零碳及低碳燃料内燃机应用进展分析

随着“碳达峰,碳中和”目标稳步推进,世界各国对内燃机碳排放标准越来越严苛,如何突破常规化石燃料带来的高碳排放问题,对于未来交通发展尤为重要。目前,采用氢、氨、甲醇等零碳及低碳燃料替代传统化石燃料是必然的选择,零碳及低碳内燃机是现在和未来的研发热点。为助力零碳及低碳内燃机快速发展,阐述了氢、氨、甲醇、乙醇以及天然气等燃料的物化特性,同时分析它们在内燃机中最新应用进展,并对其未来发展所面临的问题给出相应参考建议。

固体氧化物燃料电池新型阳极燃料的研究进展

为了解决传统的氢气、一氧化碳等工业制气作为固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)阳极燃料时,其在制备、存储、使用安全性等方面的问题,探究新型阳极燃料的研究及应用,以期在保证电池性能的同时实现SOFC的低碳甚至零碳排放.对当前有关SOFC新型阳极燃料的研究现状进行了调研总结,概述了SOFC的基本原理,阐明了国内外能源结构的影响.调研了低碳/零碳燃料在SOFC研究中的应用情况,包括甲烷等低碳烷烃、氨、生物质燃料、含碳类固体燃料等.在此基础上对阳极低碳/零碳燃料下SOFC联合动力系统的研究进行了概括总结,并指出了SOFC的发展方向.

船用中高速机低碳零碳技术发展现状及展望

介绍国内外船舶排放法规,指出作为传统船舶动力的中高速柴油机须进行技术优化以逐步实现碳减排,满足排放法规以及能源政策的要求。分别以天然气和甲醇为例介绍低碳燃料在船用中高速机中的应用,以氢气和氨气为例介绍零碳燃料在船用中高速机中的应用。在此基础上预测未来船用中高速机用燃料的发展。

氨燃料汽车发动机燃烧技术研究进展

为缓解全球气候变暖,可考虑在汽车发动机上燃烧零碳氨燃料以减少碳排放。但由于氨(NH3)的燃点高、最小点火能量高以及燃烧缓慢等劣势,需要借助氢气(H2)作为助燃剂,帮助改善氨燃料发动机的燃料燃烧过程。针对国内外相关文献进行综述,总结了氨氢双燃料发动机掺混燃烧调控方法的研究进展,并分析了氨催化分解制氢与氨燃料发动机耦合的研究现状,发现采用氨燃料在线重整制氢可以避免采用双燃料供给系统。研究结果表明,氢气助燃能提高氨燃料发动机的燃烧速度,降低NOx的排放量。对于氨燃料发动机依旧存在的动力性能下降和未燃氨气排放等问题,仍需在今后的研究中探索解决。

零碳/低碳燃料固体氧化物燃料电池-发动机联合动力系统热力学分析

为响应能源动力领域低碳节能的战略需求,促进固体氧化物燃料电池(SOFC)商业化应用,设计了一种SOFC-发动机联合动力系统,以NH_(3)、H_(2)、天然气为燃料,并结合尾气余热梯级利用技术。首先建立并验证了系统的数学模型,然后对系统模型进行了热力学分析,探究了不同零碳燃料、低碳燃料应用时关键参数对系统性能的影响。结果表明:燃料流率增大时系统效率无明显变化,H_(2)作燃料时SOFC与发动机子模块效率最佳,但使用NH3系统总效率最高,可达81.96%;当量比保持在1时可使系统整体效率达到最优;蒸汽燃料比从0.8降低到0.2时系统总效率随之升高,但其过低也会导致系统经济性变差;理想条件下,该系统应用在动力机械装置中时,考虑到SOFC装置与发动机模块的耦合性,SOFC工作温度维持在600℃~650℃为宜。

