<p>根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)(International energy Agency)的數(shù)據(jù)，化學(xué)工業(yè)是全球最大的工業(yè)能源消耗者，也是第三大工業(yè)排放源。</p> <p>&nbsp;</p> <p>2019年，整個(gè)工業(yè)部門的溫室氣體排放量占全球的24%。然而，當(dāng)全世界都在競相尋找脫碳的途徑時(shí)，化學(xué)工業(yè)在很大程度上沒有受到影響。</p> <p>&nbsp;</p> <p>麻省理工學(xué)院能源計(jì)劃(MIT Energy Initiative)首席研究科學(xué)家達(dá)利克&bull;馬拉普拉加達(dá)(Dharik Mallapragada)表示:&ldquo;在氣候行動(dòng)和處理化工行業(yè)排放方面，進(jìn)展緩慢，部分是技術(shù)原因，部分是政策制定者不愿過度影響該行業(yè)的經(jīng)濟(jì)競爭力。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>我們?cè)谌粘Ｉ钪薪佑|的許多物品&mdash;&mdash;從肥皂到小蘇打到化肥&mdash;&mdash;都來自化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品，該部門已成為包括美國和中國在內(nèi)的許多國家的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和就業(yè)的主要來源。但隨著全球?qū)ぎa(chǎn)品的需求持續(xù)增長，該行業(yè)的排放量也在不斷增加。</p> <p>&nbsp;</p> <p>發(fā)表在《焦耳》雜志上的一篇新論文的作者敦促說，需要開發(fā)和部署新的可持續(xù)化學(xué)生產(chǎn)方法，需要重新考慮當(dāng)前的排放密集型化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)。來自DC-MUSE(一個(gè)多機(jī)構(gòu)研究計(jì)劃)的研究人員認(rèn)為，應(yīng)更廣泛地將低碳能源供電的電氣化視為化工行業(yè)可行的脫碳途徑。在這篇論文中，他們揭示了不同的潛在方法來做到這一點(diǎn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>DC-MUSE的成員Mallapragada說:&ldquo;一般來說，人們認(rèn)為電氣化可以在這個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用&mdash;&mdash;從非常狹義的意義上講&mdash;&mdash;因?yàn)殡姎饣梢酝ㄟ^提供燃燒所提供的熱量來取代化石燃料燃燒。&rdquo;&ldquo;我們認(rèn)為，電氣化的意義可能遠(yuǎn)不止于此。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員概述了四種技術(shù)途徑&mdash;&mdash;從更成熟的、短期的選擇到需要研究投資的技術(shù)不太成熟的選擇&mdash;&mdash;并介紹了與每種方法相關(guān)的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>前兩種途徑直接用電或電化學(xué)產(chǎn)生的氫取代化石燃料產(chǎn)生的熱量(這促進(jìn)了化學(xué)生產(chǎn)中固有的反應(yīng))。研究人員表示，這兩種方案現(xiàn)在都可以部署，并有可能用于改造現(xiàn)有設(shè)施。電解氫也被強(qiáng)調(diào)為取代化石燃料產(chǎn)生的氫(排放二氧化碳的過程)作為關(guān)鍵化學(xué)原料的一個(gè)機(jī)會(huì)。2020年，化學(xué)和煉油行業(yè)(氫的最大消費(fèi)者)幾乎所有的氫需求(9000萬噸)都來自化石氫。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員指出，增加電力在化學(xué)工業(yè)脫碳中的作用將直接影響電網(wǎng)的脫碳。他們強(qiáng)調(diào)，為了成功實(shí)施這些技術(shù)，它們的運(yùn)行必須以互利的方式與電網(wǎng)協(xié)調(diào)，以避免電網(wǎng)負(fù)擔(dān)過重。馬拉普拉加達(dá)說:&ldquo;如果我們要認(rèn)真對(duì)待該行業(yè)的脫碳問題，并依賴電力來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們必須在如何使用它方面具有創(chuàng)造性。&rdquo;&ldquo;否則，我們可能在解決了一個(gè)問題的同時(shí)，在這個(gè)過程中給電網(wǎng)帶來了一個(gè)巨大的問題。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>電氣化過程有潛力比傳統(tǒng)的化石燃料驅(qū)動(dòng)過程更加靈活。