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美国能源部对19个清洁氢研究奖励3400万美元

来源:新能源网 china-nengyuan.com 403 2023-08-22

  颗粒在线讯:美国能源部(DOE)今天宣布向19个工业和大学主导的研究项目提供近3400万美元的资助,这些项目将推进尖端技术解决方案,使清洁氢成为发电、工业脱碳和交通运输中更容易获得和负担得起的燃料。清洁氢发电将有助于实现政府的目标,即到2035年实现美国电力行业零碳排放,到2050年实现净零排放经济。

  “清洁氢是我们削减排放和为可持续清洁能源的未来打造无碳之路的最通用工具之一,” 美国能源部长詹妮弗·m·格兰霍姆说道。“通过今天的公告,能源部正在支持清洁氢技术的持续发展,使其生产成本更低,更容易部署,同时在此过程中创造高薪就业机会。”

  氢是一种清洁燃料,可以在燃料电池或燃气轮机中使用,只需要水和热作为副产品就可以发电。清洁氢可以通过风能、太阳能、地热和核能产生的零排放电力,以及通过碳捕获和储存对不泄漏的天然气和可持续来源的生物质进行转化来生产。然而,目前美国生产的大约1000万吨氢气中有95%以上来自天然气,没有捕获和地质储存二氧化碳,这导致了大量的排放。这就是为什么推进清洁氢生产对帮助应对气候变化非常重要。

  美国能源部的国家能源技术实验室(NETL)隶属于美国能源部化石能源和碳管理办公室(FECM),将管理选定的项目。项目将集中于:

  开发有助于以更低成本和更少能源生产清洁氢的技术;探索利用生物质、石油和天然气开发和生产的废水以及其他废物生产氢的方法;在全国范围内扩大安全高效的氢运输和储存选择。

  所有19个资助项目清单:

  1、北卡罗莱纳州立大学(Raleigh,North Carolina)计划开发一种基于氧化还原的、激进设计的模块化空气分离装置(REM-ASU),与最先进的空气分离技术相比,该装置显著降低了资金成本和氧气产生的能耗。该团队建议:(1)开发先进的抗蒸汽吸氧剂,其氧容量大于2 wt.%,活性高,无需真空解吸步骤即可高效产氧;(2)在每天20千克的测试台上演示REM-ASU系统,以验证吸附剂的稳健性和工艺性能;(3)设计与5-10MW模块化生物质气化炉集成的REM-ASU,与传统的ASUs相比,其产氧量大于98%,能耗大于35%,成本降低。

  美国能源部资助:1,249,960美元,非美国能源部资助:313,051美元,资助总额:1,563,011美元

  2、具有创纪录空气分离性能的分子筛膜的优化和放大- Osmoses公司(Cambridge,Massachusetts)计划开发一种新型膜系统,该系统由Osmoses公司专有的聚合物组成,可以从空气中产生富氧,并集成到模块化气化系统中,以实现低成本制氢。除了帮助国家实现雄心勃勃的碳中和目标外,拟议技术的开发和实施还有助于降低氢气生产的成本和排放,减轻气候变化的影响,同时创造新的就业机会,振兴经济。通过解决严重影响弱势社区的全球挑战,该项目可以对这些社区产生积极影响。

  美国能源部资助:1,249,9997美元,非美国能源部资助:312,516美元,资助总额:1,562,513美元

  3、用于模块化生物质转化为氢的氧气集成单元——帕洛阿尔托研究中心公司(Palo Alto,California)与SIMACRO和PCI气体公司合作,打算开发一种快速、高容量的可逆吸附剂,使模块化生物质转化为氢的氧气集成单元成为可能。如果成功,该项目将展示小型模块化ASU从当地生物质中生产清洁、无碳能源的潜力,为社区提供卡车或管道运输氢气的替代方案。这一成功还将为燃料多样化和能源弹性提供一条途径,并为农村和历史上处于不利地位的社区带来清洁能源经济和就业机会。

  美国能源部资助:1,249,999美元,非美国能源部资助:312,500美元,资助总额:1,562,499美元

  4、电化学介导的空气分离模块——雷神技术研究中心(East Hartford,Connecticut)与麻省理工学院、加州大学欧文分校和加州大学戴维斯分校合作,计划研究、开发和演示一种经济高效、节能、清洁和可扩展的从空气中分离氧气的工艺,该工艺依赖于可溶性氧化还原物质捕获氧气并将其释放到纯度大于99%的气体中氧气流。该项目将定义候选电化学活性氧捕获分子的关键性能指标,根据这些指标对大约106种过渡金属复合物进行计算评估,提供材料子集的基本实验数据,在至少一种材料集上生成概念验证子规模反应器数据,提供适合扩大规模的设计概念,并进行技术经济分析,以评估该技术的现状和潜力,以转变传统的空分方法。

