清華新聞網(wǎng)3月2日電 近日，清華大學(xué)能動(dòng)系李政、劉培教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)普林斯頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)在綠氫與碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)協(xié)同與規(guī)?；梅矫嫒〉弥匾M(jìn)展。研究工作圍繞“碳-氫-氧”分子層面跨流程耦合這一核心概念，提出并系統(tǒng)論證了可再生能源驅(qū)動(dòng)的“水泥甲醇聯(lián)產(chǎn)”新范式，通過(guò)“過(guò)程靈活性-廠(chǎng)級(jí)經(jīng)濟(jì)性-宏觀(guān)技術(shù)部署”協(xié)同分析框架，為在難減排工業(yè)部門(mén)推動(dòng)綠氫與CCUS技術(shù)協(xié)同部署及基礎(chǔ)設(shè)施布局優(yōu)化提供了新的可行路徑。
在水泥與甲醇等難減排工業(yè)部門(mén)實(shí)現(xiàn)深度脫碳的過(guò)程中，CCUS被普遍認(rèn)為不可或缺，但其規(guī)?；七M(jìn)仍受制于成本較高、基礎(chǔ)設(shè)施不足以及市場(chǎng)激勵(lì)不確定等因素。為加速綠氫與CCUS的技術(shù)成熟與規(guī)?；瘧?yīng)用，一個(gè)關(guān)鍵方向是尋找既具有經(jīng)濟(jì)可行性，又能夠復(fù)制推廣的早期應(yīng)用場(chǎng)景。
圖1.“水泥甲醇聯(lián)產(chǎn)”過(guò)程靈活性-廠(chǎng)級(jí)經(jīng)濟(jì)性-宏觀(guān)技術(shù)部署協(xié)同分析框架
研究團(tuán)隊(duì)提出“水泥甲醇聯(lián)產(chǎn)”協(xié)同路徑，利用可再生電力電解制氫副產(chǎn)的高純氧支撐水泥窯富氧燃燒與二氧化碳捕集，并將捕集到的二氧化碳作為甲醇合成碳源，實(shí)現(xiàn)跨流程物質(zhì)耦合。研究基于小時(shí)級(jí)、考慮運(yùn)行靈活性的過(guò)程模型優(yōu)化聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)配置，并在全國(guó)尺度評(píng)估逐廠(chǎng)部署與二氧化碳源匯匹配策略。研究發(fā)現(xiàn)，相較于分別推進(jìn)水泥脫碳與可再生甲醇路徑，“水泥甲醇聯(lián)產(chǎn)”可顯著降低總體減排成本，更適合優(yōu)先在可再生資源條件較好的水泥廠(chǎng)布局；同時(shí)，該技術(shù)的引入可能對(duì)二氧化碳運(yùn)輸與封存等基礎(chǔ)設(shè)施的空間規(guī)劃產(chǎn)生重要影響。
研究展示了以工業(yè)共生方式推動(dòng)綠氫與CCUS聯(lián)合部署的潛力，通過(guò)跨行業(yè)的物質(zhì)流耦合與過(guò)程集成，在同一系統(tǒng)內(nèi)協(xié)同匹配“碳源”“氫源”“氧源”及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施配置，為水泥與甲醇等難減排行業(yè)探索更具有經(jīng)濟(jì)性的深度脫碳路線(xiàn)提供了新思路。
研究成果以“通過(guò)水泥甲醇聯(lián)產(chǎn)在中國(guó)規(guī)?；G氫與CCUS”（Scaling green hydrogen and CCUS via cement-methanol co-production in China）為題，于2月6日在線(xiàn)發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science）。
清華大學(xué)能動(dòng)系2025屆博士畢業(yè)生何岳璋為論文第一作者，清華大學(xué)能動(dòng)系教授劉培、李政，普林斯頓大學(xué)教授埃里克·拉爾森（Eric D. Larson）、副教授杰西·詹金斯（Jesse Jenkins）為論文通訊作者。論文共同作者包括普林斯頓大學(xué)副研究員羅弘熙、博士生安娜·李（Anna Li），清華大學(xué)能動(dòng)系2024屆博士畢業(yè)生林園鋮、2023級(jí)博士生王振乾，美國(guó)Carbon Solutions公司研究員卡爾·塔爾斯馬（Carl J. Talsma），清華大學(xué)低碳能源實(shí)驗(yàn)室助理研究員方宇娟。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1039/D5EE07379K
供稿：能動(dòng)系
編輯：李華山
審核：郭玲
