Электролиз аркылуу канча суу сарпталат
Биринчи кадам: Суутек өндүрүү
Суу керектөө эки этаптан турат: суутек өндүрүү жана жогорку агын суудагы энергия алып жүрүүчүлөрдү өндүрүү. Суутек өндүрүү үчүн электролизделген суунун минималдуу керектөөсү бир килограмм суутек үчүн болжол менен 9 килограмм сууну түзөт. Бирок, суунун деминерализация процессин эске алганда, бул катыш бир килограмм суутек үчүн 18ден 24 килограммга чейин же ал тургай 25,7ден 30,2ге чейин жетиши мүмкүн..
Учурдагы өндүрүш процесси үчүн (метан буусун риформинг кылуу) минималдуу суу сарптоо 4,5 кг Н2О/кг Н2 (реакция үчүн талап кылынат), технологиялык сууну жана муздатууну эске алганда, минималдуу суу сарптоо 6,4-32,2 кг Н2О/кг Н2 түзөт.
2-кадам: Энергия булактары (кайра жаралуучу электр энергиясы же жаратылыш газы)
Дагы бир компонент - кайра жаралуучу электр энергиясын жана жаратылыш газын өндүрүү үчүн сууну керектөө. Фотоэлектрдик энергиянын сууну керектөөсү 50-400 литр/МВт/саат (2,4-19 кгH2O/кгH2), ал эми шамал энергиясынын сууну керектөөсү 5-45 литр/МВт/саат (0,2-2,1 кгH2O/кгH2) ортосунда өзгөрөт. Ошо сыяктуу эле, сланец газынан газ өндүрүүнү (АКШ маалыматтарынын негизинде) 1,14 кгH2O/кгH2ден 4,9 кгH2O/кгH2ге чейин көбөйтүүгө болот.
Жыйынтыктап айтканда, фотоэлектрдик жана шамал электр энергиясын өндүрүү аркылуу өндүрүлгөн суутектин орточо жалпы суу керектөөсү тиешелүүлүгүнө жараша 32 жана 22 кгH2O/кгH2 түзөт. Белгисиздиктер күн радиациясынан, жашоо узактыгынан жана кремнийдин курамынан келип чыгат. Бул суу керектөө жаратылыш газынан суутек өндүрүү менен бирдей деңгээлде (7,6-37 кгh2o/кгH2, орточо эсеп менен 22 кгH2O/кгH2).
Жалпы суу изи: Кайра жаралуучу энергияны колдонгондо азыраак
СО2 эмиссиясына окшош, электролиттик жолдор үчүн суунун аз изинин болушунун зарыл шарты - кайра жаралуучу энергия булактарын колдонуу. Эгерде электр энергиясынын бир аз гана бөлүгү казылып алынган отундарды колдонуу менен өндүрүлсө, электр энергиясы менен байланышкан сууну керектөө электролиз учурунда керектелген чыныгы суудан алда канча жогору болот.
Мисалы, газ менен электр энергиясын өндүрүү 2500 литр/МВт/саат сууну колдоно алат. Бул ошондой эле казылып алынган отундар (жаратылыш газы) үчүн эң жакшы учур. Эгерде көмүрдү газдаштыруу каралса, суутек өндүрүү 31-31,8 кг H2O/кг H2, ал эми көмүр өндүрүү 14,7 кг H2O/кг H2 сарптайт. Өндүрүш процесстери натыйжалуу болуп, орнотулган кубаттуулуктун бирдигине энергия өндүрүү жакшырган сайын фотоэлектрдик жана шамалдан келген сууну керектөө да убакыттын өтүшү менен азаят деп күтүлүүдө.
2050-жылы жалпы суу керектөө
Дүйнө келечекте бүгүнкүгө караганда бир нече эсе көп суутекти колдонот деп күтүлүүдө. Мисалы, IRENAнын Дүйнөлүк энергетикалык өткөөл мезгилдин келечеги боюнча, 2050-жылы суутекке болгон суроо-талап болжол менен 74 EJди түзөт, анын үчтөн экиси кайра жаралуучу суутектен келет. Салыштырмалуу, бүгүнкү күндө (таза суутек) 8,4 EJди түзөт.
Эгерде электролиттик суутек 2050-жылга чейин суутек керектөөсүн канааттандыра алса дагы, сууну керектөө болжол менен 25 миллиард куб метрди түзөт. Төмөндөгү сүрөттө бул көрсөткүч башка жасалма сууну керектөө булактары менен салыштырылат. Айыл чарбасы эң көп көлөмдөгү 280 миллиард куб метр сууну колдонот, ал эми өнөр жай дээрлик 800 миллиард куб метрди жана шаарлар 470 миллиард куб метрди колдонот. Суутек өндүрүү үчүн жаратылыш газын реформалоо жана көмүрдү газдаштыруунун учурдагы сууну керектөөсү болжол менен 1,5 миллиард куб метрди түзөт.
