XiaoMi-AI文件搜索系统
World File Search System煤气化
集装箱动作设备中的燃料电池技术
蓝色氢是一种通过蒸汽甲烷改革或煤气化产生H 2的过程，但是产生的碳被捕获和隔离，而不是将其释放到大气中。蓝色氢的碳足迹因此取决于所使用的碳捕获技术的效率，最大CO 2捕获率通常以70％至95％的速度引用。蓝色氢的生产尚未大规模存在；但是，预计在未来几十年的全球绿色H 2产量的预计中，它将发挥重要的临时作用（请参阅下一章）。还指定了其他几种颜色代码用于氢生产，其“粉红色”和“黄色”氢表示电解为核或电网电源提供动力。“棕色”或“黑色”氢是指通过煤气制造的H 2，这是一个极高的CO 2排放的过程，与绿色氢相反。
氢气走上净零排放之路
氢气可以通过多种不同的工艺生产，这些工艺通常通过其原料（例如水或天然气）和相关的碳强度来区分。氢气主要有三种类型，通常称为灰氢、蓝氢和绿氢（见图 2 和表 1）。5 第四种类型的氢气可以通过煤气化生产，根据所用煤炭的等级，被称为棕色氢或黑色氢。这种类型的氢气不是本入门书的重点，因为它对气候的益处有限甚至没有，而且加拿大正在逐步淘汰煤炭作为发电燃料。2018 年，灰氢和棕色氢占全球氢气产量的 99%，而绿氢和蓝氢的生产才刚刚开始。6 当使用天然气作为原料（即制造灰氢和蓝氢）时，开采和加工过程中产生的甲烷和二氧化碳 (CO 2 ) 排放将影响产品的总碳强度。
1.5. 氢气作为能源
a) 蒸汽甲烷重整 b) 碳氢化合物的部分氧化 2. 煤气化制氢 3. 水电解制氢 4. 核能制氢 5. 风能制氢 6. 生物质制氢 5. 利用太阳能制氢。 制氢方法有多种。我们可以根据氢气是来自可再生能源（如风能、太阳能）还是来自不可再生能源（如煤炭、天然气）进行大致分类。目前，传统的制氢方法是氢气生产中最广泛采用的方法，占全球氢气产量的近 90%。但这些方法的问题是它们会释放大量的二氧化碳。水电解占全球产量的 4%，该工艺的优势在于它拥有完善的技术且不含二氧化碳，但与传统工艺相比成本较高。其余工艺因其无污染性质而变得越来越重要，但技术仍处于中试规模水平，生产成本也很高，如下表所示。
奥里萨邦塔尔切尔化肥厂现状
（SMT. ANUPRIYA PATEL）（a）和（b）：印度政府要求恢复位于奥里萨邦安古尔区的 FCIL 公司的 Talcher 工厂。据此，印度政府成立了一家名为 Talcher Fertilizers Ltd.（TFL）的合资公司，用于建设年产能为 1270 万吨的煤气化氨尿素工厂，这是印度首家此类工厂。2019 年 9 月，TFL 将煤气化和氨尿素包的 LSTK 合同授予中国五环工程有限公司（WECL）。2019 年 12 月起，以武汉为中心席卷全球的新冠疫情严重影响了项目进度，一直持续到 2020 年 5 月。随后，印度又爆发多波新冠疫情，导致地方实施封锁，从而影响了项目进度。此外，由于 WECL 船厂的采购、施工和设备安装积压，项目进度也受到了影响。
聚焦印度重工业脱碳
通过科学处理、加工和处置所有类型的可回收废料（包括有色金属废料），推广 6R 原则（即减少、再利用、再循环、回收、重新设计和再制造），从而节约资源和节省能源 10。国家钢铁政策 11 2017 年国家钢铁政策旨在通过促进钢铁行业的更快增长和发展来增加该国的钢铁产量。该政策预计，到 2030-31 年，粗钢产能将达到 300 公吨，产量将达到 255 公吨，人均成品钢消费量将达到 158 公斤，而目前的消费量为 61 公斤。 关键新兴技术 要实现深度脱碳，只有完全摆脱基于化石燃料的能源生产，并探索创新和突破性的清洁技术，才有可能。正如 TERI 最近的一项广泛研究强调的那样，该行业现在需要超越煤气化和基于天然气的技术等过渡技术，开始大规模使用以下新兴技术：
洁净煤技术 (CCT) - cloudfront.net
提高效率的燃烧方法：流化床燃烧 (FBC)：在流化床锅炉中，煤粉（和其他燃料）悬浮在加压空气的喷射流上。流化床锅炉通常允许燃料在锅炉内停留的时间比其他锅炉长得多，从而确保燃烧更充分。此外，流化床锅炉的温度远低于传统锅炉（1400°F，而不是近 3,000°F），因此 NOx 的形成被最小化。此外，石灰石可以与燃料混合，与空气的混合使硫去除非常有效。煤气化：它通过将煤转化为气体，完全绕过了传统的煤燃烧过程。在整体气化联合循环 (IGCC) 系统中，蒸汽和热加压空气或氧气与煤结合，发生反应，迫使碳分子分离。产生的合成气，即一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸气的混合物，随后被净化并在燃气轮机中燃烧以发电。由于 IGCC 发电厂产生两种形式的能量（来自气化过程的蒸汽和作为燃料的合成气），它们有可能达到 50% 的燃料效率。
肥料生产的低碳氨
氨是最广阔的化合物之一，全球年产量超过1.9亿吨（平均2019 - 2023年），其中约有1,850万吨。氨是衍生出所有基于氮的肥料的基本原料。制造氨是一种高能量密集型的Haber-Bosch工艺，因此，大气中的氮与化石燃料材料（天然气或煤炭）反应，也称为原料。氨植物需要大约32-3600万英国的热量天然气，以生产1吨氨。因此，氨植物通常位于天然气（例如在近东，俄罗斯联邦，特立尼达和多巴哥，阿尔及利亚和埃及）附近，尽管进口的液化天然气（LNG）越来越多地在印度使用。中国还具有从煤炭而不是天然气生产氨的能力。根据国际能源机构（IEA）的说法，氨产量约占最终能源总消耗总量的2.0％，占二氧化碳（CO 2）的1.3％的能源系统排放量。天然气基氨植物使用蒸汽改革过程，而煤炭植物则使用部分氧化或煤气化。
氢能发电与水消耗的比较