這可以通過允許生產(chǎn)者將電力消耗轉(zhuǎn)移到電力成本較低的時(shí)間來降低化學(xué)品生產(chǎn)的成本。約翰&middot;霍普金斯大學(xué)拉爾夫&middot;奧康納可持續(xù)能源研究所的副研究教授Yury Dvorkin說:&ldquo;在電網(wǎng)壓力大的情況下，過程的靈活性尤其有效，可以幫助更好地適應(yīng)可再生發(fā)電資源，這些資源是間歇性的，通常與日常電網(wǎng)周期相關(guān)性不高。&rdquo;&ldquo;這對(duì)潛在的采用者是有益的，因?yàn)樗梢詭椭麄儽苊庠诟邇r(jià)期消耗電力。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Dvorkin補(bǔ)充說，一些中間能源載體，如氫，可以潛在地用作日常運(yùn)營的高效能源存儲(chǔ)和長期能源存儲(chǔ)。這將有助于在極端事件中支持電網(wǎng)，當(dāng)傳統(tǒng)和可再生發(fā)電機(jī)可能不可用時(shí)。他說:&ldquo;長時(shí)間儲(chǔ)能的應(yīng)用是特別有趣的，因?yàn)檫@是低排放社會(huì)的一個(gè)關(guān)鍵因素，但還沒有廣泛應(yīng)用于抽水蓄能機(jī)組之外。&rdquo;&ldquo;然而，當(dāng)我們?cè)O(shè)想電氣化化工制造時(shí)，重要的是確保供應(yīng)的電力來自低排放發(fā)電機(jī)，以防止從化工行業(yè)向電力行業(yè)的排放泄漏。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>接下來介紹的兩種方法&mdash;&mdash;利用電化學(xué)和等離子體&mdash;&mdash;技術(shù)上不太成熟，但有潛力取代目前工業(yè)中使用的能源和碳密集型熱化學(xué)工藝。通過采用電化學(xué)過程或等離子體驅(qū)動(dòng)反應(yīng)，化學(xué)轉(zhuǎn)化可以在較低的溫度和壓力下發(fā)生，有可能提高效率。紐約大學(xué)坦頓工程學(xué)院可持續(xù)工程計(jì)劃主任Miguel Modestino說:&ldquo;這些反應(yīng)途徑也有可能使更靈活的電網(wǎng)響應(yīng)工廠和模塊化制造工廠的部署成為可能，這些工廠利用分布式化學(xué)原料，如生物質(zhì)廢物，進(jìn)一步增強(qiáng)化學(xué)制造的可持續(xù)性。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>化學(xué)制造業(yè)深度脫碳的一大障礙在于其復(fù)雜、多產(chǎn)品的性質(zhì)。但是，根據(jù)研究人員的說法，每一種電力驅(qū)動(dòng)的途徑都支持化學(xué)工業(yè)脫碳的各種原料選擇和壽命結(jié)束的處理決策。每一項(xiàng)都應(yīng)在全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境生命周期評(píng)估中進(jìn)行評(píng)估，以權(quán)衡利弊，并建立適當(dāng)?shù)某杀竞托阅苤笜?biāo)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員強(qiáng)調(diào)，無論選擇何種途徑，都需要積極研究、開發(fā)和部署這些技術(shù)。他們還強(qiáng)調(diào)了勞動(dòng)力培訓(xùn)和發(fā)展與技術(shù)開發(fā)并行的重要性。Andr&eacute; Taylor, DC-MUSE的負(fù)責(zé)人解釋說:&ldquo;業(yè)界對(duì)電氣化和采用這些技術(shù)持懷疑態(tài)度，因?yàn)檫@涉及到以一種新的方式處理化學(xué)品。&rdquo;該行業(yè)不同層次的員工不一定接觸過與電網(wǎng)、電化學(xué)或等離子體相關(guān)的思想。研究人員表示，各級(jí)勞動(dòng)力培訓(xùn)將有助于建立對(duì)這些不同解決方案的更大信心，并支持以客戶為導(dǎo)向的行業(yè)采用。</p> <p>&nbsp;</p> <p>馬拉普拉加達(dá)說:&ldquo;所有解決氣候變化的標(biāo)準(zhǔn)方案都沒有萬能的靈丹妙藥。&rdquo;&ldquo;每種選擇都有利弊，也有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但是，意識(shí)到你可以使用電力的選擇組合，讓我們有更好的成功和減少排放的機(jī)會(huì)，并以支持電網(wǎng)脫碳的方式這樣做。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)工作得到了阿爾弗雷德&middot;p&middot;斯隆基金會(huì)的部分支持。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>