Нүүрс

Нүүрс

Нүүрс нь хар, хар хүрэн өнгөтэй, амархан шатдаг нэгэн төрлийн тунамал чулуулаг юм. Нүүрс нь дээд ургамалын үлдэгдэл хүлэрээс үүсэх ба дотроо хүрэн нүүрс, чулуун нүүрс, антрацит гэсэн төрөлд хуваагдана. Бүрдүүлэгч үндсэн химийн элемент нь нүүрстөрөгч, устөрөгч бөгөөд, хүчилтөрөгч, хүхэр, азот тодорхой хэмжээгээр агуулагдана. Нүүрс нь эрчим хүчний үндсэн эх үүсвэр бөгөөд нүүрсний ордыг ил болон далд уурхайгаар ашиглана. Нүүрс нь Дэлхийн хэмжээнд цахилгаан эрчим хүч гарган авах хамгийн гол түүхий эд бөгөөд мөн нүүрстөрөгчийн давхар исэлийн гол үүсвэр болж байна. СО₂ нь хүлэмжийн хий бөгөөд цаг уурын өөрчлөлт, Дэлхийн дулаарлын гол шалтгаан гэж үзэж байна^[1]. Нүүрсийг шатаах явцад байгалийн хийнээс хоёр дахин их, газрын тосноос арай илүү хэмжээний СО₂ ялгардаг байна^[2]. Монгол орон нүүрсний нөөцөөр баялаг бөгөөд одоогоор таамаг нөөц 152 тэрбум тонноор үнэлэгдэж байна.

               

                                                Нүүрсний химийн найрлага (жишээ)

Нэршил : Англи хэлний "Coal" буюу нүүрс гэдэг үг нь Герман гаралтай үг (Германаар Kohle, Шведээр kol^[3]) бөгөөд нүүрстөрөгч ("carbon") гэдэг нэр томъёо бас ижил үүсэлтэй. Модыг агааргүй орчинд халаан, түүнд агуулагдах ус, дэгдэмхий бодисыг зайлуулан, нүүрстөрөгчийн өндөр агуулгатай (нүүрстөрөгч 85-95 %), хар өнгөтэй, хөнгөн, нүх сүвэрхэг, бутрамтгай үлдэгдэл гаргаж авахыг "Модны нүүрс" ("Charcoal") гэж нэрлэнэ.

Нүүрсний төрөлүүд:

• Хүрэн нүүрс (Lignite мөн Brown coal) нь бага хувирсан нүүрс бөгөөд ихэвчлэн дулааны цахилгаан станцaд түлш болгон хэрэглэдэг.
• Чулуун нүүрс (Sub-bituminous coal болон Bituminous coal) - нүүрсний хувирлын дунд шатны бүтээгдэхүүн. Дулааны цахилгаан станцд түлш болгон хэрэглэхээс гадна зарим онцгой төрөл-коксжих нүүрсийг коксжуулан гангийн үйлдвэрт хэрэглэнэ.
• Хагас антрацит болон антрацит (Anthracite) - хамгийн их хувирсан нүүрс. Голчлон утаагүй түлш болгон хэрэглэнэ.

 Түлшинд хэрэглэх: Нүүрсийг дулааны цахилгаан станцад шатааж, цахилгаан, дулаан гаргаж авахад хэрэглэх ба дэлхийн нүүрсний жилийн хэрэглээ ойролцоогоор 5.3 тэрбум тонн. Нийт нүүрсний 75% нь цахилгаан гаргаж авахад зориулагдаж байгаа ба хамгийн том хэрэглэгч БНХАУ, Энэтхэг 2 улс бөгөөд одоогийн байдлаар нэг жилд 1.7 тэрбум тонн нүүрс хэрэглэж байна. Уг бүс нутгийн нүүрсний хэрэглээ урьдчилсан тооцоогоор 2025 онд 2.7 тэрбумд хүрнэ гэж таамаглаж байна ^[4]. Одоогийн байдлаар нүүрсний хэрэглээ 3 жил тутамд ойролцоогооор 25% нэмэгдэж байгаа нь бусад төрлийн эрчим хүчний түүхий эдүүдтэй харьцуулахад хамгийн их хурдацтайгаар хэрэглээ нь нэмэгдэх байгаа түүхий эд болж байна. Дэлхий дээр үйлдвэрлэж буй нийт эрчим хүчний 40%-ийг нүүрснээс гарган авч байгаа ^[5] ба АНУ-д энэ хэмжээ 49% байна^[6].

