碳达峰与碳中和目标下PEM电解水制氢研究进展

氢能作为重要的能源载体,燃烧过程绿色无污染,能够助力碳达峰和碳中和目标实现。本文通过对比化石能源制氢、工业副产气制氢、电解水制氢等方式,分析各制氢方式的优缺点,阐述了质子交换膜（PEM）电解水制氢与可再生能源结合的重要意义。之后从PEM电解槽内部结构和可再生能源电解水制氢两个方面展开综述,详细介绍了PEM电解槽双极板、催化剂、扩散层、质子交换膜研究进展、存在的主要问题和未来发展方向。文中通过分析我国太阳能、风能分布特征,总结可再生能源利用存在的问题,从研究现状和产业发展的角度介绍了太阳能制氢、风电制氢、可再生能源多能互补制氢的发展。最后对可再生能源PEM电解水制氢的未来发展方向进行了展望,期望为可再生能源PEM电解水制氢的发展提供借鉴和参考。     

石化行业碳中和技术路径探索

2019年,中国石油和天然气消费所排放的CO₂为21.1亿吨,占全国总排放量的21%。在我国2060年碳中和目标下,石化行业亟需碳中和技术创新。本文介绍了国内外石化行业碳中和政策措施,从碳减排、碳零排和碳负排三方面分析了石化行业碳中和技术路径。碳减排方面包括石油/天然气绿色开发、过程低碳利用、减污降碳协同技术;碳零排方面包括可再生能源与核能发电、绿氢以及零碳原料/燃料替代,如生物质制汽柴油、芳烃等大宗能源化学品技术;碳负排方面包括生物能源与碳捕获和存储（BECCS）及CO₂转化燃料化学品技术。此外,还介绍了石化行业碳中和信息技术,包括人工智能、大数据和物联网三方面。本文将为我国石化行业碳中和路径探索提供技术参考。     

我国可再生能源发电制氢的发展概况

化石燃料的利用在短时间内带来重大的技术进步的同时也带来了诸多问题。选择绿色无污染的可再生能源作为化石燃料的替代品是实现"碳中和""碳达锋"目标的主要步骤。但是可再生能源的波动性和间歇性在并网时会造成电网的不稳定性,引起严重的弃光、弃风、弃水现象。电解水制氢技术被认为是脱碳制氢关键过程,同时也是实现能源转换提高能源的利用率的一种有效方式。本文对电解水制氢技术及我国可再生能源发电制氢项目的现状进行介绍,并列举了可再生能源发电制氢项目存在的问题及提出的建议。总之,可再生能源发电制氢将成为解决能源消纳、加速氢能产业化进程、最终实现我国向低碳清洁能源转型的重要途径。     

石化制氢过程碳计量技术现状和展望

氢能是国家重点发展的新能源领域，石化制氢过程是氢能主要来源，在国家“双碳”政策下，碳计量技术是石化制氢过程低碳高效运行的必要手段。本文介绍了我国氢产能，尤其是石化制氢过程的现状，并对石化制氢过程碳计量进行了详细分析，展望了石化制氢过程碳计量的前景以及当前亟须解决的问题。     

化工新材料产业及其在低碳发展中的作用

化工新材料是新材料的重要组成部分,是国民经济建设所需的关键材料,已经成为炼化行业转型升级的重要方向。本文分析了国内外化工新材料的产业发展现状,重点从化工新材料原料供给、新材料生产、产品回收与循环利用全生命周期（LCA）角度,阐述了可再生原料的汇碳作用,典型新材料（包括高端碳材料、汽车轻量化材料、新能源材料、碳捕集材料）生产的固碳作用,以及废弃材料回收和循环利用中的减碳作用。文章对我国新材料产业发展现状和前景进行了思考,认为化工新材料在降低CO₂排放、实现碳中和目标进程中作用显著;基于未来我国化工新材料市场需求强劲的总体态势,应该加大技术研发投入,突破重点新材料生产技术瓶颈,加快自主产品产业化进程,满足我国经济发展迫切需求,推动社会经济绿色低碳高质量发展。     

加快生物质废弃物吸附增强制可再生氢气

作为全球性的优质能源载体,氢的主要生产方式包括碳氢化合物（例如天然气、煤炭和生物质）的热化学过程以及使用电力来源与可再生能源（如风能或太阳能等）的水电解过程。目前的水电解技术在大规模制氢方面经济竞争力亟待提升。本文指出：为了在2060年实现碳中和,迫切需要开发绿氢制备新技术,大力发展可再生制氢和低碳制氢。具有碳捕集、利用和封存的碳氢化合物低碳制氢（蓝色）技术将占重要地位,随后逐步转向可再生制氢（绿色）,并有望全面实现零碳制氢,进而对长期低碳化社会的发展至关重要。文章提出我国生物质资源非常丰富,但生物质废弃物制氢的技术成熟度仍然较低,迫切需要开发从生物质中高效生产可再生氢气的新技术,以显著提高氢气产量并降低成本;吸附增强反应代表了一种可用于可持续生产氢的有前景的新技术;氢气的产率和纯度可以通过过程强化得到显著提高,制氢过程的强化可以在多功能反应器中实现,其中重整和/或气化、水煤气变换和CO₂移除步骤可将重整/水煤气变换反应催化剂和CO₂捕集剂混合而集成到一个反应器中。最后指出：由于该过程潜力巨大,因此应助推耦合气化和吸附增强反应过程从生物质废弃物中生产可再生氢气的工艺过程,以加快推进碳中和进程。     

