Электролизийн аргаар хэр их ус зарцуулдаг вэ?

Электролизийн аргаар хэр их ус хэрэглэдэг вэ

Нэгдүгээр алхам: Устөрөгчийн үйлдвэрлэл

Усны хэрэглээ нь хоёр үе шаттайгаар явагддаг: устөрөгчийн үйлдвэрлэл болон дээд урсгалын эрчим хүчний тээвэрлэгчийн үйлдвэрлэл. Устөрөгчийн үйлдвэрлэлийн хувьд электролизжүүлсэн усны хамгийн бага хэрэглээ нь нэг килограмм устөрөгч тутамд ойролцоогоор 9 килограмм ус байдаг. Гэсэн хэдий ч усны эрдэсжилтгүйжүүлэлтийн процессыг харгалзан үзвэл энэ харьцаа нь нэг килограмм устөрөгч тутамд 18-24 килограмм ус, эсвэл бүр 25.7-30.2 хүртэл хэлбэлзэж болно..

 

Одоо байгаа үйлдвэрлэлийн процессын (метан уурын шинэчлэл) хувьд хамгийн бага усны хэрэглээ нь 4.5кгH2O/кгH2 (урвалд шаардлагатай) бөгөөд процессын ус болон хөргөлтийг харгалзан үзвэл хамгийн бага усны хэрэглээ нь 6.4-32.2кгH2O/кгH2 байна.

 

Алхам 2: Эрчим хүчний эх үүсвэрүүд (сэргээгдэх цахилгаан эсвэл байгалийн хий)

Өөр нэг бүрэлдэхүүн хэсэг нь сэргээгдэх цахилгаан болон байгалийн хий үйлдвэрлэхэд зарцуулах усны хэрэглээ юм. Фотоволтайк эрчим хүчний усны хэрэглээ 50-400 литр /МВтц (2.4-19кгH2O/кгH2) хооронд, салхины эрчим хүчний усны хэрэглээ 5-45 литр /МВтц (0.2-2.1кгH2O/кгH2) хооронд хэлбэлздэг. Үүнтэй адилаар (АНУ-ын өгөгдөлд үндэслэн) занарын хийнээс гаргаж авсан хийн үйлдвэрлэлийг 1.14кгH2O/кгH2-оос 4.9кгH2O/кгH2 болгон нэмэгдүүлэх боломжтой.

 

Дүгнэж хэлэхэд, фотоэлектрик болон салхины эрчим хүч үйлдвэрлэх замаар үүссэн устөрөгчийн дундаж усны хэрэглээ тус тус 32 ба 22кгH2O/кгH2 байна. Тодорхойгүй байдал нь нарны цацраг, ашиглалтын хугацаа болон цахиурын агууламжаас үүдэлтэй. Энэхүү усны хэрэглээ нь байгалийн хийнээс гаргаж авсан устөрөгчийн үйлдвэрлэлтэй ижил хэмжээтэй байна (7.6-37 кгH2O /кгH2, дунджаар 22кгH2O/кгH2).

 

Усны нийт ул мөр: Сэргээгдэх эрчим хүч ашиглах үед бага

CO2 ялгаруулалтын нэгэн адил электролитийн маршрутын усны ул мөр бага байх урьдчилсан нөхцөл бол сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрийг ашиглах явдал юм. Хэрэв цахилгаан эрчим хүчний багахан хэсгийг чулуужсан түлш ашиглан үйлдвэрлэж байгаа бол цахилгаантай холбоотой усны хэрэглээ нь электролизийн үед хэрэглэсэн бодит уснаас хамаагүй өндөр байна.

 

Жишээлбэл, хийн эрчим хүч үйлдвэрлэхэд 2,500 литр/МВт.ц хүртэл ус ашиглаж болно. Энэ нь мөн чулуужсан түлш (байгалийн хий)-ийн хувьд хамгийн сайн тохиолдол юм. Хэрэв нүүрс хийжүүлэхийг авч үзвэл устөрөгчийн үйлдвэрлэл 31-31.8кгH2O/кгH2, нүүрсний үйлдвэрлэл 14.7кгH2O/кгH2 зарцуулж болно. Үйлдвэрлэлийн процессууд илүү үр ашигтай болж, суурилуулсан хүчин чадлын нэгж тутамд ногдох эрчим хүчний гарц сайжирснаар фотоэлектрик болон салхины усны хэрэглээ цаг хугацааны явцад буурах төлөвтэй байна.

