Cina: hidrogen dari hidrokarbon - teknologi dan ekologi? 

Ketika orang berbicara tentang hidrogen di Tiongkok, banyak orang langsung membayangkan “hijau”. elektrolisa. Namun kenyataan di muka bumi, khususnya dalam skala industri, masih berbeda. Volume utamanya masih berupa hidrogen dari hidrokarbon, dan di sini terdapat banyak perbedaan yang sering disembunyikan dalam laporan industri. Saya sendiri telah mengerjakan beberapa proyek konversi uap metana, dan saya dapat mengatakan: pembicaraan tentang ekologi di sini tidak dapat direduksi menjadi slogan-slogan sederhana. Ini adalah trade-off yang terus-menerus antara perekonomian, teknologi yang tersedia, dan jejak karbon yang kini sangat dikhawatirkan oleh semua orang.

Basis teknologi: tidak hanya SMR

Ya, reformasi metana uap (SMR) adalah hal yang klasik. Namun di China penerapannya dilakukan dengan penyesuaian bahan baku lokal. Kita sering bekerja bukan dengan gas alam ideal, namun dengan gas minyak bumi terkait atau bahkan gas oven kokas. Komposisinya tidak stabil, sehingga memusingkan dengan katalis. Saya ingat sebuah proyek di Shanxi, di mana, karena kandungan sulfur yang tinggi dalam bahan mentahnya, skema pra-perawatan harus direvisi sepenuhnya. Solusi standar tidak sesuai; sebagai hasilnya, sistem hibrida dikembangkan dengan adsorben berdasarkan seng oksida dan zeolit. Efisiensi telah mencapai tingkat tersebut, namun masa pakai katalis konversi masih berkurang sebesar 15%. Inilah harga adaptasi.

Oksidasi parsial (POX) mempunyai cerita yang berbeda untuk bahan baku berat. Teknologi ini boros energi dan membutuhkan unit oksigen yang rumit dan mahal. Namun dalam beberapa kasus, Anda tidak dapat melakukannya tanpanya. Di salah satu kilang di Liaoning, mereka baru saja memperkenalkan unit POX untuk memproses tar. Masalah utamanya bahkan bukan pada prosesnya, tetapi pada peralatan yang menyertainya - paduan tahan panas untuk reaktor dan penukar panas. Masalah konstan dengan korosi dan erosi. Analoginya dari Tiongkok tidak selalu bertahan; bahan impor yang mahal harus dibeli, yang pada awalnya meniadakan manfaat ekonomi dari proyek tersebut.

Saat ini terdapat banyak desas-desus seputar autothermal reforming (ATR) sebagai teknologi yang lebih fleksibel. Dikatakan lebih baik dalam hal hasil hidrogen dan emisi. Di atas kertas - ya. Namun dalam praktiknya, kuncinya adalah kontrol yang tepat terhadap rasio oksigen/uap/umpan. Kegagalan sekecil apa pun dan bukannya proses optimal, Anda akan berakhir dengan jelaga atau metana yang belum terkonversi. Saya melihat upaya untuk meluncurkan instalasi semacam itu di kompleks percontohan. Sistem kendali "diasah" dalam kondisi laboratorium yang ideal, namun kenyataannya, fluktuasi tekanan di saluran gas merusak segalanya. Butuh waktu satu bulan untuk menyempurnakan algoritme. Jadi teknologinya menjanjikan, tetapi masih membutuhkan banyak “pengelolaan”. di lapangan.

Paradoks Ekologis dan Trik CCS

Ini adalah batu sandungan utama. Memproduksi hidrogen dari metana pasti menghasilkan CO2. Banyak. Oleh karena itu, kini semua proyek di Tiongkok yang mengklaim sebagai “rendah karbon” dilengkapi dengan awalan “siap CCS?” atau ?karbon ditangkap?. Namun kesiapan adalah satu hal, dan implementasi aktual adalah hal lain. Masalah utamanya bukan pada teknologi penangkapan (meski mahal), melainkan logistik dan penyimpanan. Kemana perginya CO2 ini? Tidak banyak formasi geologi yang dapat disimpan dalam skala industri di dekat pabrik.

