电解水制氢需要消耗多少水

有一些误解认为电解水制氢需要消耗大量的水资源，但事实上氢能是一种比化石燃料更节水的能源生产方式。作为氢能行业领先的研究机构，亚化咨询认为：水的消耗不应该成为扩大生产绿氢的规模的主要障碍。

与当今使用的其他大规模耗水工程工艺相比，生产相同的能量时，氢能消耗的水量不到传统化石能源或核电的一半。

能源类型	耗水量 (L/kWh)
核能	4.2
化石能源	3.8
集中式太阳能	3.4
生物质能源	3.2
天然气	0.97
氢能	0.97
地热能	0.06

利用不同能源发电1kWh的耗水量 资料来源：monarchpartnership

此外，水资源在氢能下游应用过程中存在循环利用的可行性。例如，当氢气用于炼钢时，它会再次被氧化为水，而这些水可以被捕获收集并送回电解槽以再次生产氢气。绿氢通过燃料电池反应后，产生的水量与最初电解的耗水相同，这些水会以水蒸气形式进入大气层，也可以通过冷凝装置作为液态水被回收。

我们再来分析一下不同途径制取氢气的耗水量，所有生产氢气的方法都需要水，而绿氢的生产过程相比于灰氢、蓝氢并不会显著增加耗水量。

绿氢是通过电解槽利用可再生能源电力将水电解而制成的，根据基础的化学知识，通过电解生产1千克氢气需要9升水。而计算上水的脱矿净化和冷却水所需的消耗量时，需要额外约10-20升/千克，累计耗水量为20-30升/千克。灰氢以甲烷蒸汽重整为例，反应所需的最小耗水量为4.5升水/千克氢气，考虑到工艺用水和冷却，累计最小耗水量为10-30升/千克。

 

为制取灰氢提供动力的电力或天然气会增加一定的隐含水消耗，同时化石燃料发电需要大量的水来调节温度，另外灰氢和蓝氢将在天然气钻探、提取和加工过程中也会消耗大量上游水，这些因素总共会增加超过5升/千克的额外耗水量。而绿氢对可再生能源如太阳能或风能的利用耦合最大限度地减少了这些额外的水消耗。电解水制绿氢与化石能源制灰氢途径所需的最终耗水量是相近的。

从我们使用的总水量这个角度看生产绿氢需要的水量占比，其结果也是个微乎其微的数字。

全球每年消耗4万亿立方米淡水，其中中国消耗近6000亿立方米。水利部发布的2022年《中国水资源公报》显示，去年5998.2亿立方米的全国用水总量中，生活用水为905.7亿立方米，工业用水为968.4亿立方米，农业用水为3781.3亿立方米，人工生态环境补水为342.8亿立方米。2023年1-10月国内绿氢项目总制氢装机规模为400MW。按全年8000工时计算，耗水量为31亿立方米，占总工业用水0.03%，可见氢能对国家用水量的占比相对较小。而考虑到氢能未来将替代化石燃料能源等密集型耗水型产业，能源转型将能够发展应用更多可再生技术，这样一来可节省的水量也相当可观。

由于大部分绿氢项目所处风光资源丰富的地区往往也是水资源短缺的地区，尽管生产绿氢不是那么耗水的工程，但我们仍需要仔细考虑水源的多样化以及项目选址。

考虑使用替代的水源，如处理过的废水或淡化海水，可以最小化对淡水资源的依赖。例如，东方电气股份有限公司、东方电气（福建）创新研究院有限公司与深圳大学、四川大学谢和平院士团队，在福建兴化湾海上风电场实现的海上风电无淡化海水原位直接电解制氢技术可利用海水制氢。近期中石油入局将让这一技术应用于长庆油田，这意味着未来工业废水制氢也将成为可能。

 

海水原位直接电解制氢平台“东福一号”

选址方面绿氢工厂可与下游炼钢、炼化等密集型耗水型工业所在地配对，形成协同效应，从而实现在地方提供水资源时的统一分配。例如，中石化新疆库车项目的绿氢配套了中石化塔河炼化公司作为下游应用。上述这些策略都可以帮助减少绿氢生产对当地水资源短缺的影响。

 

中石化新疆库车绿氢示范项目

总的来说，大规模的电解水制氢部署对全球水资源的影响是相对中性的。水的消耗不应该成为扩大生产绿氢的规模的主要障碍，电解水技术在未来能源转型中将扮演更为核心的角色。