Электролизийн үед хэр их ус зарцуулдаг вэ?

Электролизийн үед хэр их ус зарцуулагддаг

Нэгдүгээр алхам: Устөрөгчийн үйлдвэрлэл

Усны хэрэглээ нь устөрөгчийн үйлдвэрлэл ба эрчим хүчний эх үүсвэрийн үйлдвэрлэл гэсэн хоёр үе шатаас бүрдэнэ. Устөрөгчийн үйлдвэрлэлийн хувьд электролизийн усны хамгийн бага хэрэглээ нь нэг кг устөрөгч тутамд ойролцоогоор 9 кг ус байна. Гэсэн хэдий ч усыг эрдэсгүйжүүлэх процессыг харгалзан үзвэл энэ харьцаа нэг кг устөрөгчийн хувьд 18-24 кг ус, бүр 25.7-30.2 хүртэл байж болно..

 

Одоо байгаа үйлдвэрлэлийн процесст (метаны уурын шинэчлэлт) усны хамгийн бага зарцуулалт нь 4.5кгН2О/кгН2 (урвалд шаардагдах) бөгөөд технологийн ус, хөргөлтийг харгалзан үзвэл усны хамгийн бага зарцуулалт 6.4-32.2кгН2О/кгН2 байна.

 

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

Өөр нэг бүрэлдэхүүн хэсэг нь сэргээгдэх цахилгаан, байгалийн хий үйлдвэрлэх усны хэрэглээ юм. Фотоволтайкийн усны хэрэглээ 50-400 литр/МВт/цаг (2.4-19кгН2О/кгН2), салхиных 5-45 литр/МВтц (0.2-2.1кгН2О/кгН2) хооронд хэлбэлздэг. Үүний нэгэн адил занарын хийн олборлолтыг (АНУ-ын мэдээлэлд үндэслэн) 1.14kgH2O/kgH2-аас 4.9kgH2O/kgH2 хүртэл нэмэгдүүлэх боломжтой.

 

Дүгнэж хэлэхэд, фотоволтайк болон салхины цахилгаан станцаас үүссэн устөрөгчийн нийт усны хэрэглээний дундаж хэмжээ нь ойролцоогоор 32 ба 22кгН2О/кгН2 байна. Тодорхой бус байдал нь нарны цацраг, ашиглалтын хугацаа болон цахиурын агууламжаас үүдэлтэй. Энэ усны хэрэглээ нь байгалийн хийнээс устөрөгч үйлдвэрлэхтэй ижил түвшинд байна (7.6-37 кгh2o/кгН2, дунджаар 22кгН2О/кгН2).

 

Нийт усны ул мөр: Сэргээгдэх эрчим хүчийг ашиглах үед бага

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

 

Жишээлбэл, хийн эрчим хүч үйлдвэрлэхэд 2500 литр / МВт цаг хүртэл ус зарцуулдаг. Энэ нь мөн чулуужсан түлшний (байгалийн хий) хамгийн тохиромжтой тохиолдол юм. Нүүрс хийжүүлэх гэж үзвэл устөрөгчийн үйлдвэрлэлд 31-31.8кгН2О/кгН2, нүүрсний үйлдвэрлэлд 14.7кгН2О/кгН2 зарцуулагдах боломжтой. Үйлдвэрлэлийн процесс илүү үр ашигтай болж, суурилагдсан хүчин чадлын нэгжид ногдох эрчим хүчний гарц сайжрах тусам фотоволтайк болон салхины усны хэрэглээ цаг хугацааны явцад буурах төлөвтэй байна.

 

2050 оны нийт усны хэрэглээ

Дэлхий ирээдүйд одоогийнхоос хэд дахин их устөрөгчийг ашиглах төлөвтэй байна. Жишээлбэл, IRENA-ийн Дэлхийн эрчим хүчний шилжилтийн төлөв байдал нь 2050 онд устөрөгчийн хэрэгцээ ойролцоогоор 74 EJ байх бөгөөд үүний гуравны хоёр орчим нь сэргээгдэх устөрөгчөөс бүрдэх болно. Харьцуулбал өнөөдөр (цэвэр устөрөгч) 8.4EJ байна.

 

Электролитийн устөрөгч нь 2050 онд устөрөгчийн хэрэгцээг бүрэн хангаж чадах байсан ч усны хэрэглээ 25 тэрбум шоо метр болно. Доорх зурагт энэ үзүүлэлтийг хүний ​​гараар бүтээгдсэн усны хэрэглээний бусад урсгалтай харьцуулсан болно. Хөдөө аж ахуй хамгийн их буюу 280 тэрбум шоо метр ус хэрэглэдэг бол аж үйлдвэр бараг 800 тэрбум шоо метр, хот 470 тэрбум шоо метр ус хэрэглэдэг. Устөрөгчийн үйлдвэрлэлд зориулж байгалийн хийн шинэчлэлт, нүүрс хийжүүлэх усны хэрэглээ одоогийн байдлаар 1.5 тэрбум шоо метр байна.

