合成氣：脫碳新選擇
這是6月30日拍攝的中國石化新疆庫車綠氫示范項目制氫廠儲氫罐區（無人機照片）
盡管合成氣“飛入尋常百姓家”尚需時日，但可以期待的是，在需求倒逼下，能源綠色低碳創新的步伐將越來越快。
文/《環球》雜志記者?毛振華
編輯/馬瓊
低碳發展是當今全球各國的共同追求，也是創新探索發力的方向。據外媒報道，最近，一種與天然氣類似且便于儲存與運輸的能源——合成氣受到青睞，在經濟脫碳的背景下被寄予厚望。瑞士已經在努力推動合成氣的規模化、工業化應用。
盡管合成氣“飛入尋常百姓家”尚待時日，但可以期待的是，在需求倒逼下，能源綠色低碳創新的步伐將越來越快。
提供低碳能源新路徑
據埃菲社報道，合成氣的生產裝置包含一個用于生產甲烷的反應堆和一個二氧化碳捕獲及過濾系統。該系統已經在瑞士艾格勒市的“綠色天然氣”和“實驗室創新”這些并行項目中運行。
“綠色天然氣”項目的科學構想由瑞士洛桑聯邦理工學院提出，負責瑞士法語區天然氣供應的加茲納特公司進行施工并提供設備，目的是證明該構想在工業規模上的可行性。加茲納特公司首席執行官勒內·鮑茨表示：“歐洲有1億人無法支付電費，這表明需要努力降低可再生能源的市場價格。”
從技術原理角度而言，低碳的關鍵是減少二氧化碳排放，因為二氧化碳是導致全球變暖的主要氣體。該生產裝置通過尺寸與原子相似的膜納米孔，可以實現對二氧化碳的吸收。經過多層膜捕獲后，1平方米最多可吸收1噸二氧化碳。反應堆運行所需的電力源自光伏板提供的能量，這樣就能在零排放電路中實現合成氣的輸出。這種能量隨后通過電解槽轉化為氫氣，再與反應堆內的二氧化碳結合，產生合成氣。
這套裝置規模適中，適合在小型基礎設施內安裝和運行。據測算，該裝置的二氧化碳轉化率超過99%，而且幾乎不產生任何廢物。
“西班牙可能對這項技術非常感興趣，因為它擁有大量的風能和太陽能產能，會在電網負荷較低的夏季生產多余的能源。將剩余能源轉化為冬季所需的合成氣，可能會帶來豐厚的利潤，因此我希望我們能與該領域的西班牙企業合作。”勒內·鮑茨在接受采訪時表示。
作為一項處于起步階段的技術，合成氣推廣的成本目前是天然氣的4倍。不過相關方對未來推廣信心十足，認為隨著技術發展、產量提升，其價格會越來越低。
值得注意的是，歐洲天然氣市場供應趨緊，天然氣價格一度持續上漲。這一方面來源于其對天然氣穩定供應的擔憂，另一方面也反映了歐洲應對氣候變化和減少碳排放方面所面臨的壓力，這些因素導致歐洲各國熱衷于投資可再生能源，合成氣的研究探索因此在歐洲有著現實基礎和可觀預期。
傳統能源轉型有方
在能源尤其是煤化工領域，合成氣的概念其實早已有之，只不過與瑞士當下的探索相比仍是一種偏“傳統”的能源。這一范疇下的合成氣通常是指以氫氣、一氧化碳為主要組分的一種原料氣，由煤、石油、天然氣以及焦爐煤氣、煉廠氣等轉化而得。
為使這種“傳統”能源更適應低碳發展趨勢，甲烷二氧化碳干重整就成為合成氣生產的負碳新路徑。天風證券分析師研究稱，甲烷二氧化碳干重整是甲烷與二氧化碳兩種溫室氣體在催化劑及高溫條件下反應生成合成氣，該過程幾乎不消耗水，可以大量利用二氧化碳，從而在降低能耗的同時緩解溫室氣體減排壓力。
這套技術路徑憑借碳稅價格及低價氣源，展現出不錯的經濟性。早在2017年，中科院上海高等研究院團隊研制成功甲烷二氧化碳自熱重整制合成氣裝置，在山西潞安集團煤制油基地穩定運行超過1000小時，日轉化利用二氧化碳高達60噸，就給出了證明。
隨著技術日漸成熟，這項應用也在業內更多企業鋪開。天風證券預計，國內應用的企業依托自身的資源稟賦或工藝條件，將低附加值的富碳天然氣、工業副產氣進行干重整，在現有的碳稅價格下，有望獲取成本優勢。
