目前，世界各國正在積極推行氣候中和或碳中和，推動了可再生能源的快速發展；但可再生電力存在時空分布不均的問題，將可再生電力進行化學儲存，以可再生能源載體形式運輸至能源需求高的地區或國家，利于實現可再生資源的再分配；因此，可再生能源載體的海上供應鏈是全球產業從化石燃料向可再生能源全面轉型的關鍵。

液氫、氨、甲醇和液態甲烷被認為是有前景的能源載體，將在未來的海運場景中取代部分液化天然氣。但目前研究中針對四種可再生能源載體整個供應鏈的系統評估較少。能量分析是評估和改善綜合能源系統性能的重要方法，其直接反應技術發展水平，也會影響能源系統的生命周期排放和經濟性；然而，目前對四種可再生能源載體的能源效率評估多關注于供應鏈的某些子過程，如生產階段中的電解制氫、電力制甲烷等，儲運過程研究不足；其次，不同可再生能源載體海上供應鏈之間的對比分析鮮有報道。

基于此，華中科技大學陳漢平教授團隊在《Carbon Capture Science & Technology》發表研究文章——“A comparative study on energy efficiency of the maritime supply chains for liquefied hydrogen, ammonia, methanol and natural gas”對該問題進行了探討，楊海平教授為通訊作者，宋倩倩（研究生）為第一作者。該文首先采用Aspen Hysys模擬和熱力學計算模型對供應鏈系統各個子過程進行了能量分析，并研究了蒸發氣體回收對四種能源載體海運供應鏈能源效率的影響，進一步對環境溫度、運輸距離、船舶尺寸等參數進行了敏感性分析。文章主要內容包括：

1.  四種能源載體海運供應鏈系統的物質與能量流動

建立了四種可再生能源載體海上供應鏈系統模型，分為液態能源載體生產階段（包含生產和液化）和能源載體儲運階段（包括港口儲存、裝載、船運、卸載），進一步對可再生能源載體生產和儲運過程的物質和能量流動進行了建模和計算分析。結果表明，四種能源載體由可再生能源生產時，氨、甲醇、液氫和液態甲烷供應鏈的能量效率達到97.37%、98.02%、89.10%和96.23%。供應鏈的能源效率取決于貨物裝卸過程中蒸發氣體的產生，氨、甲醇、液氫和液態甲烷供應鏈的總蒸發氣體分別為0.0467、0、2.3660%和0.4129%。蒸發氣體回收可將氨，甲醇，液氫和液態甲烷的能量效率分別提高0.29%、0、4.88%和2.10%，縮小了液氫與其他三種能源載體間的能源效率差距。

圖 1. 能源載體海運供應鏈的能量和質量流動。（a）氨、（b）甲醇、（c）液氫和（d）液態甲烷。

2.     儲運過程中不同參數對能源效率的影響

對能源效率進行了敏感性分析，選擇的參數是環境溫度（15-45 °C），陸上儲存時間（3-30天），裝卸管道長度（10-90天），航行時間（3-30天）和船舶尺寸（30000-50000m³)。結果表明：環境溫度、港口的儲存時間、運輸距離等參數增加時，能源載體供應鏈的能效會降低，而當船舶尺寸增加時，能效會增加。這些參數對液氫的影響最大，其次是液態甲烷、氨和甲醇。當蒸發氣體被回收時，這種影響會減弱，特別是液氫和液態甲烷。氨和甲醇在海運供應鏈中的能量損失遠低于液氫和液態甲烷，從能源效率的角度表明，氨和甲醇有可能取代液化天然氣成為未來的能源載體，液氫需要高效的蒸發氣體回收系統來提高競爭力。

圖3. 船舶尺寸的影響。

文章轉自微信公眾號《低碳技術與有機廢棄物處理》