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二氧化碳零排放氢制造市场潜力巨大

2013-12-26 10:45
棒棒书香
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  据研究所调查,氢基础设施相关市场规模预计到2050年将达到年160万亿日元。为了实现氢社会,作为不可或缺的举措而备受关注的,便是不会排放二氧化碳的氢制造项目。其背景是,发达国家在2009年的G8拉奎拉峰会上达成协议,要在“2050年之前使发达国家整体二氧化碳排放量削减80%”。氢基础设施相关人士根据该协议,对氢社会的前景进行了展望,要想实现这一美好愿景,前提条件便是制造二氧化碳零排放的氢。

  氢基本上不单独存在于自然界中,它主要以碳化氢及水等化合物的形式存在。因此,需要采用一些方法向这些化合物施加能量以制造氢。目前使用的大都是工厂生产的副产氢,供应不足时则通过对化石燃料重整来制造。这些氢制造工艺在施加能量的过程中会排放二氧化碳。

  对此,有关方面正积极地从两个方面进行制造二氧化碳零排放氢的尝试,即(1)利用可再生能源生成的电力对水进行电解;(2)虽然采用对化石燃料进行重整或者气化加工的方法,但通过利用“二氧化碳捕集及封存”(CCS:将重整和气化时产生的二氧化碳在向大气排放之前进行分离、捕集及封存)工艺,来实现二氧化碳的零排放。

  全球启动28个项目

  日经BP清洁能源研究所关于全球主要氢基础设施相关项目的调查报告《全球氢基础设施项目总览》(2013年10月24日发行)中提到,在70个主要项目中,力争实现二氧化碳零排放的氢制造项目多达28个。

  其中,使用可再生能源的二氧化碳零排放项目为26个。从具体类别来看,通过风力发电制造氢的项目最多,共10个,利用可再生能源生成的电力对水进行电解来制造氢的项目为6个,通过生物燃气制造氢的项目也是6个,通过太阳能发电制造氢的项目为3个。

  通过水力发电制造氢的项目则只有1个,这是因为这种方式已经得到部分普及,因此只是选出一个电力供求方面的先进举措。还有2个项目是在煤田和天然气田当地对化石燃料进行重整或者气化加工,与此同时进行二氧化碳捕集及封存,从而实现二氧化碳零排放。

  德国利用日益增多的风力发电制造氢

  在上述项目中备受关注的,要数德国利用风力发电生成的电力、通过电解来制造氢的项目。德国已经决定去核电,因此开始越来越多地采用可再生能源中的风力发电,其中多数集中在德国北部。

  由于德国北部没有太大的电力需求,因此需要向工业集中的德国南部输送电力,但铺设高压输电线的步伐十分缓慢。因此,利用德国北部风力发电剩余的电力制造氢并加以利用的项目日益增多。

  比如,正在德国首都柏林以北120公里的勃兰登堡州普伦茨劳推进的“普伦茨劳风力氢项目”。该项目拥有共计6兆瓦风力发电设备,平时将生成的电力输入电网。在夜间等电力需求较小,以及电力出现剩余时,则会对水进行电解制造氢,然后存储到贮氢罐中。

  储藏的氢根据需要,与甲烷等可燃性气体(生物燃气)混合,然后供应给热电联产系统。而利用热电联产系统生产的电力供应给电力系统网,其废热则销售给地区供热系统。部分氢还将供应给位于柏林市内等的燃料电池车(FCV)及氢燃料汽车专用加氢站等。

  将氢与城市燃气甲烷混合作为燃料使用的氢烷(Hythane:混氢天然气)项目中,对通过风力发电制造的氢加以利用的项目也在增多。具有代表性的是德国的“Power-to-Gas”。德国意昂集团(E.ON)及绿色和平能源公司(Greenpeace Energy)等能源企业使用风力发电的剩余电力对水进行电解,转换成氢,然后供应给现有的供气网。

  这样,在有效利用剩余电力的同时,通过添加清洁的氢,还可削减硫氧化物(SOX)及氮氧化物(NOX)等有害物质的排放。由于可利用现有城市燃气基础设施,因此预计会加快氢社会的实现。

  利用二氧化碳零排放氢制造甲烷

  除了在城市燃气中混入氢加以利用的方法外,直接利用氢制造甲烷这一城市燃气成分的动向也趋于活跃。在德国,Solar Fuel公司制造了一种成套设备,可利用可再生能源生成的电力对水进行电解来制造氢,然后使其与空气中的二氧化碳发生反应,从而生成甲烷,目前正在进行实证实验。

  Solar Fuel于2009年启用了可再生能源输出功率为25千瓦的试制机,并以40%的效率成功制造出了甲烷。2013年该公司将其输出功率提高到了20兆瓦,力争实现实用化。该公司力争将制造的甲烷直接供应给天然气管道。这样做的优点是,可利用城市燃气基础设施,还能使城市燃气实现二氧化碳零排放。

  将利用可再生能源生成的氢和二氧化碳制造的甲烷用于汽车的尝试也已经开始展开。比如,汽车厂商奥迪公司推进的“奥迪e-gas项目”。该项目从2013年秋季开始全面启用甲烷年产能为1000吨的设备。该设备的工作原理是,利用6兆瓦的电力对水进行电解生成氢,然后将生成的氢与二氧化碳混合制造成甲烷。奥迪计划将其作为该公司销售的压缩天然气(CNG)车的燃料,或者供应给公共供气网。

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