Empa 开发的甲烷化工艺 为可再生能源开辟了巨大的潜力

我们首先讨论的是在欧洲各地运输货物的长途卡车。如果继续使用化石能源作为燃料，则几乎不可能减少道路交通中的CO2排放。

通过电动汽车、氢汽车和合成燃料，Empa 的未来移动演示器“move”正在研究在能源系统快速变化的背景下减少道路交通中CO 2 的三种途径。Empa 汽车动力总成技术实验室负责人 Christian Bach 说，所有这些概念在能源、运营和经济方面都有优点和缺点。为了以智能方式使用它们，我们需要对整个系统有更深入的了解。与我们的“move”合作伙伴一起，我们正在努力开发可以付诸实践的知识。

最新项目的重点是从氢气和 CO 2生产合成甲烷，即所谓的甲烷化。这种用可再生能源合成生产的燃料，因此称为合成燃料或合成气 ，可以通过传统路线运输并通过现有基础设施提供。这对瑞士和全球都很有意义，因为它为可再生能源开辟了巨大的潜力。

到 2030 年，零售商 Lidl Switzerland 将从化石天然气转向液化可再生天然气来运营其卡车。

Empa 开发的甲烷化工艺

甲烷化的基本化学过程被称为 Sabatier 反应已有 100 多年的历史。在“move”中，将使用在 Empa 进一步开发的另一个过程：所谓的吸附增强甲烷化。Empa 研究人员希望这种新颖的过程工程概念将导致更简单的过程控制、更高的效率和更好的动态操作适用性。甲烷化的工作原理如下： 甲烷 (CH4) 和水 (H2O) 由二氧化碳 (CO 2) 和氢气 (H2)。然而，水会导致传统工艺出现问题：为了去除水，通常需要连续的甲烷化阶段——中间有冷凝区。由于反应温度高，一部分水通过所谓的水煤气变换反应转化回氢气。因此，甲烷化反应的气态产物含有百分之几的氢气，这会阻止直接进入气体网格；首先必须去除氢气。

空气中的CO 2和水

用于甲烷化的CO 2以及用于制氢的水通过来自 ETH 分拆出来的 Climeworks的 CO 2收集器直接从大气中提取。该系统吸入环境空气，CO 2分子仍附着在过滤器上。使用热量 - 大约 100°C - CO 2分子可以从过滤器中释放出来。Empa 研究人员看到了进一步优化这种 CO 2解吸所需热量的潜力。制氢和甲烷化都不断产生废热，巴赫说，通过巧妙的热量管理，我们希望用这些废热尽可能多地满足 CO 2收集器的热量需求。除了 CO 2，Climeworks 工厂还从环境空气中提取水，用于电解装置中的氢气生产。这意味着在没有供水的地区，例如在沙漠中，也可以考虑使用此类植物。

除了有关技术和能源方面的新知识外，对合成甲烷的经济效率的了解也是该项目的主要目标之一。为了确保这种整体观点，该项目联盟由涵盖整个价值链的合作伙伴组成，从 Empa 研究人员到能源供应商、加油站和车队运营商以及技术和工厂领域的工业合作伙伴，成员 Brigitte Buchmann 说，他是Empa 董事会成员和“move”战略负责人。该项目得到了苏黎世州、ETH 董事会、Avenergy Suisse、Migros、Lidl Switzerland、Glattwerk、Armasuisse 和 Swisspower 的支持。

目前，Christian Bach 的团队正专注于研究多孔材料上的水吸附和催化反应的过程控制。该工厂的建设计划于 2021 年年中进行。大约一年后，我们想要为第一辆车加油，布赫曼说。

来自沙漠的合成燃料？

在将我们的能源系统转换为可再生能源时，存在一个重大挑战：太阳能或风能等可再生能源并非随处可见。在冬天，我们的可再生能源太少，而在夏天，北半球的可再生能源太多了。在南半球，情况正好相反。但也有一些地区几乎是连续的阳光——所谓的太阳带，地球上的大沙漠就位于其中。从全球角度来看，我们在全球范围内的可再生能源并不算太少，而“仅仅是”一个能源运输问题，克里斯蒂安巴赫说。合成能源载体可以帮助解决这个问题。

瑞士的小型工厂可以利用夏季剩余电力和连接不同的能源部门，为国家能源系统做出宝贵贡献。然而，大型植物首先可以在地球的阳光带中充分发挥其潜力。一个简单的计算就说明了这一点：为了满足瑞士冬季的能源需求，而水力发电无法满足这一需求，以及仅使用（进口）合成能源的所有长途国内交通，需要在沙漠中建造一座太阳能发电厂。面积约700平方公里；即 27 x 27 公里，即撒哈拉沙漠面积的 0.008%。水和 CO 2生产所需的物质可以从当地的大气中提取。可以简单地进一步利用现有的贸易机制、运输基础设施、标准和专业知识，巴赫说。那么，“move”中的工厂能否很快成为沙漠中千兆瓦级工厂的模型？