氢和氨在应对净零排放挑战中的作用

氢和氨为低碳能源的供应创造了机会,能推动2050年净零排放目标的实现。然而,根本任务是实现这两种物质的脱碳生产,因为目前其生产均为重工业生产,行业层面的碳足迹远大于几个单独G7国家的碳足迹,而这还仅限于是目前的应用领域。
2.1低碳制氢
制氢的方法有多种,每种方法的碳足迹各不相同。图1显示了制氢的低碳选项。
蓝氢
“蓝“氢是采用CO₂捕集和封存技术(CCS)由化石燃料(通常为天然气)制成的。可以使用传统的SMR技术,而目前正在探索新型技术,包括自热转化(ATR),即通过引入氧气燃烧部分原料而非单独燃烧天然气来提供能量”。虽然这项技术无法完全实现净零目标,但据估计,碳排放的捕集率可高达95%5。当然,具体还要取决于CCS的发展与部署。目前,还在探索多种变化形式,包括新型膜、溶剂、吸附剂和催化剂°。
甲烷是一种强效温室气体,因此必须小心预防,同时要回收任何上游甲烷泄漏。
蓝氢目前已经大规模运行,例如,在美国德克萨斯州的AirProducts SteamMethane Refomer、加拿大阿尔伯塔的Shel QuestCCS设施”,以及法国杰罗姆港的AirLiquide设施。

绿氢
“绿“氢是利用可再生电力,通过电解分离出水中的氢,从而实现零碳的一种制氢方式。目前最成熟的技术为碱性电解槽,但对于间歌式可再生能源的应用而言效果不佳。聚合物电解质膜(PEM)电解槽属于较新的技术,对可再生能源的波动反应迅速,处于早期部署阶段。固体氧化物电池电解槽(SOEC)的工作温度相对更高,发展尚不成熟,但效率可能更高。绿氢依赖可再生电力,因此可能会受到可再生能力水平的限制。例如,如果目前全球使用的所有氢均依赖于电解生产,那么每年将需要3600太瓦时(TWh)的电量,这个数字比欧盟的总发电量还要多。
其他制氢途径
其他可能途径包括通过甲烷热解制成的“蓝绿”氢—在无氧环境中进行加热,这个过程产生的副产物是固体碳而非CO₂”,以及使用核能进行电解产生的“粉红“氢。核电也可以提供零碳热,既可以进行高温蒸汽电解(热效率更高),也可以利用CCS满足SMR的高温要求。
其他途径包括生物方法,即基于厌氧分解变化而产生较低操作温度,以及”太阳能转化燃料”即直接利用太阳能将水分解为氢和氧。

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