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推廣電解水制氫需考慮用水用地成本

   2022-07-15 《中國石化報》環(huán)球周刊

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核心提示:綠氫生產(chǎn)涉及兩大關(guān)鍵要素,一是水,二是可再生能源發(fā)電。國際能源署(IEA)認(rèn)為,目前電解水制氫只占全球

綠氫生產(chǎn)涉及兩大關(guān)鍵要素,一是水,二是可再生能源發(fā)電。國際能源署(IEA)認(rèn)為,目前電解水制氫只占全球氫能產(chǎn)能的2%左右,但該技術(shù)取代化石燃料制氫的潛力很大。

假設(shè)當(dāng)前全部氫能需求均由電解水制氫技術(shù)滿足,那么制氫需要的電力將達(dá)3600太瓦時,需要的水資源將達(dá)6.17億立方米。這一電力需求已超過歐盟的年發(fā)電量,而其用水需求也達(dá)到目前全球能源產(chǎn)業(yè)用水總量的1.3%,相當(dāng)于目前天然氣制氫產(chǎn)業(yè)耗水量的兩倍左右。

從理想情況來看,電解水制氫技術(shù)相比其他制氫方式消耗的水資源更少。如果僅考慮化學(xué)反應(yīng),使用電解水制氫,每千克氫最少消耗9千克水;使用天然氣制氫配合CCUS(碳捕集、利用與封存)技術(shù),每千克氫需消耗13~18千克水;煤氣化制氫每千克氫需消耗40~86千克水,具體取決于煤礦開采的耗水量。

然而,考慮到目前電解水制氫工藝效率低和水的脫礦處理,實際上,每生產(chǎn)1千克氫需消耗約20千克水。一套1吉瓦的大型電解裝置以75%的效率每年運(yùn)行8000小時(約11個月),每年可生產(chǎn)15噸氫,根據(jù)每千克氫消耗20千克水計算,則將消耗300萬噸水,這相當(dāng)于一座7萬人口小城的用水量。

如果利用海水淡化技術(shù),那么即便在水資源緊缺的地區(qū)大規(guī)模推廣電解水制氫也是可行的,水資源就不會成為發(fā)展電解水制氫的瓶頸。考慮到設(shè)備可能被腐蝕,且氯會影響電解槽的使用壽命,因此水電解制氫對水的純度要求較高。海水淡化反滲透處理技術(shù)每生產(chǎn)1立方米的淡水耗電3~4千瓦時,這對電解水制氫的總成本影響很小,具體而言就是將每千克氫的生產(chǎn)成本提高1~2美分。

就土地占用而言,據(jù)IRENA估算,1000吉瓦水電解裝置占地面積相當(dāng)于美國紐約曼哈頓,這種大型電解裝置的裝機(jī)容量密度接近7500兆瓦/平方千米,是陸地風(fēng)電裝機(jī)容量密度5兆瓦/平方千米的1500倍。也就是說,要使用可再生能源電解水制綠氫,風(fēng)電和太陽能發(fā)電都會占用大量的土地,而電解裝置本身占地面積相對較小。



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