科大团队提出策略性排放标准 推动制氨工业实现减碳

(文章转载自EurekAlert!,原刊于2024年7月23日)

23-07-2024
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(由左至右) 部分研究团队成员,包括公共政策学部助理教授Magdalena KLEMUN教授、苏黎世联邦理工学院的Giovanni SANSAVINI教授、Paolo GABRIELLI博士、环境及可持续发展学部教授卢中铭教授及环境及可持续发展学部博士毕业生, 现为斯坦福大学博士后研究员的Stefano MINGOLLA博士。

System boundaries for the electrolytic hydrogen production system (EHPS) and the ammonia plant

电解氢生产与产氢设施的系统界限

Minimum levelized cost of hydrogen (LCOH) across Europe

欧洲氢气的最低平准化成本 (LCOH)

Cost-effective emission cap

具有成本效益的排放上限: 最低氢气平准化成本(LCOH,单位:欧元/公斤氢气,EUR/kg H2)和面积(平方公里,km2

由香港科技大学(科大)领衔的国际跨学科研究团队提出制定策略性绿氢碳排放标准,能推动制氨工业经济有效地近100%减碳,同时避免土地资源紧张和电网拥塞等问题。 这项开创性研究首次确定了最优成本的制氨工业产氢设施和排放标准。

氨生产主要依赖化石燃料制氢,每年在欧洲产生3,600万公吨的二氧化碳排放。 通过水电解产生绿氢,可以大幅减少碳排放,因为它只需要电力,而电力可借由可再生能源产生。

然而向低碳氢能转型造成经济和运输的巨大挑战,以电网产生绿氢尤甚。 地区因素带来复杂影响,当中包括可再生资源的供应及当地电力生产的碳强度,以致排放标准和生产成本之间的关联机制尚不明确。

为填补此鸿沟,由环境及可持续发展学部助理教授卢中铭教授、公共政策学部助理教授Magdalena KLEMUN教授及其博士生Stefano MINGOLLA博士领导的研究小组与苏黎世联邦理工学院合作展开研究,利用欧洲38个地区于2024-2050年的高分辨率再生能源数据,探讨欧洲一系列排放标准对生产成本的影响,以及向再生能源电解制氢转型的可行性。 尽管数据来源和结果针对欧盟,但其他地区的难减排产业转型使用低碳燃料时,该研究的方法和思路也具有参考意义。

研究发现,相较于欧盟委员会等监管机构提出的较宽松的目标,提高减排目标至95%仍然可行,而且成本增幅极小。 但是,完全依赖再生能源离网运作以实现100%减排,成本和土地需要显著上升,在一些土地资源有限的地区,转型受到限制。

卢中铭教授表示:“有策略地制定排放标准,对于制氨工业向低碳技术转型至关重要。”

Magdalena KLEMUN 教授补充:“这项研究为政策制定者在平衡环境目标、成本和资源可用性方面提供了重要依据。” 研究强调,有策略地选用排放标准,同时结合技术创新投资,方能改善厂房设计的灵活性,使之能适应波动的再生能源供应,降低离网生产电力的成本和土地需求。

政策制定者可以因地制宜,在条件有利生产绿氢的地区设定更严格的减碳目标。 相较化石燃料制氢的成本,这些地区可以在不增加成本或极小增幅的情况下,实现接近零排放; 至于条件不利的地区则可以采取较不严格或延迟的措施。

Stefano MINGOLLA 博士表示:“通过采用因地制宜的分阶段战略,并优先考虑厂房的灵活性,一些较难减排的行业可以在保持竞争力的同时,更好地管理低碳技术转型。”

这项研究最近在顶级跨学科期刊《Nature Communications》上发表,由Stefano MINGOLLA博士为主要作者,卢中铭教授和Magdalena KLEMUN教授为联合负责人,科大机械及航空航天工程系的Francesco CIUCCI教授。苏黎世联邦理工学院的Giovanni SANSAVINI教授、Paolo GABRIELLI博士、Alessandro MANZOTTI和Matthew ROBSON、以及氨能协会(Ammonia Energy Association)的Kevin ROUWENHORST博士共同参与。

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