 Коксжуулах: Кокс нь бага үнсжилт, хүхрийн агуулгатай коксжих нүүрсийг агааргүй орчинд 1,000 ^oС дээш хэмд халаан гаргаж авсан саарал өнгөтэй, нүх сүвэрхэг бүтээгдэхүүн юм. Дулаан ялгаруулах чадвар өндөр, 29.6Мж/кг. Коксыг төмрийн хүдэр хайлуулахад түлш, мөн ангижруулагч болгон хэрэглэнэ. Нүүрсийг коксжуулах явцад коксоос гадна нүүрсний давирхай (coal tar), хөнгөн тос, хий ялгарна.

Хийжүүлэх: Газрын тос, хийн үнийн өсөлтөөс хамааран сүүлийн жилүүдэд нүүрснээс шатдаг хий болон шингэн бүтээгдэхүүн (газрын тостой адил бүтээгдэхүүн) гарган авах технологийг эрчтэй хөгжүүлж байна. Нүүрсийг хийжүүлнэ гэдэг нь нүүрсийг өндөр даралт, температурын нөлөөн дор задлан, хийн бүтээгдэхүүн гаргаж авахыг хэлнэ. ӨАБНУ нүүрсийг хийжүүлэх технологийг өргөнөөр хэрэглэж байгаа (ганц) орон юм.

Шингэрүүлэх: Нүүрсийг шууд болон шууд бус аргаар шингэрүүлэн бензин, дизелийн түлш гарган авахад зориулсан хэд хэдэн технологи боловсрогдож, бэлэн болсон байна. Шууд бус аргаар шингэрүүлэх, Фишер Тропш технологи дэлхийн II дайны үед Германд боловсрогдсон бөгөөд одоо ӨАБНУ-ын Сасол компани хэрэглэж байна. Уг технологи нь эхлээд нүүрсийг хийжүүлээд (тодорхой хэмжээний СО ба Н₂-ийг нэмж), дараа нь уг хийгээ конденсацлан хөнгөн нүүрсустөрөгч гарган авах арга юм. Эцэст нь нүүрсустөрөгчөө дахин нэрж бензин, дизелийн түлш гарган авна. Шууд шингэрүүлэх буюу устөрөгчжүүлэн шингэрүүлэх (liquefaction by hydrogenation) "Бергиус" технологийг Германд боловсруулсан^[7] ба Дэлхийн I ба II дайны үед ашиглаж байв. Шууд шингэрүүлэх хэд хэдэн өөр технологи боловсрогдсоноос, АНУ-ын Гальф Ойл компанийн боловсруулсан SRC-I and SRC-II (Solvent Refined Coal) технологи^[8], 1976 онд Вильбурн Шроедэр (Wilburn C. Schroeder) нэр дээр патентлагдсан NUS корпорацийн технологи зэргийг дурьдах хэрэгтэй юм. NUS корпорацийн устөрөгчжүүлэн, шууд шингэрүүлэх технологи нь нүүрсийг нунтаглан, хатааж, 1% молибдени катализаторийн тусламжтайгаар өндөр температур, даралтын нөлөөгөөр, бага хэмжээний хий (C3/C4), шингэн (C5-C10) - бензиний фракц, NH₃, ба CO₂ гаргаж авна ^[9]. Нүүрснээс шингэн бүтээгдэхүүн гаргаж авах өөр нэг арга нь бага температурт нүүрстөрөгчжүүлэх юм. Нүүрсийг бага температурт (450 and 700 °C) коксжуулахад, давирхай нь жирийн давирхайнаас (800 to 1000 °C-д коксжуулсанаас) илүү их хэмжээний хөнгөн нүүрсустөрөгч агуулдаг байна. Уг давирхайг дахин нэрж бензин, дизелийн түлш гарган авах боломжтой юм. Эдгээр бүх нүүрсийг шингэрүүлэх технологиудын сул тал нь газрын тосноос бензин, дизель түлш ялгаж авахаас хамаагүй илүү их хэмжээний нүүрстөрөгчийн давхар исэл (CO₂) ялгаруулдаг явдал юм. Тиймээс цаашид уг технологийг их хэмжээгээр хэрэглэх тохиолдолд, нүүрсийг шингэрүүлэх явцад ялгарч буй СО2-ийг багасгах, мөн агаар мандалд цацалгүйгээр СО₂-ийг азот, эсвэл бусад хийн тусламжтайгаар шингэрүүлэх зэрэг аргаар шийдэх хэрэгтэй гэж үзэж байна.

