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ETH的副產(chǎn)品Synhelion正在商業(yè)化的太陽(yáng)能熱高溫燃料(如航空燃料和氫)和已經(jīng)進(jìn)入與一些大公司合作生產(chǎn)水泥或航空燃料以逐漸接近100%的目標(biāo)。
該公司最近的一次合作是與伍德公司的合作。伍德公司是世界電力工程的領(lǐng)導(dǎo)者，在將天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化為合成氣生產(chǎn)氫氣方面有著悠久的歷史。這家擁有4萬(wàn)名員工的公司現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一項(xiàng)新技術(shù)，使用可再生能源代替化石燃料來(lái)提供蒸汽轉(zhuǎn)化所需的熱量
伍德技術(shù)發(fā)展總監(jiān)Richard Spiers說(shuō):“我們將展示太陽(yáng)能熱能可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)甲烷重整反應(yīng)的概念?！薄熬湍茉词占挠行远?，與Synhelion合作為我們提供了相當(dāng)大的機(jī)會(huì)。”
兩家公司計(jì)劃，在位于Jülich室外的DLR太陽(yáng)能試驗(yàn)基地進(jìn)行聯(lián)合技術(shù)試驗(yàn)，集中太陽(yáng)能熱(CST)提供用于氫重整的替代化石燃料的熱量。伍德公司正在首次測(cè)試其新的蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)。
Synhelion將在其首次戶(hù)外“日曬”測(cè)試中，在1000°C下測(cè)試其高溫CST接收器，隨后將添加一個(gè)熱能存儲(chǔ)設(shè)備。“我們對(duì)性能相當(dāng)有信心，”Lukas Geissbühler說(shuō)，Synhelion熱力系統(tǒng)的負(fù)責(zé)人。“當(dāng)然，與人工太陽(yáng)相比，將我們的高溫接收器集成到天氣多變的戶(hù)外太陽(yáng)場(chǎng)要復(fù)雜得多，但我們很期待這個(gè)挑戰(zhàn)?！?/p>
如果成功，他們的合作將為商業(yè)化太陽(yáng)能氫提供一條快速的途徑，而且成本與今天的化石燃料相同。伍德的傳統(tǒng)蒸汽重整技術(shù)在效率方面處于市場(chǎng)領(lǐng)先地位，在全球120多個(gè)氫氣和合成氣工廠中使用，總裝機(jī)容量超過(guò)350萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)(Nm3 / h)的氫氣。因此，當(dāng)這種不依賴(lài)燃料的版本進(jìn)行測(cè)試時(shí)，全球市場(chǎng)已經(jīng)準(zhǔn)備好了。
Geissbühler解釋說(shuō):“我們估計(jì)，通過(guò)我們的太陽(yáng)能重整技術(shù)，每公斤氫氣可以降低到1歐元?！?歐元兌1美元略高于1美元，這甚至低于美國(guó)能源部生產(chǎn)綠色氫的成本目標(biāo)3美元/公斤。
綠色氫技術(shù)
綠色(可再生)氫氣可以通過(guò)電或可再生的熱量產(chǎn)生。通過(guò)通電，可以從超純水(H2O)中電解出氫氣(H2)，如果電是100%可再生的，就是綠色氫氣。
但是，Synhelion和瑞士、德國(guó)、澳大利亞和日本的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室正在創(chuàng)新一種利用100%太陽(yáng)能熱量的創(chuàng)新高溫?zé)峄瘜W(xué)技術(shù)，這種技術(shù)可能更有效。通過(guò)將數(shù)千個(gè)“太陽(yáng)”(反射陽(yáng)光的鏡子)集中在太陽(yáng)能接收器上，產(chǎn)生高達(dá)1500°C的高溫，Synhelion可以使用氧化鈰氧化還原過(guò)程將氫從水中分離出來(lái)。這種基于熱量的太陽(yáng)能熱化學(xué)甚至可以從硫酸(H2SO4)等復(fù)雜液體中分離氫。
然而，Synhelion說(shuō)，綠色方法(電或熱)的最快替代方法是簡(jiǎn)單地使用目前低成本的甲烷(CH4)蒸汽重整過(guò)程，除了替代900°C的太陽(yáng)能熱來(lái)增加該過(guò)程提供的熱量。盡管它不是100%的可再生能源——因?yàn)榧淄槿匀皇且环N化石燃料——但太陽(yáng)能可以消除另外50%的排放。
Geissbühler解釋說(shuō):“我們正在與伍德公司合作，使這種太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化技術(shù)更快地推向市場(chǎng)，因?yàn)樗麄兪墙^對(duì)的轉(zhuǎn)化專(zhuān)家。”因此，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化將是他們計(jì)劃的第一步，在兩年內(nèi)使太陽(yáng)能燃料和氫商業(yè)化。
