东方时讯网根据国际能源署的数据，化学工业是世界上最大的工业能源消耗者和第三大工业排放源。2019年，整个工业部门排放的温室气体占全球排放量的24%。然而，随着世界竞相寻找脱碳途径，化学工业基本上没有受到影响。
“在气候行动和处理来自化学部门的排放方面，进展缓慢部分是技术性的，部分是由于决策者对过度影响该部门的经济竞争力犹豫不决，”Dharik说Mallapragada，麻省理工学院能源计划的首席研究科学家。
我们在日常生活中接触到的许多物品——从肥皂到小苏打再到化肥——都来自化学工业产品，该行业已成为包括美国在内的许多国家经济活动和就业的主要来源和中国。但随着全球对化学产品的需求持续增长，该行业的排放量也在增加。
需要开发和部署新的可持续化学生产方法，需要重新考虑当前的排放密集型化学生产技术，敦促焦耳发表的一篇新论文的作者。来自多机构研究计划DC-MUSE的研究人员认为，由低碳能源驱动的电气化应该被更广泛地视为化学工业可行的脱碳途径。在本文中，他们阐明了实现这一目标的不同潜在方法。
DC-MUSE成员Mallapragada说：“一般来说，人们认为电气化可以在这个领域发挥作用——在非常狭义的意义上——因为它可以通过提供燃烧所提供的热量来取代化石燃料燃烧。”.“我们争论的是，电气化可能远不止于此。”
研究人员概述了四种技术途径——从更成熟、近期的选择到需要研究投资的技术不太成熟的选择——并介绍了与每一种相关的机遇和挑战。
前两条途径直接用电力或电化学产生的氢气代替化石燃料产生的热量(这促进了化学生产中固有的反应)。研究人员建议，这两种选择现在都可以部署，并有可能用于改造现有设施。电解氢也被强调为取代化石燃料生产的氢(一种排放二氧化碳的过程)作为关键化学原料的机会。2020年，化石氢几乎满足了化学和炼油行业的所有氢气需求(90兆吨)——氢气的最大消费者。
研究人员指出，提高电力在化工行业脱碳中的作用将直接影响电网的脱碳。他们强调，要成功实施这些技术，他们的运营必须以互惠互利的方式与电网协调，以避免电网负担过重。Mallapragada说：“如果我们要认真对待该行业的脱碳并为此依赖电力，我们就必须在使用电力方面发挥创造性。”“否则，我们冒着解决了一个问题的风险，同时在这个过程中为电网制造了一个巨大的问题。”
电气化过程有可能比传统的化石燃料驱动过程更加灵活。这可以通过允许生产商将电力消耗转移到电力成本较低的时间来降低化学生产成本。“在电网压力大的情况下，过程灵活性特别有影响力，可以帮助更好地适应可再生能源发电，这些资源是间歇性的，而且通常与日常电网周期的相关性很差，”约翰霍普金斯拉尔夫O'的副研究教授YuryDvorkin说。康纳可持续能源研究所。“这对潜在的采用者是有益的，因为它可以帮助他们避免在高电价时期耗电。”
Dvorkin补充说，一些中间能源载体，如氢，有可能被用作日常操作的高效储能和长期储能。这将有助于在传统和可再生发电机可能无法使用的极端事件期间支持电网。
他说：“长期存储的应用特别令人感兴趣，因为这是低排放社会的关键推动因素，但在抽水蓄能机组之外并未普及。”“然而，正如我们设想的电气化化学品制造，重要的是要确保所供应的电力来自低排放发电机，以防止排放物从化学品泄漏到电力部门。”
接下来介绍的两种途径——利用电化学和等离子体——在技术上不太成熟，但有可能取代目前行业中使用的能源和碳密集型热化学工艺。通过采用电化学过程或等离子体驱动的反应，化学转化可以在较低的温度和压力下发生，从而有可能提高效率。
“这些反应途径还有可能实现更灵活、对电网响应更快的工厂，并部署利用分布式化学原料(如生物质废物)的模块化制造工厂——进一步提高化学制造的可持续性，”该中心主任MiguelModestino说。纽约大学Tandon工程学院的可持续工程倡议。
化学制造深度脱碳的一大障碍与其复杂、多产品的性质有关。但是，根据研究人员的说法，这些电力驱动的途径中的每一个都支持化学工业脱碳以进行各种原料选择和报废处置决策。每一项都应在全面的技术经济和环境生命周期评估中进行评估，以权衡取舍并建立合适的成本和绩效指标。
无论选择何种途径，研究人员都强调需要积极研究、开发和部署这些技术。他们还强调了与技术开发同步进行的劳动力培训和发展的重要性。正如DC-MUSE的主管安德烈·泰勒所解释的那样，“业界对这些技术的电气化和采用持合理的怀疑态度，因为它涉及以新的方式处理化学品。”该行业不同级别的员工不一定接触过与电网、电化学或等离子体相关的想法。研究人员表示，各级劳动力培训将有助于增强对这些不同解决方案的信心，并支持客户驱动的行业采用。
“没有灵丹妙药，这是所有气候变化解决方案的标准路线，”Mallapragada说。“每个选项都有优点和缺点，以及独特的优势。但是了解可以使用电力的选项组合可以让我们有更好的成功机会和减少排放——并以支持的方式这样做电网脱碳。”