[低碳氢能] 蓝绿氢——低碳氢能新视角

2022-07-11

低碳氢能的意义和挑战

全球科学界早就认识到大气中温室气体上升对全球的影响,并于1997年以京都议定书的形式提出了第一个关于该主题的全球条约。创新的低碳技术是被认为是限制全球气温上升的有效工具。由于其高能量密度和温室气体零排放,氢气始终是最明显的理想解决方案。

图1.氢能应用的优点和阻碍


不同颜色的氢能

氢气是通过多种过程从可再生和不可再生资源中产生的,每种资源都与不同的碳强度相关。

图2.不同制氢工艺及碳排放情况


目前的制氢方式中,甲烷蒸汽重整(SMR)水电解是最广为人知的工艺流程。甲烷蒸汽重整(SMR)利用甲烷在催化剂存在下与高压高温蒸汽反应生成氢气、一氧化碳和二氧化碳。这种方法主要被全球商业氢气生产商和炼油厂使用。电解或“电转气”是电流将水分解为其元素成分H2(氢)和O2(氧)的过程。

甲烷制氢的另一个工艺流程是甲烷热解。甲烷热解是一项已经发展几十年的技术,其工艺在没有氧气的情况下通过电等离子提供热量从天然气中生产炭黑。该工艺导致甲烷热分解并产生两种有用的产品——固态碳和氢气,而没有CO2的排放。除甲烷外,该原理还可应用于其他一些原料,例如沼气、石油产品和生物质。


甲烷热解制氢工艺的优势

业内将甲烷热解制取的氢气称为蓝绿氢(Turquoise H2)。蓝绿氢成为开发基于氢的脱碳解决方案的关键推动力:

  • 提供了一种替代燃烧后CCS的方法;

  • 减少了碳氧化物产生的同时,避免了传统工艺所必须的水气转换和二氧化碳消除阶段,使工艺更简单。

  • 与传统工艺相比显着减少总体温室气体排放;

图3.三种制氢方法路径

图4.水电解和甲烷蒸汽重整两种制氢方式方程式及二氧化碳排放和能量最小需求对比


在成本方面,甲烷热解制氢目前比蓝氢(SMR+CCS)昂贵,但比基于 LCOE(平准化能源成本)的电解制氢要便宜。同时甲烷热解比水电解更具可扩展性,因为价格合理的天然气资源很容易获得,而且可以借助现有基础设施。另外根据生命周期分析 (LCA) ,使用基于液态金属技术的甲烷热解制氢具有与可再生能源制氢相当的温室气体减排影响。


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