知识源于沉淀 本文介绍了日本一家科技公司和德国萨克森州一家工厂如何将电解技术引入燃煤电厂的案例——如何利用废气制造合成汽油？如何储存多余的电力？我们能从氯化学反应中学到什么可以应用于能量转换？无论是用于具有可持续流动性的罐装蒸馏燃料，还是涉及除石油和天然气之外的基础化学，氢都起着至关重要的作用。早在1800年，英国皇家学会就讨论过“电解”的氧化还原反应。基于此，德国和日本的合作伙伴共同参与并支持了莱茵褐煤矿区开创性的Powerto-X(多维能源转换)项目。
本文发表在《过程工业》2022年第02期。
废气电解技术的节能减排
本文内容由CAC公司提供。
尼德兰塞姆电站是德国第二大褐煤发电厂(欧洲排名第三)，由RWE电力公司运营。目前，该电站不仅有一个氢电解工厂，而且其自动化系统采用了日本化学公司旭化成的全新技术。总部位于东京的欧洲子公司将其工厂的建设委托给开姆尼茨化工厂建设公司CAC。
轻质气体——大型计划
这并非偶然，因为两家公司在氯碱厂建设(同样采用电解工艺)方面有着长期成功的合作关系。未来，尼德劳斯姆发电站每天将生产多达22公斤的氢气。听起来不多，但电厂运营商RWE对这些轻气体有一个大计划:将电厂废气中制备的氢气和二氧化碳结合合成甲醇，然后通过这一中间步骤生产二甲醚(C2H6O，DME)。
这意味着能源公司不仅可以利用温室气体二氧化碳，还可以找到一种潜在的合成燃料。二甲醚的十六烷值介于55和60之间，可以以类似于液化石油气(LPG)的方式在柴油发动机中燃烧。虽然需要安装油箱和改进喷射装置，但使用这种燃料的柴油机可以可靠、清洁地运行，不会形成碳烟。
废气再次利用
这样，废气就会在完全燃烧之前获得“第二次”生命。但是，这个过程需要一种所有Powerto-X(多维能量转换)项目都不可或缺的物质——氢气。旭化成对此深有体会:2020年，日本公司利用其Aqualizer技术，启动了福岛最大的10MW单反应堆碱性水电解槽。
这不是巧合。毕竟，当旭化成在1922年成立时，它就已经使用水电进行电解了——只不过当时它不是为了提供气候友好型能源，而是为了获得合成氨化学的原料。从20世纪70年代开始，旭化成就使用氯碱电解工艺来补充单堆碱性水电解槽的产品组合，并与欧洲CAC在该领域有长期合作。
碱性电解是如何工作的？
碱性电解是应用最广泛的大规模电解过程，它使用浓度高达40%的氢氧化钾溶液作为电解液。该工艺可以通过长期稳定且相对廉价的电极、电池和膜实现高效率和高纯度的产品。由于这些特性以及电极不需要稀有和贵金属的事实，碱性电解已经成为生产绿色氢气的有力候选。
遗憾的是，这些电池的响应相对较慢，在部分负载范围内效率明显降低。如果这项技术是为了利用多余的电力，从而有助于电网的稳定，这将是一个重要的注意事项。因此，开发人员需要特别注意将半细胞彼此隔开的膜:一方面，它必须尽可能地渗透离子；另一方面必须耐化学腐蚀，其工作温度通常在80℃以上。
此外，电池的电阻随着两个电极之间的距离越近而降低，因此隔膜的厚度应保持最小，并尽可能“零距离”。
充分利用剩余电力
来自日本的工艺开发人员依靠碱性电解，可以很容易地控制负荷。以这种方式生产氢气是为了适应波动的可再生能源，并使多余的电力可用。凭借这项技术，Asahi Kasei目前正在参与ALIGNCCUS，这是一个关于碳捕获、利用和储存以及加速低碳产业增长的欧洲跨国合作项目。
在Niederaussem电站，二甲醚合成所需的二氧化碳来自褐煤电厂的K单元。自2009年以来，RWE一直只使用部分电厂废气在这里进行CO2洗涤器的中试。这个过程是通过可再生能源生产氢气，从而变得更加绿色环保。当然，目前电力主要来自于罐装电池或者隔壁的燃煤电厂。RWE解释说，新的合成工厂可以生产高达50公斤的二甲醚。
“ALIGN-CCUS项目是建立跨部门温室气体减排示范工厂的重要一步。”RWE电力公司环境技术部部长Ferdinand Steffen先生强调说。
日本技术专家的欧洲子公司三菱日立动力系统(MHPS)也参与了实际的Power-to-X(多维能量转换)系统，即二甲醚的合成的开发和建设。“这是我们开发的实现脱碳能源模式的几项技术之一。”MHPS欧洲公司首席执行官Thomas Bohner先生也证实，“它在减少二氧化碳排放方面具有相当大的潜力，不仅适用于电厂运营商，未来还将在工业工厂设备中发挥作用。”
北莱茵-威斯特法伦州的一些组织，如总部位于德国亚琛的FEV欧洲(专注于驱动技术)、亚琛工业大学和朱利希研究中心，都参与了ALIGN-CCUS项目。
ALIGN-CCUS项目
ALIGN-CCUS项目是基于可再生能源制氢的较新项目之一。事实上，几乎任何Power-to-X(多维能量转换)过程都离不开氢。专家们确信，电解将因此成为石化去除的关键技术——对于像CAC这样有氯碱化学经验的公司来说，这将是他们的王牌。