Terlibat dalam evaluasi proyekhidrogen dari hidrokarbondengan CCS siklus penuh di Xinjiang. Secara teknis, semuanya sudah diperhitungkan: penangkapan 90%, jaringan pipa untuk mengangkut CO2 sepanjang 150 km ke ladang gas yang sudah habis. Namun perekonomian sedang goyah. Biaya per ton CO2 yang ditangkap dan dikubur menghabiskan seluruh potensi keuntungan dari CO2 “bersih”. hidrogen. Proyek ini akhirnya dibekukan, menunggu subsidi pemerintah yang lebih besar atau harga kuota karbon yang lebih tinggi. Sejauh ini, CCS di Tiongkok lebih merupakan proyek percontohan dibandingkan praktik massal.

Poin lainnya adalah emisi tidak langsung. Setiap orang menghitung karbon dari proses konversi itu sendiri, namun mereka sering melupakan bagian “abu-abu”. jejak dari produksi listrik untuk pengoperasian kompresor, pompa, sistem kontrol. Jika pembangkit listrik berlokasi di wilayah yang jaringannya terhubung dengan batubara, maka gambaran emisi secara keseluruhan akan memburuk sebesar 20-25%. Oleh karena itu, saat ini, ketika merancang, mereka semakin banyak menggunakan instalasi energi terbarukan milik mereka sendiri, setidaknya untuk memenuhi sebagian kebutuhan. Tapi ini sekali lagi menaikkan harga.

Peralatan dan lokalisasi: dimana kita sekarang?

Sebelumnya, peralatan utama - reformer, kompresor Syngas, sistem PSA - dibeli secara aktif dari Linde, Air Products, Topsoe. Tren saat ini adalah menuju lokalisasi lengkap. Pabrikan Tiongkok telah mencapai tingkat yang baik dalam pembuatan kolom gas sintesis, penukar panas, dan sistem kontrol. Namun masih ada kesulitan dengan katalis dan beberapa paduan khusus untuk zona suhu tinggi.

Bekerja denganChengdu Yizhi Technology Co.(ini adalah lembaga desain yang dibuat oleh Huaxi Technology), mengamati pendekatan mereka. Mereka tidak hanya mereplikasi solusi yang sudah jadi, namun sering kali mengadaptasi paket teknologi untuk bahan mentah spesifik klien. Situs web merekayzkjhx.rusebenarnya adalah portofolio proyek non-standar tersebut. Mereka memiliki pengembangannya sendiri - katalis multilayer untuk konversi metana dengan peningkatan resistensi terhadap keracunan belerang. Diimplementasikan pada instalasi di Sichuan. Hasilnya lumayan, tapi sekali lagi, untuk kondisi ideal. Dengan perubahan beban yang tiba-tiba, aktivitas turun lebih cepat dibandingkan aktivitas analog yang diimpor. Ada kemajuan, tapi kita masih harus bekerja untuk mencapai keseimbangan penuh.

Kasus yang menarik adalah penggunaan instalasi modular siap pakai dengan daya rendah dan menengah. Ini adalah tren produksi hidrogen yang terdesentralisasi, misalnya untuk pompa bensin. Perusahaan Tiongkok, termasuk Yizhi Technology, sangat aktif di sini. Dirakit, terhubung, diluncurkan. Namun keandalan solusi “out of the box” tersebut di musim dingin yang parah di Tiongkok utara atau kelembapan tinggi di Tiongkok selatan masih menjadi pertanyaan besar. Penghentian perawatan dan penggantian filter yang sering. Keandalannya masih kalah dengan kompleks stasioner besar.