 

2050 он гэхэд нийт усны хэрэглээ

Дэлхий ертөнц ирээдүйд өнөөдрийнхөөс хэд дахин их устөрөгч ашиглах төлөвтэй байна. Жишээлбэл, IRENA-ийн Дэлхийн эрчим хүчний шилжилтийн төлөвт 2050 онд устөрөгчийн эрэлт 74 EJ орчим байх бөгөөд үүний гуравны хоёр орчим нь сэргээгдэх устөрөгчөөс гарна гэж тооцоолжээ. Харьцуулбал, өнөөдөр (цэвэр устөрөгч) 8.4 EJ байна.

 

Хэрэв электролитийн устөрөгч нь 2050 оны турш устөрөгчийн хэрэгцээг хангаж чадвал усны хэрэглээ ойролцоогоор 25 тэрбум куб метр болно. Доорх зурагт энэ тоог хүний ​​гараар бүтсэн бусад усны хэрэглээний урсгалтай харьцуулж байна. Хөдөө аж ахуй хамгийн их буюу 280 тэрбум куб метр ус хэрэглэдэг бол аж үйлдвэр бараг 800 тэрбум куб метр, хотууд 470 тэрбум куб метр ус хэрэглэдэг. Байгалийн хийн шинэчлэл болон устөрөгч үйлдвэрлэх нүүрсний хийжүүлэлтийн одоогийн усны хэрэглээ 1.5 тэрбум куб метр орчим байна.

Тиймээс электролитийн замуудын өөрчлөлт болон эрэлт хэрэгцээ өсөн нэмэгдэж байгаатай холбоотойгоор их хэмжээний ус хэрэглэх төлөвтэй байгаа ч устөрөгчийн үйлдвэрлэлээс гарах усны хэрэглээ нь хүмүүсийн хэрэглэдэг бусад урсгалаас хамаагүй бага хэвээр байх болно. Өөр нэг лавлагаа бол нэг хүнд ногдох усны хэрэглээ жилд 75 (Люксембург)-1200 (АНУ) куб метр байдаг. Дунджаар 400 м3 / (нэг хүнд ногдох * жил) гэж үзвэл 2050 онд нийт устөрөгчийн үйлдвэрлэл 62 сая хүн амтай улсынхтай тэнцэнэ.

 

Ус хэр их зарцуулагддаг, хэр их эрчим хүч хэрэглэдэг вэ

 

зардал

Электролитийн эсүүд нь өндөр чанартай ус шаарддаг бөгөөд усыг цэвэршүүлэх шаардлагатай байдаг. Чанар муутай ус нь илүү хурдан задралд хүргэж, ашиглалтын хугацааг богиносгодог. Шүлтлэгт ашигладаг диафрагм, катализатор, мөн PEM-ийн мембран, сүвэрхэг тээвэрлэлтийн давхарга зэрэг олон элементүүд нь төмөр, хром, зэс гэх мэт усны хольцоос сөргөөр нөлөөлж болно. Усны дамжуулах чанар нь 1μS/см-ээс бага, нийт органик нүүрстөрөгч 50μг/л-ээс бага байх шаардлагатай.

 

Ус нь эрчим хүчний хэрэглээ болон зардлын харьцангуй бага хувийг эзэлдэг. Хоёр параметрийн хувьд хамгийн муу хувилбар бол давсгүйжүүлэх явдал юм. Урвуу осмос нь давсгүйжүүлэх гол технологи бөгөөд дэлхийн хүчин чадлын бараг 70 хувийг эзэлдэг. Энэхүү технологийн өртөг нь өдөрт 1900-2000 ам.доллар / м³/хоног бөгөөд суралцах муруйн түвшин 15% байна. Энэхүү хөрөнгө оруулалтын өртгөөр цэвэршүүлэх зардал нь ойролцоогоор 1 ам.доллар / м³ бөгөөд цахилгааны зардал багатай газруудад бага байж болно.

