Колико је воде потребно да се водоник добије електролизом?

Колико се воде троши електролизом

Први корак: Производња водоника

Потрошња воде долази из два корака: производње водоника и узводне производње енергента. За производњу водоника, минимална потрошња електролизоване воде је приближно 9 килограма воде по килограму водоника. Међутим, узимајући у обзир процес деминерализације воде, овај однос може да се креће од 18 до 24 килограма воде по килограму водоника, па чак и од 25,7 до 30,2.

За постојећи производни процес (реформисање метанске паре), минимална потрошња воде је 4,5кгХ2О/кгХ2 (потребна за реакцију), узимајући у обзир процесну воду и хлађење, минимална потрошња воде је 6,4-32,2кгХ2О/кгХ2.

Корак 2: Извори енергије (обновљива електрична енергија или природни гас)

Друга компонента је потрошња воде за производњу обновљиве електричне енергије и природног гаса. Потрошња воде фотонапонске енергије варира између 50-400 литара/МВх (2,4-19 кгХ2О/кгХ2), а енергије ветра између 5-45 литара/МВх (0,2-2,1 кгХ2О/кгХ2). Слично, производња гаса из гаса из шкриљаца (на основу америчких података) може се повећати са 1,14 кгХ2О/кгХ2 на 4,9кгХ2О/кгХ2.

У закључку, просечна укупна потрошња воде водоника произведеног фотонапонском производњом електричне енергије и производњом енергије ветра је око 32 и 22 кгХ2О/кгХ2, респективно. Несигурности потичу од сунчевог зрачења, животног века и садржаја силицијума. Ова потрошња воде је истог реда величине као производња водоника из природног гаса (7,6-37 кгх2о/кгХ2, са просеком од 22кгХ2О/кгХ2).

Укупан водени отисак: мањи када се користи обновљива енергија

Слично емисији ЦО2, предуслов за мали отисак воде за електролитичке путеве је употреба обновљивих извора енергије. Ако се само мали део електричне енергије производи коришћењем фосилних горива, потрошња воде повезана са електричном енергијом је много већа од стварне воде која се троши током електролизе.

На пример, производња електричне енергије на гас може да користи до 2.500 литара /МВх воде. То је такође најбољи случај за фосилна горива (природни гас). Ако се разматра гасификација угља, производња водоника може потрошити 31-31,8 кгХ2О/кгХ2, а производња угља може потрошити 14,7кгХ2О/кгХ2. Такође се очекује да ће се потрошња воде из фотонапона и ветра смањити током времена како производни процеси постају ефикаснији и повећава се производња енергије по јединици инсталираног капацитета.

Укупна потрошња воде у 2050

Очекује се да ће свет у будућности користити много пута више водоника него данас. На пример, ИРЕНА-ин Ворлд Енерги Транситионс Оутлоок процењује да ће потражња за водоником 2050. године бити око 74ЕЈ, од чега ће око две трећине долазити од обновљивог водоника. Поређења ради, данас (чисти водоник) износи 8,4ЕЈ.

Чак и када би електролитички водоник могао да задовољи потребе за водоником током целе 2050. године, потрошња воде би била око 25 милијарди кубних метара. Слика испод упоређује ову цифру са другим токовима потрошње воде које је направио човек. Пољопривреда користи највећу количину од 280 милијарди кубних метара воде, док индустрија користи скоро 800 милијарди кубних метара, а градови 470 милијарди кубних метара. Тренутна потрошња воде за реформисање природног гаса и гасификацију угља за производњу водоника износи око 1,5 милијарди кубних метара.

Стога, иако се очекује да ће се потрошити велике количине воде због промена у електролитичким путевима и растуће потражње, потрошња воде из производње водоника ће и даље бити много мања од других токова које користе људи. Друга референтна тачка је да је потрошња воде по глави становника између 75 (Луксембург) и 1.200 (САД) кубних метара годишње. У просеку од 400 м3 / (по глави становника * године), укупна производња водоника 2050. године је еквивалентна оној у земљи од 62 милиона људи.

Колико кошта вода и колико енергије се троши

трошак

Електролитичке ћелије захтевају воду високог квалитета и захтевају третман воде. Вода слабијег квалитета доводи до брже деградације и краћег века трајања. На многе елементе, укључујући дијафрагме и катализаторе који се користе у алкалијама, као и на мембране и порозне транспортне слојеве ПЕМ-а, могу негативно утицати нечистоће воде као што су гвожђе, хром, бакар, итд. Проводљивост воде мора бити мања од 1И¼С/ цм и укупни органски угљеник мањи од 50И¼г/Л.

Вода чини релативно мали удео у потрошњи и трошковима енергије. Најгори сценарио за оба параметра је десалинизација. Реверзна осмоза је главна технологија за десалинизацију, која чини скоро 70 посто глобалног капацитета. Технологија кошта 1900-2000 УСД/м³/д и има стопу криве учења од 15%. Уз ову инвестициону цену, цена третмана је око 1 УСД/м³ и може бити нижа у областима где су трошкови електричне енергије ниски.

Поред тога, трошкови испоруке ће се повећати за око 1-2 долара по м³. Чак иу овом случају, трошкови третмана воде су око 0,05 УСД/кг Х2. Да се ​​ово стави у перспективу, цена обновљивог водоника може бити 2-3 УСД/кгХ2 ако су доступни добри обновљиви ресурси, док је цена просечног ресурса 4-5 УСД/кгХ2.

Дакле, у овом конзервативном сценарију, вода би коштала мање од 2 процента укупне вредности. Употреба морске воде може повећати количину обновљене воде за 2,5 до 5 пута (у смислу фактора опоравка).

Потрошња енергије

Гледајући потрошњу енергије десалинизације, она је такође веома мала у поређењу са количином електричне енергије која је потребна за унос електролитичке ћелије. Садашња радна јединица за реверзну осмозу троши око 3,0 кВ/м3. Насупрот томе, постројења за термичку десалинизацију имају много већу потрошњу енергије, која се креће од 40 до 80 КВХ/м3, са додатним захтевима за снагом у распону од 2,5 до 5 КВХ/м3, у зависности од технологије десалинизације. Узимајући конзервативни случај (тј. веће потребе за енергијом) когенерационог постројења као пример, уз претпоставку коришћења топлотне пумпе, потражња за енергијом би се претворила у око 0,7 кВх/кг водоника. Да се ​​ово стави у перспективу, потражња за електричном енергијом електролитичке ћелије је око 50-55кВх/кг, тако да чак иу најгорем случају, потражња за енергијом за десалинизацију износи око 1% од укупног уноса енергије у систем.

Један од изазова десалинизације је одлагање слане воде, која може имати утицај на локалне морске екосистеме. Ова слана вода се може даље третирати како би се смањио њен утицај на животну средину, додајући још 0,6-2,40 УСД/м³ на цену воде. Поред тога, квалитет електролитичке воде је строжији од воде за пиће и може резултирати већим трошковима третмана, али се и даље очекује да ће то бити мало у поређењу са уложеном енергијом.

Водни отисак електролитичке воде за производњу водоника је веома специфичан параметар локације који зависи од локалне доступности воде, потрошње, деградације и загађења. Треба узети у обзир равнотежу екосистема и утицај дугорочних климатских трендова. Потрошња воде ће бити главна препрека за повећање обновљивих извора водоника.