【盤點(diǎn)】低碳?xì)渥钣星熬暗年P(guān)鍵技術(shù)路徑

盡管在各國將能源安全置于可持續(xù)發(fā)展之上的背景下，低碳?xì)涞陌l(fā)展勢頭有所減弱，但國際能源署（IEA）預(yù)計(jì)，2025年的項(xiàng)目管線規(guī)模約為80億美元，幾乎是2024年的兩倍。

PV Tech Research的分析師預(yù)測，僅在歐洲，綠氫將以每年200%的速度增長，目前已有60多個(gè)項(xiàng)目正在建設(shè)中。微軟與綠氫鋼鐵簽署了一項(xiàng)為期七年的協(xié)議，為其數(shù)據(jù)中心采購鋼材，這類消息表明，來自難以減排行業(yè)的需求可能回升。與此同時(shí)，歐盟等市場正在加大對政策框架的投入，技術(shù)也在持續(xù)進(jìn)步。

在許多可持續(xù)生產(chǎn)方法仍處于實(shí)驗(yàn)或示范階段的情況下，哪些是最值得關(guān)注的技術(shù)？

堿性電解

蒸汽甲烷重整——即灰氫——仍然是目前最廣泛使用的制氫方法，占全球產(chǎn)量的68%，每生產(chǎn)1千克氫氣會(huì)排放高達(dá)12千克二氧化碳。水電解（如果使用可再生能源則被視為“綠氫”）僅占5%。

在這部分中，堿性電解是最成熟和最常用的。它由兩個(gè)電極——陽極和陰極——組成，中間有一個(gè)多孔隔膜。周圍是堿性溶液。通電后，水分子在帶負(fù)電的陰極處分解并釋放氫氣。這是一種低溫技術(shù)，通常在50–80°C下運(yùn)行。雖然成本低，但對使用可再生能源所帶來的功率波動(dòng)的耐受性較差。

質(zhì)子交換膜電解

質(zhì)子交換膜（PEM）電解采用類似的低溫技術(shù)路線，但使用的是聚合物膜而不是隔膜。這種膜提高了導(dǎo)電性和氣體隔離能力，使其比堿性電解槽更高效。PEM電解槽對電力波動(dòng)的影響較小，但目前依賴鉑和銥等世界上最稀有的元素。

固體氧化物電解槽

近年來，固體氧化物電解槽（SOEC）受到越來越多關(guān)注。它采用相同的電解過程，但需要600°C到1000°C的更高溫度，并使用陶瓷電池作為隔離層。因此，SOEC的效率可高達(dá)85%，三菱重工（MHI）正將其自身SOEC裝置的目標(biāo)效率設(shè)定為90%，遠(yuǎn)高于堿性和PEM方法。SOEC源自固體氧化物燃料電池，這是一項(xiàng)成熟技術(shù)，幾乎不需要稀有金屬。

光催化水分解

顧名思義，光催化水分解利用光能來驅(qū)動(dòng)水的電解過程，納米顆粒狀的尖晶石鐵氧體在其中作為催化劑。由于它們具有磁性，可以很容易被回收和重復(fù)使用。該過程使用鐵等豐富材料，當(dāng)技術(shù)從學(xué)術(shù)界走向?qū)嶋H應(yīng)用時(shí)，有望帶來顯著的成本節(jié)約。

甲烷熱裂解

MHI還在開發(fā)甲烷熱裂解以生產(chǎn)“綠松石氫”，通過將天然氣分解為固體碳和氫氣。MHI正在努力提高該過程的制氫效率。副產(chǎn)的炭黑可以作為工業(yè)材料使用。

生物刺激制氫

除了各種化學(xué)過程，研究人員還在從生物學(xué)中尋找解決方案——利用生活在枯竭油田中的微生物，將殘余原油轉(zhuǎn)化為氫氣。最近在加利福尼亞進(jìn)行的一項(xiàng)現(xiàn)場試驗(yàn)已經(jīng)成功利用該工藝生產(chǎn)了氫氣。

天然氫

到目前為止，氫氣的生產(chǎn)主要由人工合成方法主導(dǎo)，但地殼中也存在大量天然氫（或稱白氫）資源。馬里的一口井自2012年以來一直在生產(chǎn)天然氫，隨后在世界其他地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了大量儲(chǔ)量。美國地質(zhì)調(diào)查局估計(jì)，如果全球資源中僅有2%可以被可持續(xù)開采，就可產(chǎn)生約10萬百萬噸氫氣，其所含能量是全球天然氣儲(chǔ)量能量的兩倍。

低碳?xì)湟呀?jīng)進(jìn)入其發(fā)展歷程中的一個(gè)重要階段，盡管面臨一些挑戰(zhàn)，但已宣布的項(xiàng)目數(shù)量和政策支持仍在持續(xù)增長。氫能是否能夠更接近成為主要的脫碳路徑，將取決于更可預(yù)測、更持久的政策框架，以建立需求并吸引投資者，以及技術(shù)供應(yīng)商將多樣化解決方案推向商業(yè)化規(guī)模的能力。

（全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）