Ийнхүү электролитийн замуудын өөрчлөлт, өсөн нэмэгдэж буй эрэлтийн улмаас их хэмжээний ус хэрэглэх төлөвтэй байгаа ч устөрөгчийн үйлдвэрлэлээс үүдэлтэй усны хэрэглээ нь хүний ​​ашигладаг бусад урсгалаас хамаагүй бага байх болно. Өөр нэг лавлагаа бол нэг хүнд ногдох усны хэрэглээ жилд 75 (Люксембург)-аас 1200 (АНУ) шоо метр байна. Дунджаар 400 м3 / (нэг хүнд ногдох * жил) устөрөгчийн нийт үйлдвэрлэл 2050 онд 62 сая хүн амтай улсынхтай тэнцэнэ.

 

Ус ямар үнэтэй, хэр их эрчим хүч зарцуулдаг

 

зардал

Электролитийн эсүүд нь өндөр чанартай ус шаарддаг бөгөөд усыг цэвэршүүлэх шаардлагатай байдаг. Чанар муутай ус нь хурдан муудаж, ашиглалтын хугацааг богиносгодог. Төмөр, хром, зэс гэх мэт усны хольцын нөлөөгөөр шүлтлэгт ашигладаг диафрагм, катализатор, түүнчлэн PEM-ийн мембран, сүвэрхэг зөөвөрлөгч давхарга зэрэг олон элементүүдэд сөргөөр нөлөөлж болно. Ус дамжуулах чадвар нь 1μS/-ээс бага байх шаардлагатай. см, нийт органик нүүрстөрөгч 50мкг/л-ээс бага.

 

Эрчим хүчний хэрэглээ, зардлын харьцангуй бага хувийг ус 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. Технологийн өртөг нь 1900-2000 доллар / м³ / өдөр бөгөөд суралцах муруй хувь нь 15% байна. Энэ хөрөнгө оруулалтын зардлаар цэвэрлэх зардал нь ойролцоогоор $1/м³ бөгөөд цахилгааны зардал багатай газруудад бага байж болно.

 

Түүнчлэн тээврийн зардал м3 тутамд 1-2 доллараар нэмэгдэнэ. Энэ тохиолдолд ч гэсэн ус цэвэршүүлэх зардал ойролцоогоор 0.05 доллар / кгН2 байна. Үүнийг ойрын байдлаар авч үзвэл, сэргээгдэх устөрөгчийн өртөг нь сэргээгдэх сайн нөөц байгаа тохиолдолд 2-3 доллар/кгН2, харин дундаж нөөцийн өртөг нь 4-5 доллар/кгН2 байна.

 

Тиймээс энэ консерватив хувилбарт ус нийт үнийн 2 хувиас бага үнэтэй байх болно. Далайн усыг ашигласнаар олж авах усны хэмжээг 2.5-5 дахин нэмэгдүүлэх боломжтой (нөхөн сэргээх хүчин зүйлийн хувьд).

 

Эрчим хүчний хэрэглээ

Давсгүйжүүлэлтийн эрчим хүчний зарцуулалтыг харвал энэ нь электролитийн элементийг оруулахад шаардагдах цахилгааны хэмжээтэй харьцуулахад маш бага юм. Одоогийн ажиллаж байгаа урвуу осмос төхөөрөмж нь ойролцоогоор 3.0 кВт / м3 зарцуулдаг. Харин дулааны давсгүйжүүлэх станцууд нь эрчим хүчний хэрэглээнээс хамаагүй өндөр буюу 40-80 кВт.цаг/м3, нэмэлт эрчим хүчний хэрэгцээ нь давсгүйжүүлэх технологиос хамааран 2.5-5кВт.цаг/м3 хооронд хэлбэлздэг. Когенерацийн станцын консерватив тохиолдлыг (өөрөөр хэлбэл эрчим хүчний эрэлт ихтэй) жишээ болгон авч үзвэл, дулааны насосыг ашиглавал эрчим хүчний хэрэгцээ нь ойролцоогоор 0.7 кВт.цаг/кг устөрөгч болж хувирна. Үүнийг хэтийн төлөвтэй болгохын тулд электролитийн эсийн цахилгааны хэрэгцээ 50-55 кВт/кг байдаг тул хамгийн муу тохиолдолд ч давсгүйжүүлэхэд шаардагдах эрчим хүчний хэрэгцээ нь системд зарцуулж буй нийт эрчим хүчний 1% орчим байдаг.

 

Давсгүйжүүлэлтийн нэг сорилт бол далайн усны экосистемд нөлөөлж болзошгүй давстай усыг зайлуулах явдал юм. Энэ давсны уусмалыг байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг багасгахын тулд цаашид цэвэршүүлэх боломжтой бөгөөд ингэснээр усны өртөг дээр дахин 0.6-2.40 доллар / м³ нэмнэ. Нэмж дурдахад, электролитийн усны чанар нь ундны уснаас илүү хатуу бөгөөд цэвэршүүлэх зардал өндөр байж болох ч эрчим хүчний зарцуулалттай харьцуулахад энэ нь бага байх төлөвтэй байна.

Устөрөгчийн үйлдвэрлэлийн электролитийн усны ул мөр нь тухайн орон нутгийн усны хүртээмж, хэрэглээ, доройтол, бохирдол зэргээс шалтгаалдаг байршлын маш тодорхой параметр юм. Экосистемийн тэнцвэрт байдал, урт хугацааны уур амьсгалын чиг хандлагын нөлөөллийг харгалзан үзэх шаардлагатай. Усны хэрэглээ нь сэргээгдэх устөрөгчийг нэмэгдүүлэхэд томоохон саад болно.