利用廢氣電解技術實現節能減排

該工廠是由具有實際水電解和氫氣壓縮與凈化系統的預制模塊組成

本文介紹了一家日本科技公司和一家德國薩克森州工廠如何將電解技術引入燃煤電廠的案例——如何利用廢氣制成合成汽油？如何儲存多余的電量？我們可以從氯化學反應中學到哪些可應用于能量轉換的知識？無論是用于可持續移動性的罐裝蒸餾燃料，還是涉及到除石油和天然氣之外的基礎化學，氫氣都起著至關重要的作用。早在1800年，英國皇家學會就討論過“電解”這種氧化還原反應。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的開創性Powerto-X（多維能源轉換）項目。

Niederaussem電站是由RWE電力公司經營的德國第二大褐煤電廠（在歐洲排名第三）。目前該電站不僅有一個氫電解廠，而且其全自動系統使用了來自日本化學公司旭化成株式會社Asahi Kasei（以下簡稱旭化成）的全新技術。這家總部位于東京的歐洲子公司將其工廠的建設委托給了開姆尼茨化工廠建設公司CAC。

輕質氣體——大型計劃

這并非偶然，因為兩家公司在氯堿廠（也是采用電解工藝）建設方面有著長期且成功的合作關系。未來，Niederaussem電站每天將生產多達22 kg的氫氣。這聽起來并不多，但發電廠運營商RWE對這些輕質氣體卻有著很大的計劃：制備的氫氣與發電廠廢氣中的二氧化碳一起合成甲醇，再通過這一中間步驟生產二甲醚（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，可以在柴油發動機中以類似于液化石油氣（LPG）的方式燃燒。盡管需要安裝油箱并改進噴射裝置，但應用這種燃料的柴油機能可靠、清潔地運行，并且不會形成煙灰。

廢氣再次利用

通過這種方式，廢氣在被徹底燃燒之前，將被賦予“第二次”生命。但這一過程需要一種所有Powerto-X（多維能源轉換）項目都不可缺少的物質——氫氣。旭化成對此深有體會：2020年這家日本公司利用其Aqualizer技術在福島啟動了當時規模最大的一臺10MW的單堆堿性水電解槽。

這并不是一個巧合，畢竟旭化成在1922年成立時就已經使用水力發電進行電解——只不過當時不是為了提供氣候友好型能源，而是為了獲得合成氨化學的原材料。自20世紀70年代以來，旭化成利用氯堿電解工藝對單堆堿性水電解槽產品組合進行了補充，在該領域與歐洲的CAC有著長期的合作。

充分利用剩余電力

來自日本的工藝開發人員們依靠的是可以輕松控制負荷的堿性電解。通過這種方式制氫，是為了適應波動的可再生能源，并使多余的電力可用。憑借這項技術，旭化成目前正在參與ALIGNCCUS項目，這是一個關于碳捕獲、利用和封存及加速低碳工業增長的歐洲跨國合作伙伴項目。

在Niederaussem電站，用于二甲醚合成所需的二氧化碳來自褐煤發電廠的K機組。自2009年以來，RWE一直在這里僅使用部分的電廠廢氣進行CO2洗滌器的試點測試。該過程是通過再生能源來生產氫氣，從而變得更加綠色環保。當然，目前電力主要還是來自罐裝電池或隔壁的燃煤電廠。RWE解釋說，新的合成工廠最多可以生產50 kg的二甲醚。

“ALIGN-CCUS項目是建立跨部門溫室氣體減排示范工廠的重要一步。”RWE電力公司環境技術部門負責人Ferdinand Steffen先生強調說。

日本技術專家的歐洲子公司三菱日立電力系統公司（MHPS）也參與了實際的Power-to-X（多維能源轉換）系統的開發和建設，即二甲醚的合成。“這是我們開發的幾種技術之一，以實現脫碳的能源格局。”MHPS歐洲公司的首席執行官Thomas Bohner先生也證實，“它在減少二氧化碳排放方面具有相當大的潛力，這不僅適用于發電廠運營商，而且在未來也會在工業工廠設備等方面發揮作用。”

總部位于德國亞琛的FEV歐洲公司（專門從事驅動技術）、德國亞琛工業大學和尤利希研究中心等來自北萊茵-威斯特法倫州的組織機構都參與了ALIGN-CCUS項目。

王牌項目——ALIGN-CCUS項目

ALIGN-CCUS項目是基于使用可再生能源制氫的較新項目之一。事實上，幾乎任何一個Power-to-X（多維能源轉換）工藝都離不開氫氣。專家們確信，電解將因此成為去化石化的關鍵技術——對于像CAC這樣在氯堿化學方面有經驗的公司來說，這將是“他們的王牌”。