Устөрөгч эрчим хүчний салбарт хувьсгал авчирна

Л.Номинцэцэг

2019 онд нэр хүндээ хурдтай өсгөж чадсан устөрөгч нь энэ жил шинэ мэдээ дуулгав. Устөрөгч бол хүлэмжийн хийг бууруулах үндсэн технологи бөгөөд хувьсгал авчрагч (game-changer) хэмээн Олон улсын эрчим хүчний агентлаг (International Energy Agency) -аас зарласан юм.  Устөрөгч нь хүлэмжийн хийг бууруулах аргыг эрс өөрчилж, сэргээгдэх эрчим хүчийг шинэ шатанд хүргэнэ гэж  үзэж байна. 

Нар, салхи, усан цахилгаан станц зэрэг сэргээгдэх эрчим хүчээр нүүрсний хэрэглээг бүрэн халах бололцоогүй хэвээр байгаа билээ. Устөрөгчийн хувьд сэргээгдэх эрчим хүчний шинэ төлөөлөл биш агаад арван жилийн турш эрчим хүчний цэвэр эх үүсвэр гэж нэрлэгдэж ирсэн. Тэгвэл одоо эрчим хүчний салбарт тогтсон дүрмийг өөрчлөнө гэж  эргэн харах болсон шалтгааныг хайж үзье. Үүний тулд устөрөгч үйлдвэрлэлийн аргуудыг мэдэх шаардлагатай юм. Устөрөгч үйлдвэрлэх үндсэн хоёр аргачлал байна. 

Нэгдүгээрт, (steam reforming буюу уурын боловсруулалтын арга) Байгаль дээр хамгийн түгээмэл элемент “Устөрөгч (H2)” нь цэврээр байдаггүй. Маш идэвхтэй, бусад элементтэй урвалд амархан ордог учир устөрөгч ихээхэн агуулсан бодисоос ялган авдаг. Тодруулбал нүүрс, байгалийн хий, газрын тос нь устөрөгч болон нүүрстөрөгчийн нэгдэл тул түүнээс устөрөгчийг салган авах арга хамгийн түгээмэл аж.

Хоёрдугаарт, 2H2O буюу устөрөгч болон хүчилтөрөгчийн нэгдлийг 2Н+O2 болгон салгах үйл явц буюу электролизийн арга юм. Тус хоёр элементийг тусгаарлах буюу эсрэг урвалд оруулах тусгаарлагчийг цагаан алтаар хийж ирсэн ч сүүлийн жилүүдэд полимер материалыг ашиглах болсноор үйлдвэрлэлийн өртөг буурах болжээ. 

Устөрөгч бол үелэх системийн эхний элемент юм. Энэ утгаараа орчлон ертөнцийн хамгийн элбэг элемент гэж хэлж болно. Гэхдээ устөрөгчийг жинхэнэ утгаар бүтээгдэхүүн болгох багаж нь түлшний үүр/үүсгүүр (FUEL CELL) юм. Энэхүү үүсгүүр нь устөрөгч агуулсан ямар ч төрлийн түлшний химийн энергийг цахилгаан, дулааны эрчим хүч болгон хувиргадаг орчин үеийн технологи аж. Эндээс л устөрөгчийг “game changer” гэж нэрлэсний учиг тайлагдана. 

Устөрөгчийн хамгийн том хэрэглэгч нь НАСА агентлаг. Сансрын хөлөгт устөрөгчийн түлш хэрэглээд удаж байна. Гэвч цэвэр эрчим хүчний эх үүсвэр гэж хэдэн арван жилийн турш нэрлэгдэж ирсэн устөрөгчийг тээврийн хэрэгсэл, эрчим хүчний үүсгүүрт өргөнөөр хэрэглэх боломж хомс байв. Учир нь устөрөгчийн үйлдвэрлэлийн өртөг хэт өндөр байж иржээ. Энэ оны эхэнд Устөрөгчийн зөвлөлөөс (Hydrogen council) танилцуулсан “Устөрөгчийн өрсөлдөх чадвар, зардал” тайланд устөрөгч үйлдвэрлэх зардал 10 жилийн дараа 50% буурна гэдгийг онцолсон байна. 2030 он гэхэд устөрөгчийн үйлдвэрлэлийн хөрөнгө оруулалт 70 тэрбум ам.доллар хүрснээр бусад нүүрстөрөгч бага ялгаруулах технологиудтай өрсөлдөх чадвартай болохыг уг тайланд дурджээ. Ингэж устөрөгч буюу сэргээгдэх эрчим хүчний өртөг буурснаар бусад эрчим хүчний эх үүсвэрт алдаж ирсэн зах зээлээ тэлэх боломжтой. Цаашдаа илүү хямд өртгөөр устөрөгчийг үйлдвэрлэсэн орнууд экспортолж эхлэнэ. Жишээлбэл, Австрали улс хүрэн нүүрснээс гарган авсан шингэрүүлсэн устөрөгчийг Япон руу экспортлохоор бэлтгэж байна. 2020-2021 онд анхны тээвэрлэлтийг хийхээр төлөвлөсөн ба автомашин, усан онгоцоор тээвэрлэнэ. Устөрөгчийг экспортлох усан онгоц ч устөрөгчийн түлшээр ажиллах төсөөлөл тийм ч хол биш. 2050 он гэхэд дэлхийн нийт эрчим хүчний тавны нэг буюу 2.5 их наяд ам.долларын зах зээлийг бий болгоно гэж Устөрөгчийн зөвлөл үзэж байна. Энэ мэтчилэн устөрөгчийн эрэлт тэлж байна.
 
Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг нүүрс нь эрчим хүчний байгаль дээр нөөцлөгдсөн нэг хэлбэр. Хүн төрөлхтөн нүүрсийг олборлож хүчилтөрөгчтэй урвалд оруулж, шатаах замаар эрчим хүч болгон ашигладаг. Хүнд үйлдвэрт ашиглах түлшийг их хэмжээгээр нөөцлөх нь тун чухал. Тиймээс аж үйлдвэрийн хувьсгалаас одоог хүртэл нүүрс эрэлттэй түлш байсаар ирсэн. Тэгвэл үйлдвэрлэсэн устөрөгчийг нөөцлөх нь гол шалгуур байв. Энэ цаг үед устөрөгч нөөцлүүр үсрэнгүй өөрчлөлт авчирч, бусад эрчим хүчний эх үүсвэртэй харьцуулахад илүү удаан нөөцлөх боломжтой болжээ.  
Эрчим хүчний эх үүсвэрүүдээс хэд дахин илүү дулаан ялгаруулдаг. Бензин 10800 kкал/кг, Байгалийн хий  8500 kкал/кг, Нүүрс  4000-7000 kкал/кг байдаг бол устөрөгч нь 34147 kкал/кг  дулаан ялгаруулдаг байна. Тиймээс өндөр хэмд хайлдаг ган, төмөр зэрэг хүнд үйлдвэрүүд нүүрстөрөгч үл ялгаруулагч устөрөгч рүү “урвахыг” үгүйсгэхгүй.  

Олон улсын эрчим хүчний агентлагийн танилцуулсан доорх графикт өөр төрлийн эрчим хүчний эх үүсвэрүүдийг нөөцлөх хугацаагаар нь харьцуулжээ. 

 
Байгалийн хий, газрын тос, нүүрс зэрэг чулуужмал түлшний эрчим хүчийг бус сэргээгдэх эрчим хүчийг устөрөгчийн үйлдвэрлэлд ашиглах зорилтод гол учир бий. 1975 оноос хойш гурав дахин өссөн устөрөгчийн үйлдвэрлэлд дэлхийн байгалийн хийн хэрэглээний 6%-ийг, нүүрсний 2%-ийг зарцуулж байгаа юм. Тиймээс устөрөгч үйлдвэрлэхэд жилд ойролцоогоор 830 сая тонн нүүрстөрөгч ялгаруулж байна. Устөрөгчийн түлш хэдийгээр нүүрстөрөгч ялгаруулахгүй ч үйлдвэрлэлийн үе шатанд ч мөн нүүрстөрөгч ялгаруулахгүй болгох шаардлагатай байна. “Тэг ялгаруулалт” (zero emission) хөтөлбөр хэрэгжүүлж буй Олон улсын сэргээгдэх эрчим хүчний агентлагийн (IRENA) тооцоолсноор, 2050 онд дэлхийн нийт цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэлийн 8%-ийг устөрөгч эзлэх ба устөрөгч үйлдвэрлэгчдийн 2/3 нь ногоон технологи ашиглана. Тэгэхдээ сэргээгдэх эрчим хүчний тусламжтай устөрөгчийг электролизийн аргаар гарган авах нь хамгийн боловсронгуй хувилбар гэж тодорхойлж байна. Өөрөөр хэлбэл, устөрөгч үйлдвэрлэхэд ашиглах эрчим хүчийг байгалийн хий, нүүрс, газрын тосноос (grey fuel cell)  бус нар, салхи, усны эх үүсвэрээр (green fuel cell) шийдвэрлэнэ. Энэ нь жилд 1700 ГВт хүчин чадал бүхий устөрөгчийн электролиз үйлдвэрүүд ажиллах бөгөөд эдгээрийн жилийн өсөлт 35%-иас давна гэсэн үг. Энэ өсөлтөө 30 жил хадгалах төлөвтэйг ч мөн онцолжээ.

