен, производството на водород може да потроши 31-31,8 kgH2O/kgH2, а производството на јаглен може да потроши 14,7 kgH2O/kgH2. Се очекува потрошувачката на вода од фотоволтаични и ветерни системи, исто така, да се намали со текот на времето, како што производствените процеси стануваат поефикасни, а производството на енергија по единица инсталиран капацитет се подобрува.

 

Вкупна потрошувачка на вода во 2050 година

Се очекува светот во иднина да користи многу пати повеќе водород отколку што користи денес. На пример, „Перспективата за светските енергетски транзиции“ на IRENA проценува дека побарувачката за водород во 2050 година ќе биде околу 74 EJ, од кои околу две третини ќе доаѓаат од обновлив водород. За споредба, денес (чист водород) е 8,4 EJ.

 

Дури и ако електролитичкиот водород може да ја задоволи побарувачката за водород за целата 2050 година, потрошувачката на вода би изнесувала околу 25 милијарди кубни метри. Сликата подолу ја споредува оваа бројка со други вештачки потоци на потрошувачка на вода. Земјоделството користи најголема количина од 280 милијарди кубни метри вода, додека индустријата користи речиси 800 милијарди кубни метри, а градовите користат 470 милијарди кубни метри. Моменталната потрошувачка на вода за реформирање на природен гас и гасификација на јаглен за производство на водород е околу 1,5 милијарди кубни метри.

Според тоа, иако се очекува да се консумираат големи количини вода поради промените во електролитските патишта и растечката побарувачка, потрошувачката на вода од производство на водород сепак ќе биде многу помала од другите текови што ги користат луѓето. Друга референтна точка е дека потрошувачката на вода по глава на жител е помеѓу 75 (Луксембург) и 1.200 (САД) кубни метри годишно. Со просек од 400 м3 / (по глава на жител * годишно), вкупното производство на водород во 2050 година е еквивалентно на она на земја од 62 милиони луѓе.

 

Колку чини водата и колку енергија се троши

 

цена

Електролитичките ќелии бараат вода со висок квалитет и бараат третман на водата. Водата со понизок квалитет води до побрза деградација и пократок век на траење. Многу елементи, вклучувајќи ги дијафрагмите и катализаторите што се користат во алкалите, како и мембраните и порозните транспортни слоеви на PEM, можат негативно да бидат засегнати од нечистотии од вода како што се железо, хром, бакар итн. Потребно е спроводливоста на водата да биде помала од 1μS/cm, а вкупниот органски јаглерод помал од 50μg/L.

 

Водата учествува со релативно мал дел во потрошувачката на енергија и трошоците. Најлошото сценарио за двата параметри е десалинизацијата. Обратната осмоза е главната технологија за десалинизација, која сочинува речиси 70 проценти од глобалниот капацитет. Технологијата чини 1900-2000 долари/м³/ден и има стапка на крива на учење од 15%. Со оваа инвестициска цена, трошокот за третман е околу 1 долар/м³ и може да биде помал во областите каде што трошоците за електрична енергија се ниски.

 

Покрај тоа, трошоците за испорака ќе се зголемат за околу 1-2 долари по м³. Дури и во овој случај, трошоците за третман на вода се околу 0,05 долари/кгХ2. За да се стави ова во перспектива, цената на обновливиот водород може да биде 2-3 долари/кгХ2 ако се достапни добри обновливи ресурси, додека цената на просечниот ресурс е 4-5 долари/кгХ2.

 

Значи, во ова конзервативно сценарио, водата би чинела помалку од 2 проценти од вкупниот износ. Употребата на морска вода може да ја зголеми количината на обновена вода за 2,5 до 5 пати (во однос на факторот на обнова).

 

Потрошувачка на енергија

Гледајќи ја потрошувачката на енергија за бигор, таа е исто така многу мала во споредба со количината на електрична енергија потребна за внесување во електролитската ќелија. Моментално оперативната единица за обратна осмоза троши околу 3,0 kW/m3. Спротивно на тоа, постројките за термална бигор имаат многу поголема потрошувачка на енергија, која се движи од 40 до 80 KWH/m3, со дополнителни потреби за енергија кои се движат од 2,5 до 5 KWH/m3, во зависност од технологијата на бигор. Земајќи го конзервативниот случај (т.е. поголема побарувачка на енергија) на когенеративна постројка како пример, претпоставувајќи употреба на топлинска пумпа, побарувачката на енергија би се претворила во околу 0,7 kWh/kg водород. За да се стави ова во перспектива, побарувачката на електрична енергија на електролитската ќелија е околу 50-55 kWh/kg, па дури и во најлошиот можен сценарио, побарувачката на енергија за бигор е околу 1% од вкупниот внес на енергија во системот.

 

Еден предизвик на десалинизацијата е отстранувањето на солената вода, што може да има влијание врз локалните морски екосистеми. Оваа саламура може дополнително да се третира за да се намали нејзиното влијание врз животната средина, со што се додаваат уште 0,6-2,40 долари/м³ на цената на водата. Покрај тоа, квалитетот на електролитската вода е построг од квалитетот на водата за пиење и може да резултира со повисоки трошоци за третман, но сепак се очекува дека ова ќе биде мало во споредба со влезната моќност.

Водниот отпечаток на електролитската вода за производство на водород е многу специфичен локациски параметар кој зависи од локалната достапност на вода, потрошувачката, деградацијата и загадувањето. Треба да се земе предвид рамнотежата на екосистемите и влијанието на долгорочните климатски трендови. Потрошувачката на вода ќе биде голема пречка за зголемување на обновливиот водород.