图片 图 1：氢能经济的各个组成部分 ................................................................................................................ 7 图 2：氢能生成过程 .............................................................................................................................. 8 图 3：氢气生产途径。来自美国能源部报告 DOE/NETL-2022/3241。..... 9 图 4：煤气化工艺流程图。DOE/NETL-2022/3241。........................................ 10 图 5：氢气电解。来自美国能源部。...................................................................................................... 11 图 6：质子交换膜电解系统。来自 Energy Environ。 Sci., 2021, 14, 4831. ........................................................................................................................................................... 11 图 7：氢气生产方法耗水量比较 ........................................................................................................................ 12 图 8：盐穴示意图 ............................................................................................................................................. 12 图 9：氢气生成的生命周期 ...................................................................................................................... 13 图 10：氢气生成水消耗。操作包括电解、储存和燃烧。 ........................................................................................................................................................... 14 图 11：煤炭发电过程 .......................................................................................................................................... 14 图 12：煤炭发电的生命周期 ........................................................................................................................ 15 图 13：煤炭发电耗水量 ............................................................................................................................. 15 图 14：煤炭发电加 CCS 耗水量 ............................................................................................................. 16 图 15：天然气发电过程 ............................................................................................................................. 16 图 16：天然气发电的生命周期 ............................................................................................................. 17 图 17：天然气耗水量 ............................................................................................................................. 17 图 18：天然气加 CCS 耗水量 ............................................................................................................. 18 图 19：太阳能发电过程 ............................................................................................................................. 