氨能应用现状与前景展望

氨能具有对化石能源的替代潜力且与可再生能源关系密切,推广应用氨能对我国能源未来发展具有重要价值。本文从氨的储能属性、燃料属性以及产业基础条件的角度分析了发展氨能的战略意义,从氨内燃机、氨燃气轮机、燃氨锅炉、氨-氢燃料电池4个方面梳理了氨能应用现状,总结了合成氨产业现状、氨能产业发展趋势、氨能产业国内外发展规划等产业建设及研究进展。展望我国氨能产业发展,可分阶段稳步推进:加强新型绿氨合成技术攻关,完善法律法规和碳市场机制,实施绿氨示范项目;形成具有自主知识产权的氨能技术体系,构建低成本氨能供应链、高效率氨能利用链,开展规模化应用推广;按照“绿色制氨-经济运氨-零碳用氨”的绿色循环经济路线,重塑氨能产业结构,支持“双碳”战略目标。

预混氢/氨对船用发动机燃烧和排放性能的影响

为了减少内燃机领域的碳排放,降低全球变暖的速度,从柴油机的功率、燃烧和排放性能等方面考察预混氢/氨燃料在高压共轨船用柴油机上应用的可行性。结果表明:随着预混氢/氨混合燃料中氨燃料比例的增加,柴油机的缸内压力峰值和缸内温度峰值升高,但柴油机的功率下降明显。氨燃料的燃烧特性较差,当氨的比例大于60%后,柴油机功率下降更为明显。使用预混氢/氨混合燃料燃烧模式后,柴油机CO_(2)排放大幅降低。当掺氨比例较小时,soot和NO_(x)排放波动较小,CO和N_(2)O排放逐渐升高;当掺氨比例大于50%时,CO、soot、N_(2)O和NO_(x)排放大幅降低。综合考虑柴油机的整体性能,H30/A70被选为最佳的氢/氨混合比例。研究结果可为内燃机减碳提供方向。

基于“Fit for 55”草案的大型集装箱船营运碳排放分析

欧盟委员会提出了“Fit for 55”草案,以市场机制的措施应对欧盟区内航运业的减排目标。为评估今后船舶在欧盟区内需要缴纳的碳税及罚金,该文讨论了欧盟税费的组成及影响因素,提出3种降低欧盟税费的措施,并以大型集装箱船为研究对象,分别对3种措施进行了对比分析。研究表明:使用低碳或零碳燃料是未来降低碳排放的趋势。

氨能源技术的开发及前景展望

介绍了当前氨在储氢、直接燃烧与燃料电池等领域的应用,详细总结了氨裂解制氢催化剂的研发、相关反应器设计、氨-氢/甲烷共混燃烧技术以及几种重要的燃料电池等方面的研究进展,并分析了其在经济、环境、技术等方面的先进性,指出了氨能在未来新能源领域的挑战和机遇。

H_(2)掺混比例对NH_(3)自燃温度影响的数值模拟

氨-氢融合是提高NH_(3)活化氛围解决车用氨燃料着火难、可燃域窄和燃烧速度慢的有效途径。为了揭示掺氢比例对氨自着火温度的影响规律及作用机制,采用Chenkin化学动力学软件计算了氨氢混合物(H_(2)/NH_(3)=0~100%)在初始压力1~50 bar,当量比0.5、1和2时的自燃温度。结果发现:当掺氢比例低于30%时,可明显降低氨氢混合物的自燃温度。初始压力升高,对氨氢混合物着火起促进作用,但随着氢气掺混比例增加这种促进作用被不断弱化。当氨气比例较高时,链分支反应:NH_(2)+NO=NNH+OH是主要促进着火的反应,但随着氢气比例升高被第三体链分支反应:H_(2)O_(2)(+M)=OH+OH(M)替代。

碳中和:中国能走多快?

