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能源研究人员表示,清相田硷子洁的美国氢经济触手可及,但需要一个游戏计划

技术工程 2022-01-04 21:53:49

electric grid Credit: CC0公共领域应对气候变化不仅需要清洁的电网,还需要清洁的燃料,以减少工业热、长途重载运输和长时间储能带来的排放。8月11日发表在《焦耳》杂志上的一篇评论文章认为,氢及其衍生物可能是这种燃料,但一个清洁的美国H2经济将需要一个全面的战略和一个10年计划。评论指出,仔细考虑H2未来的基础设施,包括生产、运输、储存、使用和经济可行性,对于使清洁H2在社会范围内可行的努力取得成功至关重要。“我们赞扬美国能源部长詹尼弗·格兰霍姆启动了雄心勃勃的氢地球拍摄计划,该计划与技术无关,目标是在本十年结束前实现1美元/千克的无温室气体H2产量,”杰伊·普鲁科特教授、斯坦福大学普鲁科特能源研究所联合所长、评论的主要作者阿伦·马朱姆达尔(Arun Majumdar)及其同事写道。“H2的存储、使用和运输也需要类似的具有技术经济延伸目标的R&D项目。氢地球计划对于创造氢经济是必要的,但这还不够。”

全球每年生产约7000万公吨H2,其中美国贡献了全球产量的约七分之一。H2的大部分土地被用来生产化肥和石化产品,几乎所有的土地都被认为是“灰色H2”,生产成本仅为每公斤1美元,但每公斤H2却有大约10公斤的二氧化碳。

“H2经济已经存在,但它涉及大量的温室气体排放,”马朱姆达尔说。“几乎所有的都是基于H2的甲烷。清洁的H2经济今天并不存在。”

对于一个干净的H2经济会是什么样子,研究人员有很多丰富多彩的设想。例如,“蓝色H2”涉及捕获二氧化碳和减少排放,导致H2温室气体排放量减少。然而,目前它的成本比格雷H2公司高出约50%,这还不包括开发运输和储存不需要的二氧化碳所需的管道和封存系统的成本。

Majumdar和他的同事写道:“为了使蓝色H2成为一个可行的选择,需要进行研究和开发,以降低二氧化碳捕获成本,并进一步提高捕获的完整性。

另一种形式的清洁H2——被称为“绿色H2”——也引起了科学家的注意。绿色H2包括使用电和电解槽来分解水,没有任何温室气体副产品。然而,它的价格为每公斤4至6美元,Majumdar和他的同事建议,如果无碳电力和电解槽成本降低,这一价格可能会降至每公斤2美元以下。

“绿松石H2”是通过甲烷热解实现的,当甲烷裂解产生无温室气体的H2时,它也在研究界引起了轰动。在这一过程中产生的固体碳副产品可以出售,以帮助抵消成本,尽管Majumdar和他的同事指出,以必要的规模生产的固体碳数量将超过目前的需求,这导致R&D需要努力开发其用途的新市场。

无论是蓝色、绿色还是绿松石色,无温室气体(实际上是无色的)H2或其衍生物都可以用于交通运输、捕获的二氧化碳的化学还原、高度依赖可再生能源的电网中的长期能量存储、钢铁和冶金的化学还原剂,以及玻璃和水泥生产的高温工业热。但要让这些应用成为现实,H2的生产必须达到一定的成本基准——生产氨和石化产品或用作运输燃料或燃料电池每公斤1美元。

研究人员还强调,美国将需要考虑如何开发和部署H2管道来运输它,以及如何大规模经济高效地储存H2。Majumdar和他的同事写道:“开发和选址新的管道基础设施通常是昂贵的,并且涉及社会接受度的挑战。“因此,探索不需要新的H2管道基础设施的氢经济替代方法非常重要。相反,利用现有基础设施为H2输送原料是值得的——电网输送电力用于水分离;输送甲烷进行热解的天然气管道。”

研究人员补充说:“虽然已经对地质储存进行了一些系统的研究,但美国地质调查局应该负责进行一项全国调查,以确定可能存在氢地下储存的许多地点,同时考虑使用这些洞穴所需的基础设施成本。”。

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