污染物排放上,甲醇制氫過(guò)程相對(duì)清潔。與傳統(tǒng)的煤制氫相比,煤制氫過(guò)程中除了產(chǎn)生大量的 CO?外,還會(huì)產(chǎn)生諸如二氧化硫(SO?)、氮氧化物(NOx)、粉塵等污染物。在煤炭氣化過(guò)程中,煤炭中的硫元素會(huì)轉(zhuǎn)化為 SO?排放到大氣中,對(duì)空氣造成嚴(yán)重污染,形成酸雨等環(huán)境問(wèn)題 。
雖然甲醇制氫在碳排放方面與可再生能源制氫存在差距,但在污染物排放方面具有明顯優(yōu)勢(shì),且隨著技術(shù)的發(fā)展,其環(huán)境效益有望進(jìn)一步提升,在推動(dòng)能源清潔化和可持續(xù)發(fā)展中具有重要作用。與天然氣制氫相比,甲醇制氫在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益上呈現(xiàn)出顯著差異。
而甲醇制氫以甲醇價(jià)格 2500 元 噸計(jì)算,生產(chǎn) 1 標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣消耗原料甲醇約 0.65kg ,原料成本約為 1.625 元 ,甲醇制氫在原料成本上相對(duì)較低。在設(shè)備投資方面,天然氣制氫裝置通常規(guī)模較大,設(shè)備復(fù)雜,投資成本較高,一套日產(chǎn) 1000 公斤氫氣的天然氣制氫裝置投資約為 800 - 1500 萬(wàn)元 ;而同等規(guī)模的甲醇制氫裝置投資在 500 - 1000 萬(wàn)元左右 ,甲醇制氫設(shè)備投資相對(duì)較少。
在環(huán)境效益方面,天然氣制氫過(guò)程中,雖然主要產(chǎn)物為氫氣和二氧化碳,但在天然氣開采、運(yùn)輸以及制氫反應(yīng)過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生一定量的溫室氣體排放。據(jù)相關(guān)研究,天然氣制氫的全生命周期碳排放約為 10 - 15kgCO?/kgH? 。
而甲醇制氫若采用天然氣為原料生產(chǎn)甲醇再制氫,其碳排放主要集中在甲醇生產(chǎn)階段,全生命周期碳排放約為 15 - 20kgCO?/kgH? ,略天然氣制氫;若采用煤炭為原料生產(chǎn)甲醇再制氫,碳排放則更高 。
但目前可再生能源發(fā)電受自然條件限制,穩(wěn)定性較差,且電解水制氫設(shè)備成本高,導(dǎo)致其大規(guī)模應(yīng)用受到一定制約。而甲醇制氫雖然存在碳排放,但技術(shù)相對(duì)成熟,供應(yīng)穩(wěn)定性較好,在現(xiàn)階段更具應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
甲醇制氫在與天然氣制氫、電解水制氫等方式的效益對(duì)比中,具有自身特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn),在不同的應(yīng)用場(chǎng)景和條件下,可根據(jù)其效益情況選擇合適的制氫方式,以實(shí)現(xiàn)能源的利用和可持續(xù)發(fā)展。
清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的 Pt 單原子氮化碳復(fù)合催化劑(Pt - SA@C3N4),在 180℃下即可實(shí)現(xiàn)甲醇轉(zhuǎn)化率 99.8%,其活性位點(diǎn)利用率較傳統(tǒng)催化劑大幅提升 30 倍 。這種單原子催化劑的特之處在于,金屬原子以單原子的形式分散在載體表面,地提高了原子利用率。
反應(yīng)工藝優(yōu)化方面,光熱協(xié)同制氫和電化學(xué)原位制氫等新技術(shù)為甲醇制氫開辟了新路徑。浙江大學(xué)研發(fā)的等離子體共振反應(yīng)器,利用太陽(yáng)光譜中紅外波段(800 - 1200nm)直接驅(qū)動(dòng)甲醇重整,系統(tǒng)能效達(dá) 68%,較傳統(tǒng)熱法提升 40% 。