绿色燃料的发展,必须依赖新技术,吸纳新技术,拥抱新技术,因为,目前全球所有绿色燃料都因为价格高昂而难以扩大应用。
继续沿着过去化石燃料的传统技术去升级,解决不了根本性的问题。绿色燃料的成本必须进一步革命性地下降,这种成本降低所要求的幅度,不是一般的技术优化、工艺改进可以达到的,更不可能依靠有些特殊情况下的资源优势获得。
换句话说,没有那种前沿技术带来的“奇迹“,没有令人觉得不可思议的成果,产业需求方无法加大绿色燃料的应用。达到减碳要求和成本可接受的底线,绿色燃料才能广泛应用,减碳和成本两个硬约束,二者缺一不可。
新技术带来突破性的进展,是破局的根本。有两个方向的新技术、前沿技术,具备达到革命性效果的特质。一个是,电化学技术,特别是高温电化学技术。二是,热化学技术,特别是CO2加氢合成技术。
化石燃料是由碳氢两种元素组成的某种烃类化合物,这些元素来自于煤、石油和天然气这些矿藏资源。绿色燃料由于减少CO2排放的要求,无法使用这些资源。绿色燃料的碳氢两种元素中,氢元素又是主要的成本驱动因素,必须有便宜的绿氢,那么,只要寻找到这个星球制取绿氢的成本最低的方式,问题就有望彻底解决。
目前,理论上公认的电解水制氢技术中,效率最高的方式是高温固体氧化物(SOEC)技术,其制氢电耗在若干电化学技术中是最低的。SOEC高温固体氧化物电解槽,高温是一种优势,它可以显著降低化学反应的能耗。而且这条技术路线的机器设备,主要使用陶瓷材料,不需要消耗贵金属,受到原料制约的可能性较低。扩展来讲,所有电化学技术都应该受到重视,与传统热化学相比,它的优势明显,它可以利用可再生电力实现物质转化,它的反应更为精准。这两年,全球对制氢电解槽的采购增多,相当一部分的增量用于绿色合成燃料所需要的绿氢制取。
由碳氢元素组成的绿色燃料,还可以通过CO2+H2一步法合成,这是一项热化学新技术。化工行业非常熟悉的费托合成,是利用CO+H2费托气进行合成,CO的分子属性活跃,易于进行化学反应。而CO2是惰性气体,很难进行反应,因此,采用CO2+H2进行合成,就需要新的催化剂,及其适配的反应器。CO2+H2一步法合成绿色燃料,包括SAF、绿色甲醇和绿色汽油,全球都有技术团队在进行开发。这条技术路线的最初动力是,可以通过空气直接捕集CO2,电解水制取绿H2,然后通过一步法将CO2+H2合成为绿色燃料,这样,所获得的燃料称为eFuel,它具有最强的减碳效果。空气中的CO2是取之不尽的,绿H2可以通过电解水获取,这两个过程都需要消耗可再生电力,未来可再生电力的价格有望持续下降。
我们可以看到新技术的探索脉络,绿色燃料所需要的碳氢元素,必须想办法获得,其中绿氢占了成本的大头,同时,还必须获得碳源,获得碳也需要成本,于是,CO2+H2和CO+H2都可以实现所需的元素供给,这些是合成绿色燃料的原料气,原料气的成本决定了绿色燃料的成本。合成过程的技术也较为重要,合成过程所用的催化剂和反应器,必须达到高效率,且自身的成本不能太高。
可以看到,在原料气提供端,需要前沿新技术,需要改变世界的机器,需要创新的产品,使得成本大幅下降。在合成阶段,需要新的方式进行合成,以适应新的原料气组成。
不断涌现的新技术正在变得越来越成熟,越来越可靠,我们只需要相信这些技术,筛选这些技术,组合这些技术,通过创造性的过程,将之转化为可以应用的产品。这些产品具有极强的创新属性,它们能够带来现有产品无法实现的效果。只有这些新产品出现了,改变世界的机器诞生了,并不断被应用到绿色燃料产业中去,整个绿色燃料发展的瓶颈才能真正被打通。
编审:邱志远