新興氣體能源展現不俗前景
在能源綠色低碳轉型過程中，除常規天然氣外，更多類型的氣體能源開始受到廣泛關注，其中以非常規天然氣、生物天然氣、氫氣、氨氣等最具代表性。國際天然氣聯盟認為，新興氣體能源對能源綠色低碳轉型至關重要，通過現有的天然氣基礎設施或新建基礎設施，可以將其廣泛地應用于電力、建筑、交通等部門，進而推動關鍵材料制造和重工業實現深度脫碳。
業內觀點普遍認為，新興氣體能源作為清潔、綠色、經濟的能源品種，在現代能源體系中的戰略地位日益凸顯，能夠支持全球能源系統達成可實現、可負擔、可持續的安全脫碳，氣體能源工業正迎來快速發展的戰略機遇期。
從能源供給角度看，發展新興氣體能源，可以組合優化不同能源的使用及氣體能源供給結構，作為常規天然氣的重要補充，有利于縮小天然氣供需缺口；推動天然氣和燃氣企業向氣體能源綜合服務商方向發展。
從能源科技角度看，“天然氣+新能源”融合發展、多種能源產業協同，將持續推動創新性能源技術突破、先進裝備制造和關鍵項目示范，進一步擴大氣體能源工業發展空間。
從能源體制角度看，發展新興氣體能源需打破傳統的各自獨立的氣體能源基礎設施建設與運營管理模式，與現有天然氣工業實現良好融合；新建基礎設施要統籌考慮氣源、供應方式及其規模、消費現狀與需求預測，不斷拓展和豐富應用場景，實現全產業鏈基礎設施的靈活應用與快速轉換，提升氣體能源工業整體價值。
在當下的新興氣體能源中，氫氣的價值正在被各國開掘，并在新能源汽車等領域付諸實踐。
氫能是未來國家能源體系的組成部分，大力發展零排放的“綠氫”，是實現“碳達峰”“碳中和”的重要路徑。氫能可以促進更高份額的可再生能源發展，有效減少我國對油氣的進口依存度。據中國石化經濟技術研究院預測，到2060年，我國氫產量將達1.2億噸，其中“綠氫”有1億噸的規模。
國外對氫能的重視程度也在提高。
在歐洲，氫能產業界正計劃通過擴大“綠氫”產業規模、提高制氫效率，進一步降低成本，到2030年使歐洲“綠氫”產能達到440萬噸，占歐洲氫能消費量的25%，從而讓“綠氫”在歐洲逐漸成為主流。
在美國，2022年9月美國能源部發布《國家清潔氫戰略與路線圖》（草案）。該路線圖全面概述美國氫氣生產、儲運和應用的潛力，闡述清潔氫將如何助力美國脫碳和實現經濟發展目標。美國能源部的目標是將清潔氫的生產增加到2030年的1000萬噸，2040年2000萬噸，2050年5000萬噸。
無論是對合成氣，還是對氫能等新興氣體能源的追求，都彰顯出人類減少碳排放、改善生態環境的決心與探索。廈門大學中國能源政策研究院教授張博認為，對在綠色低碳領域持續推動創新的我國而言，面對新興氣體能源產業的培育與發展，著眼未來，要開展新興氣體能源戰略定位、關聯基礎設施建設、科技支撐與示范推廣、安全監管與保障體系、人才培養、國際交流與合作等方面的全方位布局，明確新興氣體能源在現代能源體系建設和“碳達峰”“碳中和”工作中的戰略定位，積極促進可再生氣體能源發展。
與此同時，還需加快構建以天然氣為基礎、多種氣體能源互為支撐、多氣協同互補的氣體能源工業體系；創新管理機制，在新興氣體能源認證、標準體系和交易體系建設、安全監管保障等方面給予重點支持，打造以新興氣體能源為主的綠色產業鏈供應鏈……如此，綠色低碳之路將不再遙遠。
來源：2023年11月29日出版的《環球》雜志 第24期
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