18 图 20：太阳能发电的生命周期 ................................................................................................................................................................................................ 19 图 21：太阳能发电耗水量 ...................................................................................................................... 19 图 22：风能发电过程 .............................................................................................................................. 20 图 23：风能发电的生命周期 ................................................................................................................ 20 图 24：风能发电耗水量 ...................................................................................................................... 21 图 25：发电厂运行耗水量 ...................................................................................................................... 21 图 26：各种能源发电方案的生命周期耗水量 ............................................................................. 22
利用太阳能从生物质中生产氢气
随着全球能源转型不仅转向降低能源生产的碳强度，而且还采用新技术，可再生能源和氢能的潜在组合已成为可能同时满足这两个目标的有力竞争者。能源转型对实现可持续的低碳能源系统至关重要的一个方面是考虑所谓的“利基”技术 [1] 及其突破和成为主流的能力，与成熟技术竞争市场份额 [2]（见表 1）。尽管氢能在许多市场中仍可以说是一项“利基”技术 [3]，但它已经被公认为未来低碳能源系统的潜在存储和能源生产媒介 [4、5]。据估计，未来五年全球氢能需求每年将增长 4% 至 5% [6]。到 2050 年，根据 2 C 情景，预计氢气的年需求量将增加到 6.5 亿吨，或约 78 EJ，与目前的排放水平相比，每年可减少 60 亿吨二氧化碳 (tCO2)，前提是大多数氢气由可再生能源生产[7]。与此同时，目前氢气的生产仍然主要来自化石燃料（即通过蒸汽甲烷重整和煤气化）和通过使用各种电力输入以及碱性水、固体氧化物或质子交换膜电解方法[7]。因此，氢气生产在 2015 年产生了 5 亿吨二氧化碳，在 2019 年产生了 8.3 亿吨二氧化碳[8]。为了满足这一不断增长的需求并减少排放，需要采用碳密集程度较低的氢气生产方法。这项研究提出了一种利用生物质和太阳能生产氢气的新型工艺，这两项技术本身都已经比较成熟，但以一种独特的“利基”组合，作为低碳能源生产的建议。
2 鲁汶天主教大学化学工程系环境与过程技术实验室，2860 Sint-Katelijne-Waver，比利时 *通讯作者：hl_liu
电子燃料和电子化学品主要需要“绿色”电力及其相关的“绿色”氢气生产。具有高光伏和风电潜力的地区是直接的候选地区。电子化学品的潜在国家是北非和南非地区、美国、中国、澳大利亚和南美洲。欧洲。另一方面，欧洲可能成为“绿色”氢气的主要出口国。预计目前交易的化学品中有 25% 到 35% 可以被电子化学品取代。有机（例如甲酸、甲醇等）和无机或矿物工艺（石灰、水泥、磷酸盐和氨）的例子针对的是可再生能源可能至关重要的化学品。图 1 (A) 总结了公认的电子燃料和电子化学品优先合成路线。甲醇、甲烷、氢气和氨是相当直接的路线，而费托合成更为复杂，但可以生产多种液态碳氢化合物。图 1 (B) 显示了当前对燃料和化学品的需求，以目标化学品的高健康值 (HHV) 为单位表示为 TWh。由于主要通过使用电动和混合动力汽车来改变运输需求，对液态碳氢化合物的需求预计将大幅下降。然而，其他产品的需求将会增加。图 1 (C) 显示了电子燃料和电子化学品的估计数量。到 2050 年，电子氢气、电子氨和电子甲醇应该可以满足市场需求。然而，所需的电子甲烷和电子液态碳氢化合物将无法满足约 20% 到 30%。初步经济评估表明，到 2050 年，LCOEC（电子化学品的平准化成本）总体上可以下降 5% 到 10%。在这些新颖的 H 2 生产方法中，主要是生物乙醇、“绿色”甲烷和氨（例如在废水处理的厌氧消化中产生的）的催化重整可以降低生产成本。使用锰铁氧体和 Na 2 CO 3 进行水分解可以以接近 1 美元/千克 H 2 的成本生产 H 2 。H 2 产量取决于所用工艺，煤气化中为 50% 至 60%，PEM 电解或生物质气化中约为 70%，甲烷蒸汽重整中为 70% 至 85%，催化氨或甲烷分解中为 80% 以上，氧化还原循环水分解中为 85% 以上。这些结果如图 1 (D) 所示。