石化行业面对“双碳”目标的应对措施

在“双碳”目标约束下,石化行业加速推进节能减排与绿色低碳转型发展成为热点问题。分析了“双碳”背景下石化行业转型发展的形势,即面临的产业与能源结构调整重构挑战,以及紧抓政策窗口期实现绿色低碳与提质增效耦合发展的新机遇。概述了实现“双碳”目标的4个发展方向,即大力发展碳捕集、封存与回收利用技术;优化能源结构实现绿色能源耦合利用;加强原始创新提升全流程工艺水平;推进基地一体化协同优化发展模式。总结了石化行业多举措并举实现“双碳”目标的对策与方法,为未来石化行业推进绿色低碳、安全环保、高质量可持续发展路线提供思路。     

“双碳”背景下园区节能降碳综合改造路径研究

面对我国绿色低碳发展新趋势，聚焦我国园区节能降碳改造重点问题和瓶颈，提出能源结构清洁化、能效提升系统化、能源设施集约化、产业结构低碳化、产业链条循环化、节能创新体系化、节能服务专业化、节能管控数字化、节能机制系统化9大路径，以期为园区节能降碳综合改造提供借鉴参考。     

氢能及炼厂制氢技术低碳化转型发展

为实现“双碳”目标及加快能源结构绿色低碳转型，氢能作为一种高效、清洁的可再生能源被列为未来大力发展的能源。通过对我国能源结构发展及炼厂制氢技术的分析，总结了氢能作为能源的优势。我国炼厂制氢以轻烃蒸汽转化及煤气化制得的“灰氢”为主，为实现“灰氢”向“蓝氢”的转型，介绍了几种炼厂制氢装置与CCS或CCUS技术结合的案例，说明我国炼厂制氢技术低碳化转型发展方向。     

生物质能源转化技术与应用(V)——生物柴油产业化制备技术

生物质能源是惟一可再生、可替代化石能源转化成气态、液态和固态燃料以及其它化工原料或者产品的碳资源.随着化石能源的枯竭和人类对全球性环境问题的关注,生物质能源替代化石能源利用的研究和开发,已成为国内外众多学者研究和关注的热点.本系列讲座主要讲述以生物质资源为主要原料,通过不同途径转化为洁净的、高品位的气体、液体或固体燃料.本讲主要概述生物柴油产业化制备技术研究现状,分析我国生物柴油产业化制备技术发展缓慢的原因,主要介绍了生物柴油常用的制备方法及其优缺点,预测了我国生物柴油产业化发展方向.     

生物质能源转化技术与应用(Ⅴ) ——生物柴油产业化制备技术

生物质能源是惟一可再生、可替代化石能源转化成气态、液态和固态燃料以及其它化工原料或者产品的碳资源。随着化石能源的枯竭和人类对全球性环境问题的关注,生物质能源替代化石能源利用的研究和开发,已成为国内外众多学者研究和关注的热点。本系列讲座主要讲述以生物质资源为主要原料,通过不同途径转化为洁净的、高品位的气体、液体或固体燃料。本讲主要概述生物柴油产业化制备技术研究现状,分析我国生物柴油产业化制备技术发展缓慢的原因,主要介绍了生物柴油常用的制备方法及其优缺点,预测了我国生物柴油产业化发展方向。     

可再生能源大规模制氢前景概述

传统的化石能源储备是有限的,大力开发可再生能源,加快提升非化石能源的比重,减少碳排放是今后发展的方向.水电解制氢技术已相当成熟,将可再生能源与水电解制氢技术相结合,从而和氢能源形成微网,可以实现能源的有效转换,提高可再生能源的利用率和占比,而且可以将制取的氢气作为燃料应用在工业P2G中,被认为是解决大规模储能和碳减排耦...     

生物油水蒸气催化重整制氢研究进展

氢气作为重要的清洁能源和化工原料,目前主要来源于化石燃料,而生物质经快速热解制得生物油用于水蒸气催化重整制氢被认为是一种高效、环保、经济的可再生能源制氢途径。本文首先综述了近年来生物油水蒸气催化重整制氢相关反应原料;然后重点讨论了生物油水蒸气催化重整反应催化剂研究近况;总结了生物油水蒸气重整反应机理与动力学分析;最后列举了重整反应器等方面的研究进展。相比于生物油,生物油模型化合物因结构简单、转化率与氢气收率高,得到广泛研究;以Ni为代表的活性金属组分催化活性高,金属间协同作用强;不同类型的载体可增强催化剂的稳定性,碱性载体还可吸收CO₂、提高催化剂抗积炭、防烧结等方面的性能;不同结构的反应器在性能方面表现各异,主要以固定床反应器为主。研制高活性、稳定性强的催化剂,提高重整反应的循环稳定性,并总结最符合动力学规律的反应机理,以及研发高效的反应器是今后生物油水蒸气催化重整制氢研究的重点。     