Ошентип, электролиттик жолдордун өзгөрүшүнө жана суроо-талаптын өсүшүнө байланыштуу көп көлөмдөгү суу керектелет деп күтүлсө да, суутек өндүрүүдөн алынган сууну керектөө адамдар колдонгон башка агымдарга караганда бир топ аз болот. Дагы бир шилтеме - жан башына сууну керектөө жылына 75 (Люксембург) жана 1200 (АКШ) куб метрди түзөт. Орточо эсеп менен 400 м3 / (жан башына * жылына) болгондо, 2050-жылы суутектин жалпы өндүрүшү 62 миллион калкы бар өлкөнүн өндүрүшүнө барабар.
Суу канча турат жана канча энергия сарпталат
баасы
Электролиттик клеткалар жогорку сапаттагы сууну талап кылат жана сууну тазалоону талап кылат. Төмөнкү сапаттагы суу тезирээк бузулууга жана иштөө мөөнөтүн кыскартууга алып келет. Щелочтуу эритмелерде колдонулган диафрагмалар жана катализаторлор, ошондой эле ПЭМдин мембраналары жана тешиктүү ташуучу катмарлары сыяктуу көптөгөн элементтерге темир, хром, жез ж.б. сыяктуу суу аралашмалары терс таасирин тийгизиши мүмкүн. Суунун өткөрүмдүүлүгү 1 мкС/см3ден аз, ал эми жалпы органикалык көмүртек 50 мкг/лден аз болушу керек.
Суу энергия керектөөнүн жана чыгымдардын салыштырмалуу аз үлүшүн түзөт. Эки параметр үчүн тең эң начар сценарий - тузсуздандыруу. Тескери осмос - тузсуздандыруунун негизги технологиясы, ал дүйнөлүк кубаттуулуктун дээрлик 70 пайызын түзөт. Бул технологиянын баасы 1900-2000 доллар/м³/күнүнө жана үйрөнүү ийри сызыгынын көрсөткүчү 15% түзөт. Бул инвестициялык баа боюнча тазалоонун баасы болжол менен 1 доллар/м³ түзөт жана электр энергиясынын баасы төмөн болгон аймактарда андан төмөн болушу мүмкүн.
Мындан тышкары, жеткирүү чыгымдары м³ үчүн болжол менен 1-2 долларга жогорулайт. Бул учурда да сууну тазалоо чыгымдары болжол менен 0,05 доллар/кгС2 түзөт. Муну салыштырмалуу түрдө айтканда, эгерде жакшы кайра жаралуучу ресурстар бар болсо, кайра жаралуучу суутектин баасы 2-3 доллар/кгС2 түзүшү мүмкүн, ал эми орточо ресурстун баасы 4-5 доллар/кгС2 түзөт.
Ошентип, бул консервативдүү сценарийде суу жалпы сумманын 2 пайызынан азыраак турат. Деңиз суусун колдонуу калыбына келтирилген суунун көлөмүн 2,5тен 5 эсеге чейин көбөйтө алат (калыбына келтирүү коэффициенти боюнча).
Энергия керектөө
Тузсуздандыруунун энергия керектөөсүн карасак, ал электролиттик клетканы киргизүү үчүн керектүү электр энергиясынын көлөмүнө салыштырмалуу өтө аз. Учурда иштеп жаткан тескери осмос блогу болжол менен 3,0 кВт/м3 керектейт. Ал эми жылуулук менен тузсуздандыруу станцияларынын энергия керектөөсү алда канча жогору, 40тан 80 кВт/м3ке чейин, ал эми кошумча энергия керектөөсү тузсуздандыруу технологиясына жараша 2,5тен 5 кВт/м3ке чейин. Когенерациялык станциянын консервативдик учурун (б.а. жогорку энергия керектөөсүн) мисал катары алсак, жылуулук насосун колдонууну эске алсак, энергия керектөө болжол менен 0,7 кВт/с/кг суутекке айландырылат. Муну жалпысынан алганда, электролиттик клетканын электр энергиясына болгон муктаждыгы болжол менен 50-55 кВт/с/кг түзөт, андыктан эң начар сценарийде да тузсуздандыруунун энергияга болгон муктаждыгы системага киргизилген жалпы энергиянын болжол менен 1% түзөт.
Тузсуздандыруунун бир көйгөйү - туздуу сууну жок кылуу, бул жергиликтүү деңиз экосистемаларына таасирин тийгизиши мүмкүн. Бул туздуу сууну айлана-чөйрөгө тийгизген таасирин азайтуу үчүн андан ары тазалоого болот, ошентип суунун баасына м³ үчүн дагы 0,6-2,40 доллар кошулат. Мындан тышкары, электролиттик суунун сапаты ичүүчү сууга караганда катаалыраак жана тазалоо чыгымдарынын жогорулашына алып келиши мүмкүн, бирок бул энергияны сарптоого салыштырмалуу аз болот деп күтүлүүдө.
Суутек өндүрүү үчүн электролиттик суунун суу изи жергиликтүү суунун болушуна, керектөөгө, деградацияга жана булганууга көз каранды болгон абдан өзгөчө жайгашкан жердин параметри болуп саналат. Экосистемалардын балансын жана узак мөөнөттүү климаттык тенденциялардын таасирин эске алуу керек. Суу керектөө кайра жаралуучу суутекти масштабдоодо негизги тоскоолдук болот.
Жарыяланган убактысы: 2023-жылдын 8-марты