Hoeveel water is er nodig voor de waterstofproductie

Onderstaande figuur toont een overzicht van een waterstoffabriek waarbij water nodig is voor de volgende toepassingen:

• Ruw voedingswater voor de waterzuiveringsinstallatie (nr. 3)
• Demiwater voor de electrolyzers (nr. 8)
• Koelwater voor de koeling van de electrolyzers en compressoren (nr. 13)
• Facilitair water voor sanitair, brandbestrijding en onderhoud

Bron: Creative Commons Attribution – No Derivatives License (CC BY-ND 4.0)

Water voor waterstof

Bij een waterstoffabriek met een productievermogen van 100 MW is ongeveer 18 tot 20 m³/u gedemineraliseerd water nodig. Het voedingswaterverbruik van een demiwaterzuiveringsinstallatie ligt echter hoger doordat bij het zuiveringsproces een reststroom van ca. 20% met organische stoffen en zouten ontstaat. Bij het gebruik van afvalwater of zeewater als bron kan deze reststroom stijgen tot 60%. Een waterstoffabriek met een productievermogen van 1 GW verbruikt dan 230 tot 500 m³/u aan voedingswater voor de demiwaterproductie, afhankelijk van de waterkwaliteit van de bron.

Koelwater

De electrolyzers en compressoren voor de waterstofproductie worden gekoeld  omdat bij deze processen ca. 25 % van het vermogen wordt omgezet in warmte. Bij kleinere waterstoffabrieken met een vermogen van 10 tot 50 MW wordt vaak gekozen voor luchtkoeling als meest aantrekkelijke economische optie.

Echter, bij de opschaling van een waterstoffabriek tot bijvoorbeeld 1 GW is  waterkoeling een goedkoper alternatief. In het algemeen worden hiervoor twee opties overwogen in de vorm van een doorstroom- (once-through) of een circulatiekoelsysteem.

Bij doorstroomkoeling wordt rivier- of zeewater ingenomen en na de warmtewisseling weer geloosd. Deze methode heeft geen impact op de beschikbaarheid van het watersysteem maar leidt wel tot temperatuurverhoging van het geloosde water. Het waterdebiet, 40.000 tot 50.000 m³/u voor een 1 GW  waterstoffabriek, en het energieverbruik is aanzienlijk hoger dan bij circulatiekoeling.

Bij circulatiekoeling wordt het water gerecirculeerd en deels gespuid. Het waterverbruik voor circulatiekoeling bij een 1 GW waterstoffabriek ligt tussen de 300 en 400 m³/u, afhankelijk van de koelwaterkwaliteit en de mogelijkheid om warmte uit te koppelen via een warmtenet.

Afvalwater

Het afvalwater wat bij de waterstofproductie vrijkomt bestaat uit de volgende stromen:

1. Concentraat van de waterzuiveringsinstallatie

2. Spuiwater van de koeltorens

3. Facilitair water

Het water wat bij de waterstofproductie uit de gasseparatoren vrijkomt (zie figuur 1) wordt teruggevoerd naar de electrolyzers.

De concentraatstroom van de waterzuiveringsinstallatie kan doorgaans weer direct geloosd worden op het oppervlaktewater. Het spuiwater van koeltorens wordt echter geconditioneerd met milieubelastende chemicaliën zoals biocides en corrosieremmers en is derhalve niet geschikt voor directe lozing naar oppervlaktewater. Het gebruik van schadelijke koelwaterchemicaliën wordt daarbij ook door wetgeving steeds meer beperkt waardoor  'groene chemie' en chemiearm-koelen steeds aantrekkelijker wordt.