基于可再生能源水电解制氢技术发展概述

化石能源的过度使用带来了一系列问题,双碳目标下,人们对于可再生能源的需求也在逐渐增加,电解水制氢技术的商业化、工业化生产也逐渐为人们所重视。本文分析了当前水电解制氢技术三种制氢工艺的优缺点,对其发展现状进行了总结与评判,并对可再生能源水电解制氢未来的发展趋势进行了展望。     

生物质快速裂解油水蒸气催化重整制氢研究进展

可再生的氢能源作为化石资源的替代品是一个非常重要的途径,水蒸气催化重整生物质快速裂解获得的液体产物生物油是一种可行的制取可再生氢气的过程.本文介绍了生物油水蒸气催化重整反应机理与热力学分析,介绍了催化重整制氢过程催化剂、制氢工艺条件、代表性的反应器及工艺流程.指出水蒸气催化重整生物油制氢反应的主要约束条件是由于碳的沉积导致的催化剂失活.研究开发具有高活性、高选择性,寿命长、机械强度高容易再生的催化剂与制氢反应器是当前及今后研究的重要方向.     

生物质能源转化技术与应用(Ⅳ)——生物质热解气化技术研究和应用

生物质能源是惟一可再生、可替代化石能源转换成气态、液态和固态燃料以及其他化工原料或者产品的碳资源。随着化石能源的枯竭和人类对全球性环境问题的关注,生物质能源替代化石能源利用的研究和开发,已成为国内外众多学者研究和关注的热点。本系列讲座主要讲述以生物质资源为主要原料,通过不同途径转化为洁净的、高品位的气体、液体或固体燃料。本讲主要对生物质的热解气化方式进行了介绍,着重介绍了生物质气化集中供气、供热、发电、合成液体燃料、制氢等技术方面的研究和应用现状,并指出了目前存在的主要问题,提出了我国在生物质气化领域的重点研究方向。     

化石原料制氢技术发展现状与经济性分析

对煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢以及工业副产回收氢气等化石原料制氢技术发展现状进行了详细分析,研究对比了几种化石原料制氢技术的生产成本与经济性,并对化石原料制氢产业发展前景进行了深入思考,总体认为：煤制氢具有资源成本优势,是实现大规模制氢的首选技术;天然气制氢发展潜力大,但目前存在资源约束和成本较高的问题;工业副产回收氢气是未来颇具发展潜力的制氢方式;甲醇制氢规模灵活,但存在设备成本高、稳定性较差等不足。在当前太阳能等新能源制氢技术尚未成熟的现实条件下,化石原料制氢必将担当主要角色,未来氢能产业必将是化石原料制氢与电解水制氢、新能源制氢多种方式共存、多元化发展的供给格局。     

玻璃材料对我国碳中和目标实现的贡献浅析

力争2030年前碳排放达峰,2060年前实现碳中和是我国应对气候问题作出的战略部署。这一目标的实现需要在能源消费端与能源供应端减少对化石能源的依赖。玻璃行业在实现碳中和目标过程中发挥着重要作用。玻璃行业通过燃料替换、高效用能、原料替代、碎玻璃回收以及产品减薄等方式释放巨大的节能、减排潜力,各种节能玻璃产品也将在能源消费端起到更加显著的节能效果。在能源供应端,玻璃又是支持光伏发电、风力发电以及核电等清洁能源发展的关键材料。玻璃行业将为我国碳中和目标做出更大贡献。     

一碳化合物生物利用和转化研究进展

一碳化合物(包括CO₂、CO、甲烷、甲醇、甲酸等)来源广泛,价格低廉,并且有望通过光催化、电催化等实现绿色、可持续生产,被认为是下一代生物制造的理想原料。自然界中广泛存在多种能够天然利用一碳化合物的微生物,对这些微生物开展研究,并进行改造和利用,使其以一碳资源为原料合成能源和化学品,对于降低对传统化石资源的依赖,实现绿色、可持续发展具有重要意义。本文主要概述各种一碳化合物的原料来源,包括传统化石资源和可再生原料、一碳化合物微生物利用途径以及各种一碳利用微生物及其改造合成燃料和化学品的相关研究进展,并对近年来构建合成型一碳转化体系的相关研究进行总结,最后分析了一碳化合物生物转化面临的挑战并对未来研究方向进行展望。     

中国生物基与生物分解塑料现状及发展建议

生物降解塑料产业直面我国"三农"、能源和环境三大主题,是世界发展之大势和新兴的产业。介绍了我国生物基与生物分解塑料的发展现状,重点对化石基生物分解塑料和可再生材料基生物分解塑料的研究进展进行了综述,指出生物分解塑料入市前应该做好市场调研、产品定位和产品质量认证等准备工作。