Электролиз менен канча суу керектелет
Биринчи кадам: Суутек өндүрүү
Сууну керектөө эки этаптан турат: суутек өндүрүү жана агымдын үстүндөгү энергия ташуучу өндүрүш. Водородду өндүрүү үчүн электролизденген суунун минималдуу чыгымы суутектин килограммына болжол менен 9 килограмм сууну түзөт. Бирок суунун минералсыздануу процессин эске алганда бул катыш суутектин килограммына 18 килограммдан 24 килограммга чейин, ал тургай 25,7ден 30,2ге чейин болушу мүмкүн..
Иштеп жаткан өндүрүш процесси үчүн (метан буу риформинги) минималдуу суунун керектөөсү 4,5кгН2О/кгН2 (реакция үчүн талап кылынат), технологиялык сууну жана муздатууну эске алуу менен, суунун минималдуу чыгымы 6,4-32,2кгН2О/кгН2 түзөт.
2-кадам: Энергия булактары (калыбына келтирилүүчү электр энергиясы же жаратылыш газы)
Дагы бир компонент - кайра жаралуучу электр энергиясын жана жаратылыш газын өндүрүү үчүн суу керектөө. Фотоэлектрдик кубаттуулуктун суунун сарпталышы 50-400 литр/МВт/саат (2,4-19кгН2О/кгН2) жана шамал энергиясы үчүн 5-45 литр/МВт (0,2-2,1кгН2О/кгН2) арасында өзгөрөт. Ошо сыяктуу эле, сланец газынан газ өндүрүү (АКШнын маалыматтары боюнча) 1,14кгН2О/кгН2ден 4,9кгН2О/кгН2ге чейин көбөйтүлүшү мүмкүн.
Жыйынтыктап айтканда, фотоэлектр энергиясын өндүрүүдө жана шамал энергиясын өндүрүүдө пайда болгон суутектин орточо жалпы суу керектөөсү тиешелүүлүгүнө жараша 32 жана 22кгН2О/кгН2 түзөт. Белгисиздиктер күн радиациясынан, өмүр бою жана кремний мазмунунан келип чыгат. Бул суунун керектөөсү жаратылыш газынан суутек өндүрүү менен бирдей өлчөмдө (7,6-37 кгч2о/кгН2, орточо 22кгН2О/кгН2).
Жалпы суунун изи: Кайра жаралуучу энергияны колдонууда азыраак
CO2 эмиссияларына окшоп, электролиттик каттамдар үчүн суунун аз изи үчүн зарыл шарт кайра жаралуучу энергия булактарын пайдалануу болуп саналат. Эгерде электр энергиясынын бир аз гана бөлүгү казылып алынган отундарды колдонуу менен өндүрүлгөн болсо, электр энергиясы менен байланышкан сууну керектөө электролиз учурунда керектелген иш жүзүндөгү суудан бир топ жогору болот.
Мисалы, газ энергиясын өндүрүү 2500 литр/МВт/саат сууну колдоно алат. Бул ошондой эле казылып алынган отун (жаратылыш газы) үчүн эң жакшы учур. Көмүрдү газдаштыруу каралса, суутек өндүрүүгө 31-31,8кгН2О/кгН2, көмүр өндүрүүгө 14,7кгН2О/кгН2 керектелиши мүмкүн. Өндүрүштүк процесстер эффективдүү болуп, орнотулган кубаттуулуктун бирдигине энергия өндүрүү жакшырган сайын фотоэлектрден жана шамалдан суу керектөө да азаят деп күтүлүүдө.
2050-жылы сууну жалпы керектөө
Дүйнө келечекте суутекти азыркыдан бир нече эсе көп колдонот деп күтүлүүдө. Мисалы, IRENAнын World Energy Transitions Outlook 2050-жылы суутекке болгон суроо-талап болжол менен 74EJ болот, анын үчтөн экиси кайра жаралуучу суутектен келет деп эсептейт. Салыштыруу үчүн, бүгүнкү күндө (таза суутек) 8,4EJ болуп саналат.
Электролиттик суутек 2050-жылга чейин суутекке болгон муктаждыкты канааттандыра алган күндө да, суу керектөө болжол менен 25 миллиард куб метрди түзөт. Төмөндөгү көрсөткүч бул көрсөткүчтү башка техногендик суу керектөө агымдары менен салыштырат. Айыл чарбасы эң көп көлөмдөгү 280 миллиард куб метр сууну, ал эми өнөр жай 800 миллиард куб метрге жакын сууну жана шаарлар 470 миллиард куб метр сууну колдонот. Суутек өндүрүү үчүн жаратылыш газын реформалоо жана көмүрдү газдаштыруу боюнча учурда сууну керектөө болжол менен 1,5 миллиард кубометрди түзөт.
