該工廠是由具有實(shí)際水電解和氫氣壓縮與凈化系統(tǒng)的預(yù)制模塊組成

本文介紹了一家日本科技公司和一家德國(guó)薩克森州工廠如何將電解技術(shù)引入燃煤電廠的案例——如何利用廢氣制成合成汽油？如何儲(chǔ)存多余的電量？我們可以從氯化學(xué)反應(yīng)中學(xué)到哪些可應(yīng)用于能量轉(zhuǎn)換的知識(shí)？無(wú)論是用于可持續(xù)移動(dòng)性的罐裝蒸餾燃料，還是涉及到除石油和天然氣之外的基礎(chǔ)化學(xué)，氫氣都起著至關(guān)重要的作用。早在1800年，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)就討論過(guò)“電解”這種氧化還原反應(yīng)。正是基于此，德日合作伙伴共同參與并支持了萊茵河褐煤礦區(qū)的開(kāi)創(chuàng)性Powerto-X（多維能源轉(zhuǎn)換）項(xiàng)目。

Niederaussem電站是由RWE電力公司經(jīng)營(yíng)的德國(guó)第二大褐煤電廠（在歐洲排名第三）。目前該電站不僅有一個(gè)氫電解廠，而且其全自動(dòng)系統(tǒng)使用了來(lái)自日本化學(xué)公司旭化成株式會(huì)社Asahi Kasei（以下簡(jiǎn)稱(chēng)旭化成）的全新技術(shù)。這家總部位于東京的歐洲子公司將其工廠的建設(shè)委托給了開(kāi)姆尼茨化工廠建設(shè)公司CAC。

輕質(zhì)氣體——大型計(jì)劃

這并非偶然，因?yàn)閮杉夜驹诼葔A廠（也是采用電解工藝）建設(shè)方面有著長(zhǎng)期且成功的合作關(guān)系。未來(lái)，Niederaussem電站每天將生產(chǎn)多達(dá)22 kg的氫氣。這聽(tīng)起來(lái)并不多，但發(fā)電廠運(yùn)營(yíng)商RWE對(duì)這些輕質(zhì)氣體卻有著很大的計(jì)劃：制備的氫氣與發(fā)電廠廢氣中的二氧化碳一起合成甲醇，再通過(guò)這一中間步驟生產(chǎn)二甲醚（C2H6O,DME）。

這就意味著這家能源公司不僅可以利用溫室氣體二氧化碳，而且還找到了一種潛在的合成燃料。二甲醚的十六烷值介于55～60，可以在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中以類(lèi)似于液化石油氣（LPG）的方式燃燒。盡管需要安裝油箱并改進(jìn)噴射裝置，但應(yīng)用這種燃料的柴油機(jī)能可靠、清潔地運(yùn)行，并且不會(huì)形成煙灰。

廢氣再次利用

通過(guò)這種方式，廢氣在被徹底燃燒之前，將被賦予“第二次”生命。但這一過(guò)程需要一種所有Powerto-X（多維能源轉(zhuǎn)換）項(xiàng)目都不可缺少的物質(zhì)——?dú)錃?。旭化成?duì)此深有體會(huì)：2020年這家日本公司利用其Aqualizer技術(shù)在福島啟動(dòng)了當(dāng)時(shí)規(guī)模最大的一臺(tái)10MW的單堆堿性水電解槽。

這并不是一個(gè)巧合，畢竟旭化成在1922年成立時(shí)就已經(jīng)使用水力發(fā)電進(jìn)行電解——只不過(guò)當(dāng)時(shí)不是為了提供氣候友好型能源，而是為了獲得合成氨化學(xué)的原材料。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，旭化成利用氯堿電解工藝對(duì)單堆堿性水電解槽產(chǎn)品組合進(jìn)行了補(bǔ)充，在該領(lǐng)域與歐洲的CAC有著長(zhǎng)期的合作。

充分利用剩余電力

來(lái)自日本的工藝開(kāi)發(fā)人員們依靠的是可以輕松控制負(fù)荷的堿性電解。通過(guò)這種方式制氫，是為了適應(yīng)波動(dòng)的可再生能源，并使多余的電力可用。憑借這項(xiàng)技術(shù)，旭化成目前正在參與ALIGNCCUS項(xiàng)目，這是一個(gè)關(guān)于碳捕獲、利用和封存及加速低碳工業(yè)增長(zhǎng)的歐洲跨國(guó)合作伙伴項(xiàng)目。

在Niederaussem電站，用于二甲醚合成所需的二氧化碳來(lái)自褐煤發(fā)電廠的K機(jī)組。自2009年以來(lái)，RWE一直在這里僅使用部分的電廠廢氣進(jìn)行CO2洗滌器的試點(diǎn)測(cè)試。該過(guò)程是通過(guò)再生能源來(lái)生產(chǎn)氫氣，從而變得更加綠色環(huán)保。當(dāng)然，目前電力主要還是來(lái)自罐裝電池或隔壁的燃煤電廠。RWE解釋說(shuō)，新的合成工廠最多可以生產(chǎn)50 kg的二甲醚。

“ALIGN-CCUS項(xiàng)目是建立跨部門(mén)溫室氣體減排示范工廠的重要一步。”RWE電力公司環(huán)境技術(shù)部門(mén)負(fù)責(zé)人Ferdinand Steffen先生強(qiáng)調(diào)說(shuō)。

日本技術(shù)專(zhuān)家的歐洲子公司三菱日立電力系統(tǒng)公司（MHPS）也參與了實(shí)際的Power-to-X（多維能源轉(zhuǎn)換）系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和建設(shè)，即二甲醚的合成?！斑@是我們開(kāi)發(fā)的幾種技術(shù)之一，以實(shí)現(xiàn)脫碳的能源格局?！盡HPS歐洲公司的首席執(zhí)行官Thomas Bohner先生也證實(shí)，“它在減少二氧化碳排放方面具有相當(dāng)大的潛力，這不僅適用于發(fā)電廠運(yùn)營(yíng)商，而且在未來(lái)也會(huì)在工業(yè)工廠設(shè)備等方面發(fā)揮作用?！?/p>

總部位于德國(guó)亞琛的FEV歐洲公司（專(zhuān)門(mén)從事驅(qū)動(dòng)技術(shù)）、德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)和尤利希研究中心等來(lái)自北萊茵-威斯特法倫州的組織機(jī)構(gòu)都參與了ALIGN-CCUS項(xiàng)目。

王牌項(xiàng)目——ALIGN-CCUS項(xiàng)目

ALIGN-CCUS項(xiàng)目是基于使用可再生能源制氫的較新項(xiàng)目之一。事實(shí)上，幾乎任何一個(gè)Power-to-X（多維能源轉(zhuǎn)換）工藝都離不開(kāi)氫氣。專(zhuān)家們確信，電解將因此成為去化石化的關(guān)鍵技術(shù)——對(duì)于像CAC這樣在氯堿化學(xué)方面有經(jīng)驗(yàn)的公司來(lái)說(shuō)，這將是“他們的王牌”。