  美国能源部资助:1,249,958美元,非美国能源部资助:312,490美元,资助总额:1,562,448美元

  5、具有分层化学和结构的碳分子筛膜用于O2/N2分离——纽约州立大学代表布法罗大学(Amherst,New York)打算开发具有分层化学和结构的碳分子筛中空纤维复合膜,用于从空气中制氧,实现从生物质或废物中低成本的模块化制氢。该团队打算解决推进模块化空气分离的需求,以支持模块化气化制氢。如果开发成功,该技术将以比低温空气分离更低的成本小规模生产氧气,并有利于小型模块化能源系统。这也将推动二氧化碳排放量的减少,刺激经济增长和国内就业机会的创造。

  美国能源部资助:125万美元,非美国能源部资助:50万美元,资助总额:175万美元

  6、Susteon公司(北卡罗来纳州Cary)计划开发一种从空气中生产高纯度氧气的工艺,其成本明显低于最先进的商业技术。所提出的工艺技术可以生产纯度大于95%的氧气,每吨氧气的功耗低于230KWh——仅使用11.5MWh就可以产生50吨氧气。该团队计划展示每天10公斤的连续氧气生产;放大纤维吸附材料用于快速变压吸附模块的制造;完成100小时以上的工艺循环测试,包括轻度压力吸附和轻度真空再生,以证明低能量需求的多循环稳定性。此外,获奖者打算进行高保真技术经济分析和生命周期分析,以制定技术商业化计划,这将涉及获得相关生物质气化的高纯度氧气的准确价格估计。

  美国能源部资助:1,250,000美元,非美国能源部资助:312,500美元,资助总额:1,562,500美元

  7、通过模块化气化生产低成本氢气的先进空气分离装置(ASU)——TDA研究公司(Wheat Ridge,Colorado)打算开发一种模块化、基于吸附剂的氧气生产空气分离装置(ASU),以支持从生物质或垃圾气化生产低成本氢气。该团队打算展示高纯度(体积比大于98%,体积比优于99.5%)的氧气生成过程,该过程比基于低温的ASU更紧凑、更经济、更高效。新的制氧系统的规模将支持5-50MW的气化系统(30-300吨/天的氧气流量),用于零碳制氢。与商业/传统的基于低温蒸馏的制氧技术相比,基于吸收体的模块化系统可以显著降低资金和运营成本。

  美国能源部资助:1,250,000美元,非美国能源部资助:312,500美元,资助总额:1,562,500美元

  兴趣领域14a -甲烷热解/分解,原位转化,或循环化学环重整

  8、固定床化学循环反应器用于天然气制氢和二氧化碳捕集的实验规模测试和开发——俄亥俄州立大学(Columbus,Ohio)与Babcock和Wilcox合作,计划开发一种固定床化学循环工艺,利用铁基混合金属氧化物复合材料(MMOC)原位捕集二氧化碳,从天然气中制氢,其总体目标是验证和扩大基于MMOC的固定床制氢技术并分析其技术经济影响。固定床化学循环系统被设计为在三种反应模式下运行,可以同时发生连续制氢:通过减少MMOC利用天然气,蒸汽氧化和空气再生。

  美国能源部资助:1,499,238美元,非美国能源部资助:375,000美元,资助总额:1,874,238美元

  9、麻省理工学院(Cambridge,Massachusetts)的研究人员打算采用一种新的甲烷热解方法来生产低成本的氢气,而不产生二氧化碳作为副产品。该方法利用了一项关键的技术创新:能够在高于1400°C的温度下泵送和容纳液态金属,如液态锡。由于锡对碳和氢都是惰性的,它可以用作不需要催化剂的高温泡柱反应器中的传热流体,因为它可以在足够高的温度下运行,以确保完全转化(即大约1400°C)。液态锡可用于促进固体碳副产品的连续去除,并可用于促进创新的热回收技术,使整个过程节能。

