氫能的發(fā)展須因地制宜，可再生能源分布、氫氣儲(chǔ)運(yùn)成本、氫氣下游消納等因素首當(dāng)其沖。電解的一另個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是作為輸入的水的消耗，以及它是否會(huì)對(duì)氫氣的大規(guī)模生產(chǎn)造成限制。本文旨在回答與這個(gè)問(wèn)題相關(guān)的一些關(guān)鍵問(wèn)題。
電解消耗多少水
第一步：制氫
水的消耗來(lái)自兩個(gè)步驟:氫氣生產(chǎn)和上游能量載體的生產(chǎn)。就氫生產(chǎn)而言，電解水的最小消耗大約是每千克氫消耗9千克水。然而，考慮到水的脫礦過(guò)程，這一比例可以在每千克氫18到24千克水之間，甚至高達(dá)25.7到30.2。
對(duì)于現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝（甲烷蒸汽重整），最小耗水量為4.5kgH2O/kgH2（反應(yīng)所需），考慮到工藝用水和冷卻，最小耗水量為6.4-32.2kgH2O/kgH2。
第二步：能源來(lái)源（可再生電力或天然氣）
另一個(gè)組成部分是生產(chǎn)可再生電力和天然氣的水消耗。光伏發(fā)電的用水量在50-400升/MWh（2.4-19kgH2O/kgH2）之間變化，風(fēng)力發(fā)電的用水量在5-45升/MWh（0.2-2.1kgH2O/kgH2）之間。同樣，頁(yè)巖氣（根據(jù)美國(guó)數(shù)據(jù)）的天然氣產(chǎn)量可以從1.14kgH2O/kgH2提高到4.9kgH2O/kgH2。
綜上所述，光伏發(fā)電和風(fēng)能產(chǎn)生氫氣的總耗水量平均分別為32和22kgH2O/kgH2左右。不確定性來(lái)自太陽(yáng)輻射、壽命和硅含量。這一耗水量與天然氣制氫（7.6-37kgH2O/kgH2，平均為22kgH2O/kgH2）相同數(shù)量級(jí)。
不同制氫途徑的生命周期用水量
總水足跡：使用可再生能源時(shí)更低
與二氧化碳排放類似，電解路線水足跡低的先決條件是使用可再生能源。如果僅使用化石發(fā)電的一小部分，那么與電相關(guān)的水消耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電解過(guò)程中實(shí)際消耗的水。
例如，天然氣發(fā)電的用水量可高達(dá)2500升/MWh。這也是化石燃料（天然氣）的最佳案例。如果考慮煤氣化，產(chǎn)氫可消耗31-31.8kgH2O/kgH2，產(chǎn)煤可消耗14.7kgH2O/kgH2。隨著制造過(guò)程變得更有效率，光伏和風(fēng)能的水消耗也預(yù)計(jì)會(huì)隨著時(shí)間的推移而減少，單位裝機(jī)容量的能源輸出也會(huì)提高。
2050年的總用水量
預(yù)計(jì)未來(lái)全球的氫使用量將比現(xiàn)在多出許多倍。例如，IRENA的《世界能源轉(zhuǎn)型展望》(World Energy Transitions Outlook)估計(jì)，2050年的氫需求將約為74EJ，其中約三分之二將來(lái)自可再生氫。相比之下，今天（純氫）是8.4EJ。
即使電解氫能滿足整個(gè)2050年的氫需求，用水量也將約為250億立方米。下圖將這個(gè)數(shù)字與其他人為的水消耗流進(jìn)行了對(duì)比。農(nóng)業(yè)用水是2800億立方米中最大的，工業(yè)用水接近800億立方米，城市用水470億立方米。目前天然氣重整和煤氣化制氫的用水量約為15億立方米。
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦氫科技網(wǎng)）：電解水制氫耗水量分析
