化工行业如何实现气候目标

瑞士联邦委员会决定该国到 2050 年实现碳中和。许多其他国家的政府也在追求类似的目标。就汽车交通和整个电力部门而言，这可能具有挑战性，但并非不可能——例如，系统电气化和碳中和能源的独家使用。

对于化学工业来说，这种转变将更加困难。虽然对于许多其他工业部门而言，主要关注的问题之一是其能源效率，但化学工业也必须解决原材料问题。“聚合物、塑料、合成纺织纤维和药物都含有碳。它必须来自某个地方，”苏黎世联邦理工学院工艺工程教授 Marco Mazzotti 解释说。就目前情况而言，这些碳的绝大部分来自石油和天然气。在生产过程中，当化学产品在其使用寿命结束时燃烧或分解时，它们会释放 CO2。

使用具体数字和甲醇生产作为案例研究，苏黎世联邦理工学院和乌得勒支大学的 Mazzotti 及其同事现在系统地比较了旨在将化学工业的 CO2净排放量减少到零的各种方法。新研究的主要结论是，在化学工业中实现 CO2净零排放的目标实际上是可以实现的。然而，该研究为实现这一目标而研究的所有方法都有优点和缺点，它们在世界不同地区的表现各不相同。此外，所有这三个概念都比当前的生产方法需要更多的能源(以电力的形式)。

捕获 CO2或使用生物质

一种方法包括继续使用化石资源作为原材料，但系统地捕获 CO2排放并使用称为碳捕获和储存 (CCS) 的过程将其封存到地下。这里最大的优势是不需要改变今天的工业生产过程。然而，储存地点必须适合其地质条件，例如提供含有盐水的深层沉积层。这样的网站在世界各地都找不到。

另一种方法是让工业使用来自 CO2的碳预先从空气或工业废气中捕获。这个过程称为碳捕获和利用 (CCU)。化学产品所需的氢气将通过电力从水中获得。该方法将涉及对化学生产过程进行重大改革并重建大部分工业基础设施。此外，它需要非常大量的电力——是 CCS 的六到十倍。“这种方法只能在具有碳中和电力组合的国家推荐，”Mazzotti 解释说，并继续说道：“我们清楚地表明，使用大量来自煤炭或燃气发电站的电力实际上会更糟糕气候比目前基于化石燃料的生产方法。”

最后一种选择是使用生物质(木材、糖厂、油厂)作为化学工业的原材料。尽管这种方法比其他方法需要更少的电力，但它需要非常密集的土地使用来种植农作物——比其他方法需要的土地多 40-240 倍。

飞行的未来

Mazzotti 和他的合著者的研究基于甲醇的生产，这与生产燃料的过程相似。因此，他们的工作也为有关未来飞机燃料的讨论提供了信息，正如 Mazzotti 指出的那样：“我们一次又一次地听到，甚至从专家那里，航空业实现碳中和的唯一方法就是使用合成燃料，”他说.“但那不是真的。”生产合成燃料是一个非常耗能的过程。如果将煤炭或燃气发电站的电力用于此目的，合成燃料的碳足迹将比化石燃料更大。研究表明，合成燃料至少有两种可行的替代品：如果 CO2飞机排放的气体被捕获并隔离在其他地方，或者燃料可以从生物质中获得。

该研究项目由瑞士能源研究能力中心 - 工业过程效率 (SCCER-EIP) 和瑞士联邦能源办公室资助。