2050 он гэхэд устөрөгч үйлдвэрлэлийн “ногоон” технологи эрс нэмэгдэх дүр зургийг доорх графикаас харж байна. 

 
Эдүгээ сэргээгдэх эрчим хүчний уриалгад нэгдэж, нүүрстөрөгч ялгаруулах чулуужмал түлшний хэрэглээг бууруулах зорилгоо бахархалтай  тунхаглах улс орнууд олширч байна. Тэд устөрөгчийг үйлдвэрлэх, нөөцлөх, хэрэглэх шинэ стратеги боловсруулж байна. Тухайлбал, хамгийн их нүүрстөрөгч ялгаруулагч төдийгүй хамгийн том санхүүжүүлэгч орон БНХАУ-ын дарга Си Жинпин нүүрстөрөгч ялгаруулалтаа 2060 он гэхэд тэглэх тухай НҮБ-ын Ерөнхий ассамблейн индэр дээрээс мэдэгдэв. Энэ нь 2025 онд Хятадын эрчим хүчний сүлжээний 42%-ийг сэргээгдэх эрчим хүч эзлэх зорилт юм. Таван жилийн дараа тус улс устөрөгчийн түлш түгээх 1000 станц барихаар төлөвлөжээ. Гуанжоу мужид өдгөө бүх нийтийн тээвэртээ ус төрөгчийн түлш ашиглаж байна. Япон улс хойшлогдсон “Токио-2021” олимпын үеэр устөрөгчийн түлшээр ажилладаг нийтийн тээврээр үйлчлэх юм. Тиймээс 900 байршилд устөрөгчийн түлш цэнэглэх цэгийг байгуулахаар бэлтгэж байна. Устөрөгчийн зөвлөлийн (Hydrogen council) гишүүнчлэл өргөжин тэлж дэлхийн шилдэг үйлдвэрлэгч 60 гаруй компанийг хамруулж чадсны нэг нь Японы “Toyota” компани юм. Тус компанийн Mirai загварын автомашин устөрөгчийн түлшээр ажилладаг.  Уг тээврийн хэрэгсэл нь нэг удаагийн цэнэглэлтээр 700 км явах чадамжтай. 2018 оноос борлуулж эхэлсэн бөгөөд жилийн борлуулалт Японы до­тоод зах зээлд 3000 давсан байна. АНУ-д аль хэдийн  ний­тийн болон ачаа тээврийн машинд устөрөгчийн түлшийг түгээмэл хэрэглэх болсон билээ. Хэрэглээгээ улам тэлэх стратеги боловсруулж байгаа юм. 

2019 оны зургаадугаар сард Олон улсын эрчим хүчний агентлагаас гаргасан “Устөрөгчийн ирээдүй” тайлангийн мэдээллээр, байгалийн хий одоогоор устөрөгчийн анхдагч эх үүсвэр болж байна. Жил бүр 70 сая тонн устөрөгч үйлдвэрлэж байгаагийн 3/4-ийг байгалийн хийнээс гарган авч байна. Энэ нь байгалийн хийн хэрэглээний ердөө 6 орчим хувийг эзэлж байгаа юм. Гэхдээ тухайн хэмжээ 10 жилийн дотор огцом өөрчлөгдөх боломжтой. 

Өдгөө уур амьсгалын өөрчлөлттэй тэмцэх Парисын хэлэлцээрт нэгдсэн улс орны тоо 189 хүрч, Олон улсын сэргээгдэх эрчим хүчний агентлаг 162 орны гишүүнчлэлтэй болжээ. Хүлэмжийн хийг бууруулах гол технологиор нэрлэгдсэн устөрөгч 2020 онд олон улсын анхаарлыг улам ихээр татав. Энэ эрчээ хадгалан үйлдвэрлэлийн өртөг буурч бусад улсад эрэлт нэмэгдэх цаг айсуйг дахин тодотгоё. 

Устөрөгч болон түлшний үүсгүүр 200 жилийн хугацааг өртөөлөн өнөөгийн түүхийг бүтээсэн юм. Одоо устөрөгчийг эрчим хүч, дулаан, тээврийн хэрэгсэл, барилгын салбарт өргөнөөр хэрэглэхэд тун ойрхон иржээ. Устөрөгч үнэхээр “Game changer” болох эсэхийг дэлхий дахин харах л үлдлээ.