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正如聯(lián)合國(guó)第26屆氣候變化峰會(huì)COP26剛剛證實(shí)的那樣，氫對(duì)地球的脫碳至關(guān)重要。根據(jù)國(guó)際能源署(International Energy Agency)的說(shuō)法，在我們追求凈零碳排放的過(guò)程中，未來(lái)30年的需求應(yīng)該會(huì)增加6倍。
三菱重工美國(guó)公司新業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Ricky Sakai說(shuō):“全球氫市場(chǎng)在過(guò)去40年里發(fā)展迅速，但我們需要所有參與者的合作來(lái)完善氫價(jià)值鏈?！?/span>
現(xiàn)在氫的問(wèn)題是什么?歷史上，大規(guī)模生產(chǎn)氫氣最廣泛使用的生產(chǎn)方法——蒸汽-甲烷重整法，加劇了我們需要解決的問(wèn)題——它產(chǎn)生的副產(chǎn)品二氧化碳(CO2)是氫氣的10倍。
一個(gè)潛在的解決方案是對(duì)傳統(tǒng)甲烷熱解進(jìn)行創(chuàng)新改造。將甲烷加熱到很高的溫度會(huì)分解它，產(chǎn)生氫氣和固體碳。關(guān)鍵是要使這一過(guò)程足夠高效，在規(guī)模上足夠經(jīng)濟(jì)?！斑@不需要任何新科學(xué)——它只是一個(gè)阻礙和解決化學(xué)工程問(wèn)題的方法，”扎克·瓊斯說(shuō)，他是C-Zero的聯(lián)合創(chuàng)始人和首席執(zhí)行官，C-Zero是加州圣巴巴拉的一家硬技術(shù)初創(chuàng)公司，急于擴(kuò)大其專有的甲烷熱解工藝。
C-Zero的解決方案就像“反向開(kāi)采煤礦”——它將天然氣脫碳，產(chǎn)生清潔的氫，并將產(chǎn)生的固體碳埋在地下。
Jones的公司和它的技術(shù)震驚了新業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，認(rèn)為這是MHI集團(tuán)的一個(gè)有前途的投資機(jī)會(huì)，該集團(tuán)的目標(biāo)是將各種脫碳方法商業(yè)化。C-Zero的方法可以使天然氣生產(chǎn)商、分銷商和消費(fèi)者繼續(xù)在脫碳的世界中運(yùn)營(yíng)，同時(shí)幫助他們實(shí)現(xiàn)凈零承諾。
瓊斯說(shuō)，可以把這家初創(chuàng)公司的過(guò)程想象成“一座反向開(kāi)采的煤礦”:C-Zero將天然氣脫碳，生產(chǎn)清潔的氫，并將產(chǎn)生的固體碳埋在地下。
改變游戲規(guī)則的液體催化劑
該團(tuán)隊(duì)正在重新考慮甲烷熱解，因?yàn)閮蓚€(gè)趨勢(shì)趨同:全球?qū)Χ趸妓缴仙膿?dān)憂和廉價(jià)天然氣的充足供應(yīng)。他們共同提供了利用甲烷熱解相對(duì)于電解(最常見(jiàn)的低碳/零碳制氫方法)的顯著優(yōu)勢(shì)的潛力——每單位氫只消耗大約13%的能量。
提高的效率引起了埃里克·麥克法蘭的注意，他是加州大學(xué)圣巴巴拉分校的一位具有創(chuàng)業(yè)精神的化學(xué)工程教授。甲烷熱解是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的過(guò)程，但尚未得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的方法是讓甲烷流經(jīng)加熱的鎳層，分離氫和碳。但由此產(chǎn)生的固體碳會(huì)堵塞鎳的表面。鎳的再生會(huì)產(chǎn)生新的二氧化碳。
麥克法蘭推斷，使用熔融催化劑可以解決這個(gè)問(wèn)題。在液態(tài)狀態(tài)下，催化劑不斷地自我再生，因?yàn)闆](méi)有碳的表面堆積和失活。其他產(chǎn)生不純碳的工藝保留了該工藝的催化劑材料，降低了系統(tǒng)的效率，增加了成本。
