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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》環球周刊

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核心提示:綠氫生產涉及兩大關鍵要素,一是水,二是可再生能源發電。國際能源署(IEA)認為,目前電解水制氫只占全球

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

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

從理想情況來看,電解水制氫技術相比其他制氫方式消耗的水資源更少。如果僅考慮化學反應,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,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%的效率每年運行8000小時(約11個月),每年可生產15噸氫,根據每千克氫消耗20千克水計算,則將消耗300萬噸水,這相當于一座7萬人口小城的用水量。

如果利用海水淡化技術,那么即便在水資源緊缺的地區大規模推廣電解水制氫也是可行的,水資源就不會成為發展電解水制氫的瓶頸。考慮到設備可能被腐蝕,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每生產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成本提高1~2美分。

就土地占用而言,據IRENA估算,1000吉瓦水電解裝置占地面積相當于美國紐約曼哈頓,這種大型電解裝置的裝機容量密度接近7500兆瓦/平方千米,是陸地風電裝機容量密度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,風電和太陽能發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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