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以绿电绿氢重构传统过程工业

要实现“双碳”的目标,最终需要对能源结构进行根本性的调整。这意味着在未来40年里,能源不仅要继续稳定经济,还要不断调整结构,以满足碳中和的要求。这对于能源消费将继续增长的中国来说是一项艰巨的任务。

在现实条件下,如何保证“双碳”目标的实现?主要从四个方面发力。

首先,提高能源利用效率,即大力实施节能减排。未来10年,我国能源消耗强度(单位GDP能耗)仍需保持每年10%以上的下降速度。这就要求我们充分利用新技术、新工艺、新设备、新材料、新介质、信息化、智能化、数字化等手段,不断节能减排。

二是高效清洁利用宝贵化石能源。“双碳”目标的实现需要能源结构的根本调整。但未来5-10年,煤炭将占一半左右,石油份额基本保持在17%-18%。因此,煤炭和石油的高效清洁和利用仍然是未来很长一段时间的重要任务。

第三,二氧化碳的处理和应用。业界公认,2030年碳达峰,中国二氧化碳绝对排放值约为105亿吨。其中,电力碳排放量仍然最高,占40%以上,工业碳排放量约为38%,交通和建筑量约为10%。如何消纳105亿吨二氧化碳?方案不超过两类:一是物理法,利用岩水层埋存或二氧化碳驱油,这是最直接的手段;二是化学法,二氧化碳加氢或二氧化碳和甲烷的干重整技术可以使用一定量的二氧化碳,应重视这些产品和技术。

第四,利用绿电绿氢降低二氧化碳排放强度。虽然未来10年中国的能源结构无法从根本上进行调整,但我们可以依靠绿电绿氢组成的二次能源来降低能源结构的二氧化碳排放强度。

要实现碳中和,没有氢是不可能的。保守估计,到2050年,中国氢能消费比例将达到10%以上,氢能产业链产值将超过10万亿元,包括加氢站、燃料电池、固定电源/电站。事实上,氢作为一种能源并不新鲜。早在七八十年前,中国石化就大力发展催化加氢技术。该技术包括制氢、加氢、化学储氢和氢气使用,与今天流行的氢能产业链相比,燃料电池只有一个环节。然而,短期内,以燃料电池为主的绿氢产业链还有很长的路要走。

值得注意的是,美国计划在2025年之前主要依靠中东便宜的天然气,然后通过天然气制氢和CCS(碳捕捉和储存技术)将制氢成本降至1.2美元/公斤。同时,借助油田和气田大规模封存二氧化碳,实现减排。对中国来说,煤制氢+CCS将是满足氢需求快速增长的重要途径。

面对双碳目标,我们可以利用绿电绿氢快速重建以化石燃料为主的传统工艺产业。这不仅促进了双碳目标的实现,而且有利于经济发展,但这一过程需要改革技术的支持,这是绿色低碳技术的重要方向。

例如,在冶金方面,多年来,我国炼钢仍采用较传统的长工艺,如果将长工艺转化为以还原气为主的还原铁短工艺,可减排70%以上的二氧化碳。另一个例子是,传统石化工业的蒸汽裂解制烯烃工艺是依靠加热炉,每吨产品大约需要半吨化石燃料(天然气、油),会有二氧化碳排放。而且如果用绿电代替化石燃料,可以大大减少排放。当然,这需要合理的电价,同时将传统的加热炉转化为新的电磁加热,需要开发核心关键设备。另一个例子是,合成氨是一个重要的传统化工工艺,以煤、石油、天然气等为原料,通过气化产生一氧化碳和氢,然后利用氢气产生氨。而且如果用绿电电解水制绿氢,烟气通过变压吸附,分离成氮和二氧化碳,再将氢加氮转化为合成氨,将氨加二氧化碳转化为尿素,这种生产绿色尿素的工艺不仅没有二氧化碳排放,而且可以消耗二氧化碳,使之成为绿色二氧化碳转化利用过程。

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