Ошентип, электролиттик жолдордун өзгөрүшүнө жана өсүп жаткан суроо-талапка байланыштуу чоң көлөмдөгү суу керектелиши күтүлүүдө, бирок суутек өндүрүшүнөн алынган суу керектөө дагы эле адамдар колдонгон башка агымдарга караганда алда канча аз болот. Дагы бир маалымдама пункту, киши башына суу керектөө жылына 75 (Люксембург) менен 1200 (АКШ) кубометрди түзөт. Орточо эсеп менен 400 м3/(киши башына * жылына) суутектин жалпы өндүрүшү 2050-жылы 62 миллион калкы бар өлкөнүн өндүрүшүнө барабар.
Суу канча турат, канча энергия керектелет
наркы
Электролиттик клеткалар жогорку сапаттагы сууну талап кылат жана сууну тазалоону талап кылат. Төмөн сапаттагы суунун тез бузулушуна жана өмүрүнүн кыскарышына алып келет. Көптөгөн элементтер, анын ичинде щелочтордо колдонулган диафрагмалар жана катализаторлор, ошондой эле мембраналар жана PEMдин тешиктүү транспорттук катмарлары темир, хром, жез ж. см жана жалпы органикалык көмүртек 50μg/л кем.
Суу энергияны керектөөнүн жана чыгымдардын салыштырмалуу аз бөлүгүн түзөт. Эки параметр үчүн эң начар сценарий тузсуздандыруу болуп саналат. Тескери осмос тузсуздандыруунун негизги технологиясы болуп саналат, ал дүйнөлүк кубаттуулуктун дээрлик 70 пайызын түзөт. Технологиянын баасы 1900-2000 доллар / м³/күн жана 15% үйрөнүү ийри курсуна ээ. Бул инвестициялык чыгымда тазалоо баасы болжол менен $1/м³ түзөт жана электр энергиясы төмөн болгон аймактарда төмөн болушу мүмкүн.
Мындан тышкары, жеткирүү баасы бир м³ үчүн болжол менен 1-2 долларга жогорулайт. Ал тургай, бул учурда, суу тазалоо баасы болжол менен $0,05 / кгН2 түзөт. Келечек боюнча айта турган болсок, кайра жаралуучу суутектин баасы, эгерде жакшы калыбына келүүчү ресурстар бар болсо, $2-3/кгН2 болушу мүмкүн, ал эми орточо ресурстун баасы $4-5/кгН2 түзөт.
Ошентип, бул консервативдүү сценарийде суунун баасы жалпы сумманын 2 пайызынан азыраак болот. Деңиз суусун пайдалануу кайра алынган суунун көлөмүн 2,5 — 5 эсеге (калыбына келтирүү коэффициенти боюнча) көбөйтүүгө мүмкүндүк берет.
Энергияны керектөө
Тузсуздандыруунун энергия керектөөсүн карасак, ал электролиттик клетканы киргизүү үчүн зарыл болгон электр энергиясынын көлөмүнө салыштырмалуу өтө аз. Учурдагы иштеп жаткан тескери осмос бирдиги болжол менен 3,0 кВт/м3 керектейт. Ал эми, термикалык тузсуздаштыруучу станциялар 40тан 80 кВт/м3ге чейин энергияны көбүрөөк керектейт, ал эми тузсуздандыруу технологиясына жараша 2,5тен 5 кВт/м3ге чейин кошумча энергия керектелет. Мисал катары когенерациялоочу станциянын консервативдик абалын (б.а. энергияга болгон талапты жогору) алсак, жылуулук насосун колдонууну эске алсак, энергияга болгон керектөө болжол менен 0,7 кВт/саат/кг суутекке айланат. Келечек менен айтканда, электролиттик клетканын электр энергиясына болгон керектөөсү болжол менен 50-55 кВт/кг түзөт, андыктан эң начар сценарийде да тузсуздандыруу үчүн энергия керектөө тутумга берилген жалпы энергиянын болжол менен 1% түзөт.
Тузсуздандыруудагы көйгөйлөрдүн бири – жергиликтүү деңиз экосистемасына таасирин тийгизе турган туздуу сууну жок кылуу. Бул тузду андан ары тазалап, анын айлана-чөйрөгө тийгизген таасирин төмөндөтсө болот, ошону менен суунун наркына дагы $0,6-2,40/м³ кошот. Мындан тышкары, электролиттик суунун сапаты ичүүчү сууга караганда катуураак жана тазалоонун кымбатташына алып келиши мүмкүн, бирок бул дагы эле электр энергиясына салыштырмалуу аз болот деп күтүлүүдө.
Суутек өндүрүү үчүн электролиттик суунун суу изи жергиликтүү суунун жеткиликтүүлүгүнө, керектөөсүнө, деградациясына жана булганышына көз каранды болгон өтө спецификалык жайгашуу параметри болуп саналат. Экосистеманын балансы жана узак мөөнөттүү климаттык тенденциялардын таасири каралышы керек. Сууну керектөө кайра жаралуучу суутектин көлөмүн көбөйтүүгө чоң тоскоолдук болот.
Посттун убактысы: Мар-08-2023