Menengah: peran gas sintesis

Apa yang sering diabaikan adalah produksi hidrogen tidak selalu menjadi tujuan akhir. Gas sintesis sendiri merupakan bahan mentah yang berharga. Di Tiongkok, dengan industri kimianya yang kuat, hal ini sangat penting. Banyak proyek yang awalnya dianggap sebagai produksi fleksibel: hari ini kami memaksimalkan hasil hidrogen untuk kilang, besok kami beralih ke produksi metanol atau amonia.

Saya menemukan situasi di mana, karena perubahan kondisi pasar (harga hidrogen turun, harga metanol naik), sistem operasi harus segera diubah. Ini bukan sekadar penyiapan, tetapi penggantian fisik kartrid dalam sistem pemurnian halus hidrogen (PSA) dan penyesuaian ulang sistem kompresor. Waktu hentinya hampir sebulan. Saat ini, ketika merancang instalasi baru, diperlukan fleksibilitas yang jauh lebih besar, namun hal ini juga berarti peningkatan biaya modal.

Aspek lainnya adalah kemurnian hidrogen. Sel bahan bakar memerlukan tingkat pemurnian tertinggi (hingga 99,999%). Mencapainya dengan menggunakan bahan baku hidrokarbon sulit dan mahal. Pengotor utama - CO dan CO2 - adalah racun bagi katalis sel bahan bakar. Metode adsorpsi standar tidak selalu memberikan hasil yang diinginkan. Anda harus menggabungkan: konversi suhu tinggi, lalu konversi suhu rendah, lalu PSA, dan terkadang juga pemisahan membran. Setiap tahap tambahan berarti hilangnya tekanan, tenaga dan, tentu saja, uang. Oleh karena itu, “hidrogen untuk transportasi?” dari metana belum dapat bersaing harga dengan hidrogen yang sama untuk penyulingan minyak, yang persyaratan kemurniannya lebih rendah.

Ke depan: apa yang akan terjadi pada segmen ini?

Terlepas dari semua hype seputar hidrogen hijau, garis abu-abu dan biru dari hidrokarbon akan mendominasi Tiongkok untuk waktu yang lama. Alasannya adalah infrastruktur, biaya, dan yang terpenting, ketersediaan bahan baku. Pertanyaannya adalah bagaimana membuat proses ini dapat diterima dari sudut pandang lingkungan. Saya pikir masa depan tidak terletak pada satu terobosan saja, namun pada serangkaian tindakan: penerapan CCS secara bertahap jika hal tersebut dapat dibenarkan secara geografis dan ekonomi; hibridisasi dengan sumber energi terbarukan untuk penyediaan tenaga listrik pada instalasi; dan upaya berkelanjutan pada efisiensi katalis dan sirkuit termal untuk mengurangi konsumsi bahan mentah dan energi per unit produk.

Banyak hal akan bergantung pada kebijakan penetapan harga karbon. Jika dampak emisi CO2 menjadi signifikan, maka keekonomian proyek akan berubah secara dramatis. Saat ini banyak keputusan yang diambil berdasarkan pertimbangan ekonomi jangka pendek, bukan ekologi jangka panjang.

Secara pribadi, saya skeptis terhadap ditinggalkannya bahan baku hidrokarbon untuk hidrogen dalam waktu dekat. Sebaliknya, kita akan melihat ceruk pasarnya. Kompleks yang besar, modern, mungkin hibrida (sebagian menggunakan biometana) di dekat pusat konsumsi atau tempat penyimpanan CO2. Dan untuk konsumen jarak jauh atau kecil, elektroliser yang ditenagai oleh sumber energi terbarukan akan dikembangkan. Namun basisnya - industri kimia, penyulingan minyak - akan tetap didasarkan pada teknologi untuk konversi metana dan analognya selama 20-30 tahun ke depan. Hal utama bukanlah menutup-nutupi masalah, tetapi mengatasinya dengan jujur, dengan mempertimbangkan semua biaya, termasuk biaya lingkungan.