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          二氧化碳零排放氫制造市場潛力巨大
          時間:2014-09-17 來源:通遼市通達氣體有限公司 點擊:0

              據研究所調查,氫基礎設施相關市場規模預計到2050年將達到年160萬億日元。為了實現氫社會,作為不可或缺的舉措而備受關注的,便是不會排放二氧化碳 的氫制造項目。其背景是,發達國家在2009年的G8拉奎拉峰會上達成協議,要在“2050年之前使發達國家整體二氧化碳排放量削減80%”。氫基礎設施 相關人士根據該協議,對氫社會的前景進行了展望,要想實現這一美好愿景,前提條件便是制造二氧化碳零排放的氫。
           
              氫基本上不單獨存在于自然界中,它主要以碳化氫及水等化合物的形式存在。因此,需要采用一些方法向這些化合物施加能量以制造氫。目前使用的大都是工廠生產的副產氫,供應不足時則通過對化石燃料重整來制造。這些氫制造工藝在施加能量的過程中會排放二氧化碳。
           
              對此,有關方面正積極地從兩個方面進行制造二氧化碳零排放氫的嘗試,即(1)利用可再生能源生成的電力對水進行電解;(2)雖然采用對化石燃料進行重整或 者氣化加工的方法,但通過利用“二氧化碳捕集及封存”(CCS:將重整和氣化時產生的二氧化碳在向大氣排放之前進行分離、捕集及封存)工藝,來實現二氧化 碳的零排放。
           
          全球啟動28個項目
           
              日經BP清潔能源研究所關于全球主要氫基礎設施相關項目的調查報告《全球氫基礎設施項目總覽》(2013年10月24日發行)中提到,在70個主要項目中,力爭實現二氧化碳零排放的氫制造項目多達28個。
           
              其中,使用可再生能源的二氧化碳零排放項目為26個。從具體類別來看,通過風力發電制造氫的項目最多,共10個,利用可再生能源生成的電力對水進行電解來制造氫的項目為6個,通過生物燃氣制造氫的項目也是6個,通過太陽能發電制造氫的項目為3個。
           
              通過水力發電制造氫的項目則只有1個,這是因為這種方式已經得到部分普及,因此只是選出一個電力供求方面的先進舉措。還有2個項目是在煤田和天然氣田當地對化石燃料進行重整或者氣化加工,與此同時進行二氧化碳捕集及封存,從而實現二氧化碳零排放。
           
          德國利用日益增多的風力發電制造氫
           
              在上述項目中備受關注的,要數德國利用風力發電生成的電力、通過電解來制造氫的項目。德國已經決定去核電,因此開始越來越多地采用可再生能源中的風力發電,其中多數集中在德國北部。
           
              由于德國北部沒有太大的電力需求,因此需要向工業集中的德國南部輸送電力,但鋪設高壓輸電線的步伐十分緩慢。因此,利用德國北部風力發電剩余的電力制造氫并加以利用的項目日益增多。
           
              比如,正在德國首都柏林以北120公里的勃蘭登堡州普倫茨勞推進的“普倫茨勞風力氫項目”。該項目擁有共計6兆瓦風力發電設備,平時將生成的電力輸入電網。在夜間等電力需求較小,以及電力出現剩余時,則會對水進行電解制造氫,然后存儲到貯氫罐中。
           
              儲藏的氫根據需要,與甲烷等可燃性氣體(生物燃氣)混合,然后供應給熱電聯產系統。而利用熱電聯產系統生產的電力供應給電力系統網,其廢熱則銷售給地區供熱系統。部分氫還將供應給位于柏林市內等的燃料電池車(FCV)及氫燃料汽車專用加氫站等。
           
              將氫與城市燃氣甲烷混合作為燃料使用的氫烷(Hythane:混氫天然氣)項目中,對通過風力發電制造的氫加以利用的項目也在增多。具有代表性的是德國的 “Power-to-Gas”。德國意昂集團(E.ON)及綠色和平能源公司(GreenpeaceEnergy)等能源企業使用風力發電的剩余電力對水 進行電解,轉換成氫,然后供應給現有的供氣網。
           
              這樣,在有效利用剩余電力的同時,通過添加清潔的氫,還可削減硫氧化物(SOX)及氮氧化物(NOX)等有害物質的排放。由于可利用現有城市燃氣基礎設施,因此預計會加快氫社會的實現。
           