中国明确提出2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标,为倒逼经济高质量发展提供了抓手,也展现了大国责任担当,有助于提振全球应对气候变化的信心。中国是全球CO2排放量最多的国家,但作为"品质提升型"的新兴经济体,人口规模稳中趋降。从各国碳排放历史轨迹来看,发达国家碳排放已进入下降通道,但平台期长;后发国家可以削峰发展,加速达峰,缩短高位平台期,实现非对称去碳。碳中和的挑战十分艰巨,先发国家零碳之路还比较漫长,后发国家亦无捷径。尽管如此,碳中和已成为发达国家甚至一些发展中国家的共同目标。对于中国而言,受以煤炭为主的能源结构和消费升级的影响,碳达峰可期,但碳中和尚需更大努力。因此,需要从零碳能源、零碳模式、供给侧、需求侧以及发展格局等层面设计碳中和的实现路径,开发风能、太阳能、生物质能、水能等零碳能源,加速清零化石能源;探索建立多赢繁荣与自给自足并举的零碳经济模式;发展零碳产业,开发零碳产品和零碳消费品;引导低碳零碳生活方式;打造区域协同、能源互补、空间均衡的零碳格局;规避一些诸如"控制能源消费总量就是减碳""清洁煤技术无污染""碳市场是碳的市场""碳中和必须要大干快上碳捕集封存技术""绿色植物碳汇潜力巨大"等误区,咬定减碳去碳,一路前行。

我国水路交通与能源融合发展路径探析

能源是人类社会生存和发展的重要物质基础,水路交通作为交通运输行业的重要组成部分是能源消耗与温室气体排放的重点领域之一,因此水路交通与能源融合发展成为应对资源紧缺、气候变化、环境污染等严峻挑战的有力举措。本文梳理了包括船舶、港口在内的我国当前水路交通用能特征形式,从供给、质量、利用模式的角度评估了相关主体的能源需求演化趋势;开展了水路交通与能源融合发展的技术性评估,涵盖自然禀赋分析、基础设施资产能源化应用潜力、用能需求研判,并据此提出了我国水路交通与能源融合的发展原则、思路与路径。本文从政策、关键技术、人才培养等层面提出了推动我国水路交通与能源融合的发展建议,以期为领域交叉研究、水路交通行业高质量发展提供基础参考。

国际航运业碳减排和船舶燃料转型趋势

国际航运业是全球碳减排的先行行业,在国际海事组织的碳减排战略、欧盟为代表的区域性市场机制措施以及"零排放联盟"的行动共同影响下,船舶燃料供应未来将与石油储备脱钩,以可再生电力生产的合成燃料——氢和氨将扮演重要角色.液化天然气是低碳燃料,将其作为过渡船舶燃料面临多方面的挑战.包括生物燃料、氢、氨以及合成的碳基燃料等候选清洁能源中,氨和氢最有优势.未来零碳船舶燃料所需投资主要是在能源和燃料生产的上游部门.欧洲国家、日本、韩国的一些企业和机构积极开展零碳船舶、零碳燃料的研发.亚洲是最重要的零碳燃料市场,高收入国家将成为零碳船舶燃料的生产大国,更多国家有机会参与船舶燃料市场.建议中国创建扶持性环境,补短板,重视氨和氢燃料开发,尤其要重视零碳船舶的研发,争取在零碳燃料的标准、供应、定价和时间安排上领跑,把握成为国际零碳船舶燃料供应中心的机遇.

碳中和目标下氨燃料的机遇、挑战及应用前景

全球低碳转型背景下,氢、氨等新兴低碳技术受到广泛关注,被认为是应对气候变化的远期技术选择之一。为深入分析“双碳”战略目标下氨燃料发展的机遇、挑战和前景,梳理了氨燃料的自身特性,论述了其作为零碳燃料的优势机遇及问题挑战,分析了部分国家发展氨产业的经验和启示。研究认为氨燃料是碳中和背景下的重要零碳能源之一,在工业、电力、交通等领域都有广泛应用前景。建议我国结合全球“氨经济”发展步伐,强化氨基低碳技术创新攻关,适时布局“绿氨”产业,推动氨燃料试点示范及推广应用。

新型节能CO_2零排放工艺——化学循环燃烧技术

介绍了一种新型节能CO2零排放工艺——化学循环燃烧技术中几个热点研究问题,包括热力学分析、氧载体及反应器的设计与选用,探讨了化学循环燃烧技术在我国乃至国际清洁煤燃烧领域的发展前景。还对由化学循环概念发展而来的化学循环重整过程以及水分解制氢过程做了简要的概述,最后展望了化学循环燃烧技术的研究发展趋势。