  美国能源部资助:1,500,000美元,非美国能源部资助:375,048美元,资助总额:1,875,048美元

  10、利用结构材料从天然气中热催化联合生产氢和高价值碳产品——Susteon公司(位于北卡罗来纳州凯里)与斯坦福大学和莱斯大学合作,打算开发并演示一种新型的热催化甲烷热解工艺,该工艺利用结构催化剂生产高价值的碳和氢。结构催化剂由支撑的活性金属组成,并提供利用低碳可再生电力提供甲烷热解所需的吸热的能力。目前已经进行了大量的实验工作,以确定一种催化剂组成和工艺设计,能够在850℃以下的温度下实现超过90%的甲烷单次转化为氢气,从而显著降低下游净化成本。该过程同时生产出高质量的碳,主要是碳纳米管,它将碳作为固体隔离,避免气体排放,并创造出高价值、可销售的产品。该工艺能够有效分离固体碳颗粒,这是甲烷热解的一个关键挑战,并且可以显著抵消制氢的成本。

  美国能源部资助:1,500,000美元,非美国能源部资助:375,000美元,资助总额:1,875,000美元

  11、加州大学洛杉矶分校(UCLA)与西南太阳能技术有限责任公司和SolGrapH公司合作,计划推进UCLA研究人员发现的一项新技术,该技术利用集中的太阳能将甲烷转化为绿色氢和高价值的固体碳。该过程将天然气衍生的碳转化为稳定的石墨碳,可用于生产电池或其他高价值的终端产品,而不是将二氧化碳排放到大气中。这是第一个通过捕获通常释放的碳并将其隔离成可再生能源生态系统中使用的有价值的商品,从而实现零二氧化碳排放的过程。该团队将进行一系列规模放大实验,以在40-50KW的代表性太阳能环境中实现高产量的氢和石墨碳,每天生产超过5公斤的氢。加州大学洛杉矶分校的团队将通过详细的仪器、内部以及第三方验证的结合来量化这些努力的收益和结果。

  美国能源部资助:1,461,772美元,非美国能源部资助:377,848美元,资助总额:1,839,620美元

  兴趣领域14b -产水制氢

  12、Oceanit实验室公司(檀香山,夏威夷)计划开发一种模块化的移动制氢系统,该系统使用等离子体技术提供操作灵活性,将有毒的采出水分离成有价值的最终产品。HALO(利用人工智能电弧等离子体学习操作的氢回收)系统提供了一个模块化和可扩展的解决方案,可以同时实现燃料回收和处理石油和天然气生产中的有毒废水的目标。Oceanit还将应用先进的人工智能来优化制氢过程,利用有毒废水作为燃料为HALO提供动力,从而提高效率并降低运营成本。对于该项目,将设计、制造一个中试规模的HALO系统,并将其集成到一个活性废水处理设施单元中,以测量其性能并确定其他有价值的最终产品。

  美国能源部资助:5,000,000美元,非美国能源部资助:5,000,000美元,资助总额:10,000,000美元

  13、采出水热脱盐和蒸汽甲烷重整(SMR)的集成用于高效制氢——怀俄明大学(Laramie,Wyoming)与合作伙伴洛斯阿拉莫斯国家实验室和工程、采购、建设有限责任公司计划通过将超临界水脱盐和氧化(SCWDO)与蒸汽甲烷重整(SMR)集成,演示利用油气开采过程中产生的水制氢。SCWDO利用热量去除水中的盐、金属和有机分子,然后SMR将这些纯净水与甲烷结合产生氢气。该团队之前已经证明,热密集型SCWDO过程可以耦合到SMR过程的前端。SCWDO和SMR都是热过程,该项目将展示如何将它们大规模集成以节约热能,使现场演示能够以每天约一吨氢气的方式比现有的SMR技术降低15%的成本。

  美国能源部资助:4,997,749美元,非美国能源部资助:4,999,387美元,资助总额:9,997,136美元

  兴趣领域15 -在美国天然气管道系统内实现氢气安全和有效运输的技术

  14、高强度管线钢在含氢混合气体环境中的韧性评估——科罗拉多矿业学院(Golden,Colorado)打算确定微观结构对含氢混合气体环境中钢衬管机械性能鉴定指标的影响。该研究将对具有一系列强度等级的钢(例如,X52到X80钢)进行,以告知这些标准的潜在修改,以便在更高的氢压力下使用更高的强度等级。如果成功,这种改造将大大节省成本,并在保持可靠性的同时增加载氢能力。该项目还可以生成一份关键合金和微观结构特征的排名表,这些特征与管道钢的抗氢脆能力增强有关,其强度水平可与X80管道钢相媲美。