提高效率，促進(jìn)商業(yè)化
瓊斯是一位虔誠(chéng)的氫氣擁護(hù)者。他駕駛一輛氫燃料電池汽車已有多年。2017年，他正在尋找可以投資的項(xiàng)目，偶然發(fā)現(xiàn)了麥克法蘭寫(xiě)的一篇關(guān)于熔化催化劑突破的學(xué)術(shù)論文。瓊斯飛往圣巴巴拉，希望為一家初創(chuàng)公司提供資金。相反，他和這位教授共同創(chuàng)立了C-Zero。
這家新興公司專注于優(yōu)化其甲烷熱解方式，以盡可能高效地生產(chǎn)氫氣。在系統(tǒng)中保留熱量是關(guān)鍵，因?yàn)闊釗p失會(huì)大大降低效率優(yōu)勢(shì)比電解。
“我們給很多潛在投資者打了電話，他們說(shuō)，‘聽(tīng)著，沒(méi)有人愿意為避免二氧化碳排放支付溢價(jià)。’(但如今)“他們中的一些人正積極地試圖給我們提供資金?！?扎克·瓊斯，C-Zero聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官。
瓊斯和麥克法蘭打賭，對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行微調(diào)將使其更容易商業(yè)化，人們最終會(huì)足夠關(guān)心減少二氧化碳排放，從而為更清潔的氫生產(chǎn)支付溢價(jià)。瓊斯說(shuō):“我們給很多潛在投資者打了電話，他們說(shuō)，‘聽(tīng)著，沒(méi)有人愿意為避免二氧化碳排放而支付溢價(jià)?！钡缃?，“他們中的一些人正積極地試圖給我們提供資金?！?/span>
C-Zero目前正在建設(shè)一個(gè)試點(diǎn)工廠，將使目前的生產(chǎn)能力提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。兩位創(chuàng)始人預(yù)計(jì)，他們只需要幾次技術(shù)迭代，就可以每天生產(chǎn)5到10噸氫氣，他們認(rèn)為這是最低效率規(guī)模。
解決方案隨著市場(chǎng)的變化而變化
這項(xiàng)技術(shù)以多種方式融入新興的氫價(jià)值鏈。在減排壓力下，油氣生產(chǎn)商獲得了一個(gè)新的、非排放終端市場(chǎng)?？碧胶蜕a(chǎn)公司可以在井口使用該技術(shù)，以避免短暫的甲烷排放。
對(duì)于像三菱重工集團(tuán)這樣將燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)化為氫氣驅(qū)動(dòng)的公司來(lái)說(shuō)，這一過(guò)程可以直接在渦輪機(jī)前面進(jìn)行。C-Zero的氫產(chǎn)生熱量，這實(shí)際上提高了渦輪機(jī)的效率。
更重要的是，在使用氫氣的地方生產(chǎn)氫氣，無(wú)需運(yùn)輸這種易燃、低密度的元素，從而消除了廣泛采用的另一個(gè)障礙;相反，公司可以利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)輸天然氣。無(wú)論在價(jià)值鏈中使用甲烷熱解的哪個(gè)環(huán)節(jié)，其固體碳副產(chǎn)品都可以直接儲(chǔ)存在地下，就像煤礦一樣。
最終，這種熱解方式降低了制氫成本。它可以隨著需求的增加而擴(kuò)大規(guī)模，為天然氣創(chuàng)造一個(gè)零排放的市場(chǎng)，同時(shí)有可能在電力生產(chǎn)中取代天然氣。該技術(shù)以多種方式融入氫價(jià)值鏈的靈活性使其能夠適應(yīng)市場(chǎng)的發(fā)展。
日本氫產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)的Sakai說(shuō)，隨著氫產(chǎn)業(yè)的持續(xù)快速擴(kuò)張，生產(chǎn)盡可能多、盡可能高效的氫的工藝肯定會(huì)受到需求。這是一條重要的、創(chuàng)新的脫碳之路。
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