[科普中国]-无碳能源载体

无碳能源载体指能源中无碳元素，例如氢气与电力均为无碳能源载体。氢气可以用于燃烧发电或热，目前主要利用化石能源进行碳捕集与封存来达到制氢的目的。

相关概念CO2捕获：对于大量分散型的CO2排放源难以实现碳的收集,因此碳捕获的主要目标是像化石燃料电厂、钢铁厂、水泥厂炼油厂、合成氨厂广等CO2的集中排放源(大点源)。现有的技术能够捕获到个捕获厂处理的CO2总量的85%~95%。一个配备CCS系统(具有地质或海洋封存的路径)的电厂相比一个未配备CCS的同等排量的电厂而言多消耗10%~40%的能源,其中绝大部分用于捕获和压缩。对于安全封存,结果是一个采用CCS的电厂相比一个未采用CCS的电厂而言能够使排放到大气中的CO2减减少80%-909%。以碳酸盐矿石作为封存方式的CCS系统相比,未采用CCS的同等排量的T.厂将多需要60%~180%%的的能源。

针对电厂排放的CO2的捕获分离系统主要有3类:燃烧后、富氧燃烧以及燃烧前。燃气流中的CO2浓度、燃气流压力以及燃料类型(固体或气体)都是选择捕获系统时要考虑的重要因素。1

CO2捕获已经在一些工业应用中采用。大规模制氢(主要用于氨和化肥的生产,以及石油提炼)采用了与燃烧前捕获中所使用的完全相同的技术。还有利用类似于燃烧后捕获技术,从未加工天然气中分离CO2的大规模实践。虽然商业系统也可用于大规模分离氧,但氧化燃料燃烧后捕获CO2的技术目前处于示范阶段。

制氢过程燃烧前系统在一个有蒸汽和空气或氧的反应器中处理一次燃料,产生主要成分为CO和氢的混合气体。在第二个反应器内通过CO与蒸汽的反应生成其余的和CO2。可从最后产生的由氢和CO2组成的混合气体分离出一个CO2气流和一个氢流。如果CO2被封存,氢就成为无碳能源载体,可用来燃烧发电。尽管最初的燃料转化步骤较为复杂,与燃烧后系统相比成本较高,但由变换反应器产生的高浓度CO2(在烘干条件下一般占体积15%~60%),以及在这些应用中采用的高压则更有利于CO2的分离。燃烧前系统可以在采用综合汽化复合循环(ICCC)技术的电厂中使用。1

无碳能源载体优势电力的主要价值在于,它是除了氢气以外外,目前已知的唯种无碳能源载体。即使考虑像美国这样主要依靠煤来发电的情况,电池驱动汽车与汽油汽车相比,前前者每英里的的二氧化碳排量也只有后者的一半;而在像加利福尼亚州这种使用相当清洁的电力的地方,情情况会更好。因此,尽管在美国能源更大程度上依赖于太阳能、地热、潮汐和风能以及电池成本降低之前,电力汽车不会带来全球变暖污染的显著削弱,但它们确实会变得越来越重要。2

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学