太陽(yáng)能蒸汽轉(zhuǎn)化
“我們的新技術(shù)旨在克服對(duì)燃燒作為主要熱能來(lái)源的依賴(lài)，在測(cè)試成功后，伍德將把這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化，”Spiers說(shuō)。
“該公司意識(shí)到，進(jìn)一步提高效率和可擴(kuò)展性對(duì)引入氫作為能源轉(zhuǎn)型的燃料極其重要，這是我們創(chuàng)新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。與太陽(yáng)熱能耦合的主要優(yōu)點(diǎn)是消耗和相關(guān)排放的突然減少。”
100%可再生氫與太陽(yáng)能蒸汽重整
通過(guò)Synhelion的太陽(yáng)能熱輸入和伍德的可再生蒸汽重整，蒸汽重整的熱量將是可再生的。“但除此之外，未來(lái)用于蒸汽重整的甲烷可能來(lái)自任何來(lái)源，”斯皮爾指出。甲烷的非化石燃料來(lái)源包括農(nóng)業(yè)廢物、屠宰場(chǎng)和城市水處理。
Geissbühler補(bǔ)充說(shuō):“如果我們使用生物來(lái)源的甲烷，我們可以有效地抵消100%的碳?！?/p>
這兩家公司已經(jīng)在這個(gè)項(xiàng)目上合作了四五年。Geissbühler表示:“事情變得更具體了，然后我們決定一起建造一個(gè)大型工廠?！薄拔覀兛吹搅搜杆贁U(kuò)大規(guī)模的巨大潛力，這樣我們就能以具有競(jìng)爭(zhēng)力的成本，以最先進(jìn)的氫生產(chǎn)技術(shù)迅速進(jìn)入市場(chǎng)?！?/p>
為了進(jìn)行測(cè)試，兩家公司在DLR的Jülich太陽(yáng)能測(cè)試場(chǎng)地租用了8萬(wàn)平方米的戶(hù)外塔。“我們已經(jīng)工作了幾個(gè)月，以開(kāi)發(fā)研發(fā)設(shè)施，使它適合在德國(guó)現(xiàn)有的塔，”斯皮爾說(shuō)。“這對(duì)他們兩人來(lái)說(shuō)都是一個(gè)苛刻的工程項(xiàng)目，試圖將兩種技術(shù)集成到30米高塔樓頂部的一個(gè)現(xiàn)有房間中。”
熱能儲(chǔ)存是確保晝夜制氫所需的可靠性的最具成本效益的方法。Geissbühler解釋說(shuō)，他們想在一個(gè)單槽溫躍層系統(tǒng)中使用陶瓷結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)。Synhelion公司的250千瓦太陽(yáng)能接收器首次與伍德公司的75千瓦重整器耦合。
Spiers指出:“這個(gè)測(cè)試單元可以比這個(gè)測(cè)試更大。氫氣工業(yè)以標(biāo)準(zhǔn)的氫氣每小時(shí)(Nm3 / h)來(lái)生產(chǎn)。他說(shuō):“因此，我們通常在幾千到幾萬(wàn)的訂單上工作，工廠的生產(chǎn)能力在3000到20萬(wàn)Nm3 / h以上。”他估計(jì)這相當(dāng)于一個(gè)CST。系統(tǒng)在9MW至600MW之間。
由于蒸汽重整需要熱量，伍德也在探索其他熱能可再生能源。他表示:“我們?cè)谡麄€(gè)氫產(chǎn)品組合中都有各種發(fā)展機(jī)會(huì)?！薄疤?yáng)能是答案之一。但是能源的轉(zhuǎn)變不僅僅是一種能源或者一種氫的能源，會(huì)有無(wú)數(shù)種能源。所以我們正在研究一些技術(shù)，但是Synhelion的太陽(yáng)系看起來(lái)很有前途?！?/p>
然而，他們都懷疑電解能否削減足夠的成本，與化石燃料或可再生蒸汽重整工藝競(jìng)爭(zhēng)。“蒸汽甲烷改革目前正在設(shè)定成本標(biāo)準(zhǔn)，”Spiers說(shuō)?！盀榱私档统杀?，電解機(jī)構(gòu)不能超過(guò)一個(gè)臨界值來(lái)實(shí)現(xiàn)這種往返效率?！?/p>
Geissbühler表示:“我們能提供如此有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格，是因?yàn)樘?yáng)能熱發(fā)電的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于光伏發(fā)電?！薄霸谶@個(gè)過(guò)程中，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的年轉(zhuǎn)化率約為30%，但如果使用電解的光伏發(fā)電，則為15%。”
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