固体氧化物燃料电池系统零排放新思路研究(英文)

提出了固体氧化物燃料电池零排放新思路设计,该设计具有高发电效率、温室气体零排放、回收利用二氧化碳以及使用环境友好的可再生循环二氧化碳吸收材料等优点。此外,还介绍了电池构件材料以及二氧化碳吸收材料的制备,最后测试了材料的二氧化碳吸附性能。结果表明最大体积吸收比可高达993倍,最佳吸收温度为700 ℃,同时可实现在800℃以上2 h内将所吸附的二氧化碳完全解析。

船运业应用替代燃料实现碳减排的实践及思考

面对国际海事组织2030年和2050年船运碳排放强度比2008年分别降低40%和70%的目标,船运业已开展液化天然气等低碳燃料规模化应用,并进行生物燃料等碳中和燃料和氢、氨等零碳燃料的技术研究和应用示范。目前各种路径仍面临诸多问题和挑战,船运业尚未达成最终共识。对此,中国能源、造船和船运等行业应提前谋划应对,结合中国国情和发展实际制定顶层规划和支持政策,围绕"卡脖子"和核心关键技术开展攻关研究,加速智能化技术开发与应用,拓展国际化经营,开展国际合作,参与国际规则制定,跟踪船舶碳捕集封存等技术发展。

氨燃料在大型油船上的应用前景

文章从氨的特性入手,介绍了氨燃料系统的主要组成,分析了氨燃料的优势和面临的挑战,以及在船舶上应用的现状和发展前景。并以某大型油轮为例提出氨燃料储存舱的型式和容积的选取、以及储存舱和主要设备的布置方法,为氨燃料在船舶上的应用提供了示范作用。

低浓度酸对糖类物质的碳化现象研究

能源是经济与社会发展的基本动力,随着全球经济发展以及世界人口的增长,能源与环境的危机也日渐凸显。所以开发可再生能源成为减碳和实现社会可持续发展的必然选择。目前,生物质因具有CO2零排放不会造成温室效应的特点,被公认是一种优质的燃料。但是生物质同时具有含氧量高和含碳量少的特点,而碳含量对于生物质燃烧在释放能量方面具有积极的作用,氧含量则起到负面作用。所以生物质也存在不抗烧,热值低等缺点。本实验的目的是找到一种可以提高生物质碳含量和降低氧含量的方法。糖类物质是生物质的重要组成部分,本工作采用了不同浓度的盐酸、硫酸和高氯酸分别与糖类物质在常温常压条件下进行碳化反应。并通过X射线光电子能谱(XPS)、元素分析和显微红外分析等方法对碳化残余物质进行表征,结果发现样品的碳含量都有了明显的增加并且伴随着氧含量的下降。同时,通过滴定的方法发现各种酸都有少量的消耗,可以用于循环利用,减少酸污染。值得提出的是,本实验所有的反应都是在常温常压零能耗的条件下进行的,这大大减少了其他能源的消耗,减少环境危机。所以本研究为可能改善生物质燃料燃烧的特性,降低能源利用带来的环境污染和产生更高能量密度能源物质提供了新的机会。

以CO_2作为可再生能源储存介质的零碳排放电厂过程模拟

利用可再生能源将CO_2和H2O转化为液体燃料可应用于零碳排放电厂,形成"可再生能源+CO_2+H2O→液体燃料→电力+CO_2+H2O"的循环利用模式。CO_2和H2O的转化主要有3条路径:CO+H2、CO_2+H2以及CO_2+H2O,其中CO和H2来自CO_2和H2O的电解,液体产物为甲醇。为研究3条转化路径以及零碳排放电厂,利用Aspen Plus进行建模并做热力学分析。结果表明若CO_2的转化率高于42%时,电催化转化CO_2和H2O为合成甲醇的最佳路径;若CO_2的转化率低于42%时,则CO_2和CO的催化加氢同为最优路径。零碳排放电厂CO_2的排放降低到62.5 kg/M W,仅占超临界燃煤机组排放量的7.29%。