  美国能源部资助:1,500,000美元非美国能源部资助:375,000美元,资助总额:1,875,000美元

  15、在美国天然气管道系统中实现氢气安全和高效运输的技术——西南研究所(San Antonio,Texas)、20家天然气管道运营公司、50家工程和设备制造公司是燃气机械研究委员会(GMRC)的成员,他们计划通过改造和运行现有的往复式压缩机,开发并演示一种混合氢气和天然气的全尺寸压缩系统。这项工作旨在推进多种技术,通过调整和运行闭环压缩设施,使氢气在美国天然气管道系统内的短期安全运输达到20%的氢气比例。如果成功,该项目将通过详细的评估、修改、调试和全尺寸条件下的运行,包括混合撬的设计、建造和集成,以及用于高价值最终用途的氢分离系统的测试,降低氢-天然气混合物的应用和适应风险,从而实现安全、高效的氢-天然气混合物压缩。

  美国能源部资助:1,500,000美元,非美国能源部资助:375,000美元,资助总额:1,875,000美元

  兴趣领域16 -实现大容量、长期地下储氢的基础研究

  16、研究氢气地下储存潜力和技术挑战——GTI能源公司天然气技术研究所(位于伊利诺伊州Des Plaines)打算确定利用俄克拉荷马州大量枯竭的油气储层向无碳能源基础设施过渡的可行性。项目的成功结果将提供:在枯竭的油气储层中进行地下储氢的可行性,以及潜在的可行容量、时间表和操作路径;澄清项目风险、缓解/监测规划、氢源和运输规划;合同和法规要求分析、技术和经济可行性评估以及现场部署计划;以及在以前未实现的地理区域和地质环境中评估商业规模存储的可行性。

  美国能源部资助:140万美元,非美国能源部资助:35万美元,资助总额:175万美元

  17、威利斯顿盆地商业规模地下储氢资源研究——北达科他大学能源与环境研究中心(Grand Forks,North Dakota)计划通过评估威利斯顿盆地北达科他州部分地质综合体中大批量、安全、高采收率地下储氢的潜力,支持未来氢气生产、储存和使用的商业化。该团队计划评估盐层、枯竭油气层和盐层储氢的适宜性;描述和评估长期储氢使用和暴露对地层流体、储氢和围封单元岩石以及井筒材料的影响;并对整个盆地的地质储氢潜力进行评估,包括影响储氢和回收性能的因素。该项目将建立在基础研究的概念验证基础上,以确定威利斯顿盆地地质构造的储氢资源潜力,并通过拟议的评估进行扩展,以支持后续研究阶段的潜在油田规模开发。

  美国能源部资助:1,500,000美元,非美国能源部资助:375,000美元,资助总额:1,875,000美元

  18、二叠纪盆地盐穴储氢:密封完整性评估和现场测试——德克萨斯大学奥斯汀分校(Austin,Texas)打算确定美国主要能源枢纽二叠纪盆地Salado组层状盐储氢洞穴的储氢密封能力。该研究项目将调查在氢存在的情况下盐岩的物理性质,长期暴露于氢对岩石和水泥的影响,以及地球化学和微生物诱导的耦合过程可能改变初始性质的影响。该研究方法结合了先进的实验技术和多相流体流动的数值模拟,以及从孔隙到岩心尺度的地质力学,中尺度垂直非均质特征的地球物理方法,并通过新墨西哥州美国能源部废物隔离中试工厂的注氢井和监测井进行了全面测试。

  美国能源部资助:1,483,488美元,非美国能源部资助:370,873美元,资助总额:1,854,361美元

  19、阿巴拉契亚枯竭气田地下储氢评估——弗吉尼亚理工学院和州立大学(Blacksburg,Virginia)计划在阿巴拉契亚枯竭气田(包括Berea、Big Lime和裂缝Marcellus)建立地下储氢潜力。枯竭气田的地下储氢将提供大容量的储氢能力,而不需要大规模的地面储氢基础设施。这样的操作将使清洁能源成为可能,特别是在低供应和高需求时期。发展这种技术可以促进能源民主,提供获得低成本资本的途径,增加清洁能源方面的就业机会,并减轻能源负担,特别是在处于不利地位的阿巴拉契亚社区。

  美国能源部资助:1,499,999美元,非美国能源部资助:375,000美元,资助总额:1,874,999美元

  (素材来自:DOE 全球氢能网、新能源网综合)

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