Нүүрсийг шингэрүүлэх нь нэгэн төрлийн нөөц технологи бөгөөд, газрын тосны нөөц, олборлолт багасан, эрэлт их хэмжээгээр нэмэгдсэн үед хэрэглэх боломжтой юм. Зарим судлаачдийн тооцоогоор, газрын тосны үнэ 35 ам.доллар/баррель орчим (болон түүнээс дээш) байгаа тохиолдолд, АНУ дотоодынхоо нүүрснээс бензин гаргаж авах нь эдийн засгийн хувьд ашигтай гэж гарсан байна^[10]. Хэдийгээр 35 ам.доллар/баррель гэдэг урт хугацааны газрын тосны дундаж үнээс өндөр байгаа ч, яг одоогийн байдлаар газрын тосны үнэ үүнээс өндөр байгаа билээ. Одоо хэрэглэгдэж буй нүүрс шингэрүүлэх технологиудын талаархи Вилиамс, Ларсон (Williams and Larson, 2003) нарын тайлангаас үзэхэд, Хятадад нүүрснээс гарган авч буй шингэн бүтээгдэхүүний өөрийн өртөг 25-35 ам.доллар/баррель байна.

Сөрөг нөлөө: Нүүрс олборлох явц байгаль орчинд нилээдгүй сөрөл нөлөө үзүүлнэ. Нүүрсний уурхайд хөрс хуулалтын дараа, нүүрсэнд агуулагдах пирит (төмрийн сульфид) нь ус, агаарын хүчилтөрөгчтэй урвалд орж, хүхрийн хүчил үүсгэнэ. Уурхайн усыг шүүрүүлэх явцад уг хүхрийн хүчил гадагшлах ба уурхайн овоолго дахь пирит ч борооны устай урвалд орон удаан хугацааны туршид, тасралтгүй хүхрийн хүчил үүсгэсээр байдаг. Хүхрийн хүчил нь хөрс, хөрсний усaнд нэвчин, улмаар урсгал болон тогтмол усны рН-ын хэмжээг өөрчилж, амьтан, ургамaлыг хордуулах ба улмаар мөхөхөд хүргэнэ. Ялангуяа усны амьтад рН-ийн өөрчлөлтийг тэсвэрлэдэггүй байна. 1930-аад оны үед, АНУ-ын нүүрсний уурхайнуудын олборлолтын явцад, жилд 2.3 сая тн хүхрийн хүчил үүсдэг байсан гэсэн тооцоо байдаг. 1960-аад оны үед зөвхөн Огайо голын савд (the Ohio River), олборлолт хийж буй 1200 уурхайгаас жилд 1.4 сая тн хүхрийн хүчил гадагшилдаг байв.

Энергийн хэмжээ: Нүүрсний ялгаруулах энергийн хэмжээ ойролцоогоор 24 Мж/кг ^[16], хэрэв kW-цаг -аар хэмжвэл 6.67 kW-цаг/кг болно. Нүүрсний цахилгаан станцын ашигт ажиллагааны коэффициент 30%. Өөрөөр хэлбэл 1 кг нүүрс шатаахад ялгарах 6.67 kW-цаг энергийн 30% буюу 2.0 kW-ц нь цахилгаан эрчим хүч болон хувирна. Жишээ нь, 100W-ийн компютер нэг жилд 876 kW-ц (100 W × 24 цаг × 365 {өдөр} = 876000 W-ц = 876 kW-ц) эрчим хүч хэрэглэнэ. Энэ хэмжээний эрчим хүчийг гарган авахын тулд : 876 kW-цаг/2.0 kW-цаг = 438 кг нүүрс зарцуулна^[17]. Гэхдээ цахилгаан дамжуулах үед гарах шугамын цахилгаан эсэргүүцлийн алдагдлыг (5 - 10%) тооцвол үүнээс илүү хэмжээний цахилгаан (нүүрс) хэрэгтэй болох юм.

Нүүрстөрөгчийн хэмжээ: Нүүрсэнд агуулагдах нүүрстөрөгчийн хэмжээ хамгийн багадаа 50% буюу 1кг нүүрс 0.5кг-с дээш хэмжээний нүүрстөрөгч агуулна. байна. 0.5kg/12kg kmol<suр>-1</suр> = 1/24kmol, 1 mol N_A -тэй (Авогадрогийн тоо) тэнцүү. Энэ агаарын хүчилтөрөгчтэй нэгдэн нүүрстөрөгчийн давхар исэл үүсгэх ба (12 + 16 × 2 = жин(CO₂) = 44 кг/кмоль) болно. 1 кг нүүрс шатаахад, 1/24 кmol CO₂ ялгарах ба 1/24 кmol х 44 kг/kmol = 11/6 кг буюу ойролцоогоор 1.83 кг CO₂ болно. 1 кг нүүрсний 30% нь 2 kW-ц цахилгаан болон хувирах учир бид 1 kW-ц цахилгаан эрчим хүчний хэрэглээ тутамд 0.915 kg(CO₂) үүсгэж байна^[18].