可再生能源與氫能耦合，國外Power-to-X了解一下

由於可再生能源在電網中所佔的份額不斷增長，能源的存儲方法就在能源應用中顯得非常重要。其中一種選擇是將綠色電力轉換成化學能載體或原料，這種方法具備一定的發展前景。

巴登符騰堡州太陽能和氫能研究中心（ZSW）的科學家希望通過雙管齊下的策略，將電力儲存到X物質（X可以是氫氣、甲烷、甲醇等各種儲能物質）。

巴登符騰堡州太陽能與氫能研究中心（ZSW）是光伏、可再生燃料、電池技術、燃料電池和應用研究領域的領先機構之一。目前，ZSW在斯圖加特、烏爾姆和Widderstall的三個地點僱用了大約250名科學家、工程師和技術人員。

他們計劃使用高溫生物質氧化與高溫電解相結合的方法，以減少生產可再生氫所需要的電量。ZSW研究人員預計，這可能會將總用電量減少一半，目前初步測試已經取得成功。

能源平衡工作組稱，可再生能源佔德國電力產量的比例在2017年平均約為36%。德國政府爭取在2030年，平均65%的綠色電力將會流入電網。這意味著可再生電力的供應將超出國內需求。

這些多餘的能量都必須轉換儲存，因此必須找到可行的轉換解決方案。氫是所有電能到X的原料，也是最有前景的存儲解決方案。

「power-to-x」這個籠統的術語涵蓋了所有將綠色電力轉化為化學能源載體的過程——將其轉化為汽車或化工原料的電力能源。

Power-to-x這一過程，為「燃料電池汽車生產氫、為天然氣汽車生產甲烷、為飛機生產煤油、為輪船生產液化天然氣」以及「為化學工業所用的基礎化學品」等諸多應用提供了一種更清潔、對氣候更友好的方式。

氫是通過綠色電電解水產生的，它是所有power-to-x技術的原料中最為環保的。ZSW正在著手將高溫電解和含氧燃料氧化結合起來，以一種更加節約電力的方式生產可再生氫。

電解質熔融、鹼性燃料的氧化和PEM電解需要消耗大量的電力。

然而高溫電解的情況並非如此，尤其是當熱量取代作為輸入能量所需的大部分電力時。提供這種熱量的富氧燃燒過程比純空氣燃燒過程會更有效地燃燒氧氣。

研究人員將使用木材或生物質殘渣作為富氧燃燒的燃料。電解反應反過來又產生高溫燃燒所需的氧氣，而高溫燃燒通常消耗大量的能量。

ZSW可再生能源和工藝部門負責人MichaelSpecht博士說：「我們的目標是利用這項技術在2.5千瓦時能耗中產生1立方米的氫氣。而如今的電解反應通常需要消耗大約兩倍的電能。」

這些科學家希望通過使用電解產生的氫氣，將氧化燃燒產生的「綠色」二氧化碳轉化為甲烷等碳基能源載體，或轉化為甲醇等基本化學物質。

這種方法使用碳的效率很高，不會產生更多的二氧化碳。這一做法可以節省能源，因為這些二氧化碳不需要從煙氣中分離出來。

研究小組正在研究和比較兩種能夠幫助實現這些目標的反應堆，一種是流化床反應堆，另一種是用於無焰氧化的弗洛克斯（FLOX）燃燒器。

這個想法是為了產生一個少氧的廢氣流，它為反應提供了關鍵成分——電解所需的高溫熱量和後續合成所需的二氧化碳。

在FLOX燃燒器中使用天然氣燃燒的氧化燃料燃燒的初步試驗，提供了一種非常適合後續燃料合成的熱廢氣。

科學家們也在模擬這種新的power-to-x路徑並進行評估。

Karlsruhe理工學院技術評估和系統分析研究所(ITAS)進行的初步分析證實，ZSW的概念有可能在總體能源支出相對較低的情況下顯著減少碳排放。

新南威爾士大學的科學家們正在建造一個試驗台來研究這兩種技術的結合。Specht說：「我們還想爭取為我們的項目開發高溫電解方法的工業合作夥伴。

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來源：能鏈

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