国际燃气联盟IGU2024年低碳气体技术详解报告英文版20页_9mb

报告摘要

全球低碳气体技术发展报告总结

背景
截至2023年底，140多个国家签署碳中和承诺。实现这些目标需对能源系统进行根本性变革，而天然气行业凭借灵活性和创新性成为关键推动力。减少碳排放需通过三大领域：去碳化（改进能源效率和减少甲烷泄漏）、多样化（采用低碳及可再生能源替代方案如生物甲烷、氢气）和创新（政策及技术支持）。

去碳化技术

生物甲烷（Anaerobic Digestion）
- 通过厌氧发酵将有机废弃物（如农业废料、畜禽粪便、污水处理污泥等）转化为富含甲烷的沼气。
- 优化方法包括注入氢气或通过电催化提升CH4/CO2比例，沼气经提纯后可替代天然气用于工业、家庭供热及交通领域。
- 消化残渣可作为肥料再利用，减少温室气体排放。
热解气化（Pyrogasification）
- 利用高温（800-1500°C）在有限氧环境下将干生物质或固体废弃物（如市政垃圾、塑料残渣）转化为合成气（syngas），需净化去除焦油、硫等杂质。
- 生成的syngas可用于制造甲烷、氢气或工业化学品，但需针对性提纯以适配不同用途。
水热气化（Hydrothermal Gasification）
- 在超临界水（374°C、221 bar）条件下，将液态有机废弃物（如消化残渣、藻类、食品残渣）转化为富含CH4、H2的syngas。
- 通过催化转化可将CH4浓度提升至50-60%，若额外注入氢气则达90%；H2浓度可达50-75%。
电甲烷（E-Methane）
- 利用二氧化碳（来源包括生物沼气、工业排放或大气捕集）与氢气（电解水或生物制氢）合成甲烷。
- 需可再生电力支持，产物为低碳“蓝氢”或“绿氢”，过程中CO2排放可被抵消，实现碳中和。
太阳能光催化（Solar Photocatalytic Processes）
- 模拟光合作用，通过半导体催化剂分离光子正负电荷，促使水裂解生成氢气并还原CO2为碳氢化合物。
- 技术包括光解水、光电化学水裂解及集成光伏电堆的系统，需进一步研究以提高效率与成本效益。

多样化技术

甲烷重整（Methane Reformation）
- 通过蒸汽甲烷重整（SMR）、部分氧化或自热重整将天然气转化为氢气，副产CO2可捕集封存以生产“蓝氢”。
- 催化剂性能差异显著（如Ru > Rh > Ir > Ni > Pt > Pd），需优化工艺以兼顾高效与低碳。
水电解（Water Electrolysis）
- 利用可再生能源电力裂解水制氢，产物为“绿氢”（可再生能源供电）或“粉氢”（核能供电）。
- 主流技术包括碱性电解、质子交换膜（PEM）电解、固体氧化物电解（SOEC）等，各具成本、效率及耐久性差异。
热解气化（Thermal Gasification）
- 将固体有机废料（如煤、生物质、塑料残渣）高温气化为syngas，再通过水煤气变换反应增氢并减碳。
- 提纯后的氢气纯度超99.9%，适合工业及能源领域应用。
甲烷热解（Methane Pyrolysis）
- 在无氧条件下裂解天然气生成氢气与固态碳，能耗低于电解且无CO2排放。
- 热源可采用电弧、微波或催化热解，结合现有天然气基础设施降低成本。
生物制氢（Biological Production）
- 分为暗发酵（利用复杂有机物生成氢气及短链分子）和光发酵（借助光能将有机酸转化为氢气）。
- 需辅助电解或光催化剂，与微生物酶系统（如氢化酶）结合以提升效率。
地质提取（Geological Extraction）
- 自然氢气（白色氢气）通过水岩反应（如蛇纹岩化）生成，储存在地下构造中。
- 人工生成“橙色氢气”需向含铁地质层注入CO2饱和水，使其与铁矿反应生成氢气并封存CO2，实现负排放。