 

Үүнээс гадна, тээврийн зардал нэг м³ тутамд ойролцоогоор 1-2 ам.доллараар нэмэгдэх болно. Энэ тохиолдолд ч гэсэн ус цэвэршүүлэх зардал нь ойролцоогоор 0.05 ам.доллар/кгH2 байна. Үүнийг харьцуулж үзвэл, хэрэв сайн сэргээгдэх нөөц байгаа бол сэргээгдэх устөрөгчийн өртөг нь 2-3 ам.доллар/кгH2 байж болох бол дундаж нөөцийн өртөг нь 4-5 ам.доллар/кгH2 байна.

 

Тиймээс энэхүү консерватив хувилбарт усны өртөг нийт үнийн 2 хувиас бага байх болно. Далайн усыг ашиглах нь нөхөн сэргээгдэх усны хэмжээг 2.5-5 дахин нэмэгдүүлэх боломжтой (нөхөн сэргээгдэх хүчин зүйлийн хувьд).

 

Эрчим хүчний хэрэглээ

Давсгүйжүүлэх эрчим хүчний хэрэглээг авч үзвэл электролитийн элементийг оруулахад шаардагдах цахилгаан эрчим хүчний хэмжээтэй харьцуулахад энэ нь маш бага юм. Одоогийн ажиллаж байгаа урвуу осмос төхөөрөмж нь ойролцоогоор 3.0 кВт/м3 зарцуулдаг. Үүний эсрэгээр дулааны давсгүйжүүлэх үйлдвэрүүд нь 40-80 кВт/м3 хооронд хэлбэлздэг бөгөөд нэмэлт эрчим хүчний хэрэгцээ нь давсгүйжүүлэх технологиос хамааран 2.5-5 кВт/м3 хооронд хэлбэлздэг. Жишээлбэл, дулааны насос ашигласан гэж үзвэл когенерацийн үйлдвэрийн консерватив тохиолдлыг (өөрөөр хэлбэл илүү өндөр эрчим хүчний хэрэгцээ) авч үзвэл эрчим хүчний хэрэгцээг ойролцоогоор 0.7 кВт/цаг/кг устөрөгч болгон хувиргах болно. Үүнийг хэтийн төлөвт нь авч үзвэл электролитийн элементийн цахилгаан эрчим хүчний хэрэгцээ ойролцоогоор 50-55 кВт/кг байдаг тул хамгийн муу тохиолдолд ч гэсэн давсгүйжүүлэх эрчим хүчний хэрэгцээ нь системд орж буй нийт эрчим хүчний 1% орчим байдаг.

 

Давсгүйжүүлэх нэг бэрхшээл бол давстай усыг зайлуулах явдал бөгөөд энэ нь орон нутгийн далайн экосистемд нөлөөлж болзошгүй юм. Энэхүү давсны уусмалыг байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг бууруулахын тулд цаашид боловсруулж болох бөгөөд ингэснээр усны өртөгт м³ тутамд 0.6-2.40 ам.доллар нэмж болно. Үүнээс гадна, электролитийн усны чанар нь ундны уснаас илүү хатуу бөгөөд цэвэрлэх зардал өндөр байж болох ч энэ нь эрчим хүчний хэрэглээтэй харьцуулахад бага байх төлөвтэй байна.

Устөрөгч үйлдвэрлэх зориулалттай электролитийн усны ул мөр нь орон нутгийн усны хүртээмж, хэрэглээ, доройтол, бохирдлоос хамаардаг маш тодорхой байршлын параметр юм. Экосистемийн тэнцвэрт байдал болон урт хугацааны уур амьсгалын чиг хандлагын нөлөөллийг харгалзан үзэх хэрэгтэй. Усны хэрэглээ нь сэргээгдэх устөрөгчийг өргөжүүлэхэд гол саад тотгор болно.