          利用二氧化碳零排放氫制造甲烷
           
              除了在城市燃氣中混入氫加以利用的方法外,直接利用氫制造甲烷這一城市燃氣成分的動向也趨于活躍。在德國,SolarFuel公司制造了一種成套設備,可 利用可再生能源生成的電力對水進行電解來制造氫,然后使其與空氣中的二氧化碳發生反應,從而生成甲烷,目前正在進行實證實驗。
           
              SolarFuel于2009年啟用了可再生能源輸出功率為25千瓦的試制機,并以40%的效率成功制造出了甲烷。2013年該公司將其輸出功率提高到了 20兆瓦,力爭實現實用化。該公司力爭將制造的甲烷直接供應給天然氣管道。這樣做的優點是,可利用城市燃氣基礎設施,還能使城市燃氣實現二氧化碳零排放。
           
              將利用可再生能源生成的氫和二氧化碳制造的甲烷用于汽車的嘗試也已經開始展開。比如,汽車廠商奧迪公司推進的“奧迪e-gas項目”。該項目從2013年 秋季開始全面啟用甲烷年產能為1000噸的設備。該設備的工作原理是,利用6兆瓦的電力對水進行電解生成氫,然后將生成的氫與二氧化碳混合制造成甲烷。奧 迪計劃將其作為該公司銷售的壓縮天然氣(CNG)車的燃料,或者供應給公共供氣網。將太陽能發電制造的氫用于社區和大廈
           
              使用太陽能發電的電力制造氫的嘗試也在日益增多。其中比較有名的是法國科西嘉島的“MYRET平臺項目”。目前該項目正在開展實驗,利用太陽能發電系統的 剩余電力對水進行電解來制造氫,在電力需求達到高峰時,以及為實現太陽能發電的平均化,利用燃料電池進行發電,然后向科西嘉島的電網輸送電力。
           
              在利用太陽能發電方面,由于大廈及住宅等電力需求方也會在其設施中加以采用,因此在設施內將太陽能電力轉變成氫加以利用的項目也已開始啟動。比如,澳大利 亞格里菲斯大學在大廈屋頂設置太陽能電池板,白天在陽光照射的時間內,將生成的電力直接用于設施內部,剩余電力則存儲到蓄電池中,并用于通過電解制造氫。 生成的氫存儲于貯氫合金中。
           
              存儲于蓄電池的電力主要用于夜間運轉空調等,氫則在陰雨天時,通過燃料電池用于供電等。格里菲斯大學稱,僅利用氫即可為該設施供應一天電力。
           
          利用化石燃料,通過二氧化碳捕集及封存技術實現二氧化碳零排放氫
           
              關于利用化石燃料制造氫的方法,業界目前正在探討在擁有天然氣田和煤田的地區,通過二氧化碳捕集及封存技術,實現二氧化碳零排放。從長遠考慮,使封存的二 氧化碳成為碳資源的基礎研究也已開始。關于這種方法,千代田化工建設公司與川崎重工業公司等日本企業引領了行業潮流。
           
              千代田化工建設日前開發出一種新運輸方法,即以甲基環己烷(MCH,可將甲苯轉變為氫)的形式,輸送在海外天然氣田等地制造的氫(圖1)。甲基環己烷在常 溫常壓下為液體,體積為氫氣的五百分之一。其優點是,雖然在提取氫的工藝中需要耗費能源,但可利用化學品油輪及油罐車等現有運輸基礎設施。
           
              川崎重工也在推進一項業務,即以在澳大利亞煤田出產的褐煤為原料,結合二氧化碳捕集及封存技術,在當地制造二氧化碳零排放的液態氫,然后用船將其運輸到日 本(圖4)。該公司稱,之所以選擇液態氫,是因為看好其無需花費勞力和時間去除雜質等,送達后可直接使用這一點。液態氫運輸船與液化天然氣(LNG)運輸 船相比,冷卻溫度需更低等,因此需要進行新開發,川崎重工正在確定規格,認為此項業務具有可行性。
           
              千代田化工建設將從2015年度的年底開始開展氫運輸業務,川崎重工業則將從2030年開始全面啟動商業供應鏈。兩公司均將業務啟動時的氫進口價格假設為 每標準立方米30日元左右,計劃大量供應廉價的二氧化碳零排放氫。如果這些業務全面開展起來,日本極有可能引領全球氫業務市場。

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