关于聚偏二氟乙烯管道中氢渗透机制及传输特性的研究

《Fuel》：Research on hydrogen permeation mechanism and transport properties in polyvinylidene fluoride pipes

RFNBO政策下生物质制合成甲烷的三种技术路径经济与能效对比，发现气化路线成本最低（820欧元/吨甲烷），能效最高（46%），但仅55%符合RFNBO标准。燃烧路线因需额外电力导致能效较低（37%），成本较高（1055-1495欧元/吨）。政策冲突导致投资风险，例如CHP系统需兼顾热电联产与合成燃料生产，但电力消耗大且政策支持不足。建议优化政策一致性以降低投资不确定性。

　　在21世纪20年代，欧洲联盟（EU）针对交通领域化石燃料的替代策略日益完善。这些策略的核心目标之一是减少温室气体（GHG）排放，从而实现气候中和。在航空领域，可持续航空燃料（SAF）的“掺混配额”（drop-in quotas）是主要的政策工具，这些配额会随着时间的推移逐步增加，从而创造强烈的激励机制以推动SAF的规模化生产。研究表明，到2050年，全球需要约1750亿欧元/年的投资，以建设1600至3400个新的SAF生产设施，其中300至400个设施应在2030年前投入运营。

在欧盟内部，SAF被分为三类：先进生物燃料（由RED III规定的生物原料生产）、回收碳燃料（由不可再生能源来源的废物流生产）以及非生物来源的可再生燃料（RFNBO）。RFNBO的定义为合成燃料由可再生氢与二氧化碳（CO?）反应生成，因此需要特定的生产流程。欧盟的政策规定了每种燃料类别可使用的原料（将在第2节进一步讨论），并提供了与生产过程相关的具体要求。因此，尽管存在多种技术路径可以用于合成燃料的生产（如燃烧或气化路径），并非所有路径都能满足RFNBO的政策要求。例如，生物质气化生成合成气再进一步处理为航空燃料将被归类为先进生物燃料，而生物质气化过程中的残留CO?则可以用于合成RFNBO。

虽然存在技术成熟度较高的合成燃料生产过程，但其生产并非没有挑战。为了确保较低的气候影响，需要足够的非化石碳原料和可再生能源（或低碳氢）的供应。研究表明，到2050年，SAF可能消耗全球可再生能源的9%和可持续生物质供应的30%，并且伴随着显著的能量损失。另一项研究发现，若要替代德国航空燃料使用（2019年为10.3万吨/年），则需要每年440太瓦时（TWh）的可再生能源，而当前德国（2024年）的可再生能源发电量仅为275 TWh，这表明在获取足够的能源和原料方面存在挑战，成为行业增长的障碍，并可能成为投资的阻力。

此外，值得讨论的是欧盟对SAF生产的政策是否与减少气候影响的其他指令（如可再生能源指令、废物等级原则和能源效率指令）保持一致。冲突的政策指令会导致不确定性，并增加生产者的投资风险，这可能会延迟部署。如果监管环境不一致，一项或多项政策措施可能在未来需要调整，这可能导致先前条件下的投资变得不盈利。因此，评估现有的政策措施对于理解可持续技术的投资条件至关重要。

基于这一背景，本文旨在分析当前欧盟与RFNBO生产相关的政策措施，从能源和成本效率、技术中立性以及与其他指令的一致性等方面进行探讨。特别关注的是航空燃料政策如何影响不同燃料生产选项。在此研究中，我们以甲醇和基于燃烧和气化技术的甲醇生产路径为例，展示其作为中间能源载体的潜力，可用于海运燃料或作为可持续航空燃料的原料。尽管之前的研究已经探讨了欧盟航空燃料政策对RFNBO生产成本的影响，但本文更关注可再生燃料生产过程中原料的适用性和其对生产过程的贡献。

本文的主要创新和贡献在于对RFNBO生产投资条件的批判性评估，从政策一致性、能源效率和成本等方面进行分析。此外，我们还讨论了支持不同生产路径可能带来的系统级影响，并评估这些技术选择是否合理。通过比较三种不同的甲醇生产路径，本文揭示了欧盟政策在实际操作中的复杂性以及其对可持续能源技术发展的影响。

甲醇作为中间能源载体，其生产路径的选择对航空燃料的可持续性具有重要意义。研究显示，气化路径可以以更低的成本（820欧元/吨甲醇）和更高的能源效率（46%）生产甲醇，相较于燃烧路径（1050–1500欧元/吨甲醇和约37%的效率）。气化路径所需的可再生氢较少，从而导致30%的电力需求降低。然而，仅有55%的气化路径生产的甲醇符合RFNBO的定义，因为法规规定生物燃料不能计入“掺混配额”配额。此外，研究还指出，支持使用燃烧过程产生的CO?进行RFNBO生产的政策可能带来对低效系统的锁定效应，因为热能的电气化可能是更高效的选择。

本文进一步分析了欧盟政策对合成航空燃料生产的潜在影响。欧盟的政策要求，用于RFNBO的碳原料必须来自工业过程的副产品，而不是有意生成的CO?。这导致了对生产路径的限制，从而影响了技术选择的灵活性。同时，欧盟的政策规定，RFNBO可以被计为两倍其能量含量（即应用2倍的系数）来达到交通领域的能源目标。这一规定可能会对可再生能源的使用产生额外的压力，从而影响生产路径的选择。

在讨论欧盟政策对合成燃料生产的实际影响时，我们注意到，尽管存在多种技术路径可以用于合成燃料的生产，但并非所有路径都能满足政策要求。例如，气化路径需要较大的规模才能实现经济可行性，这可能导致较高的初始投资成本。然而，气化技术已经在其他工业应用中得到验证，因此被认为是可行的选择。

此外，欧盟的政策要求，用于RFNBO的氢必须来自可再生能源，这可能对电力系统的扩展产生额外的压力。同时，要求CO?必须来自燃烧过程，这可能导致对燃烧路径的依赖，从而影响技术选择的多样性。因此，评估现有的政策措施对于理解可持续技术的投资条件至关重要。

综上所述，本文通过分析欧盟政策对合成航空燃料生产的潜在影响，揭示了政策一致性对技术选择和投资决策的重要性。研究结果表明，气化路径在成本和能源效率方面优于燃烧路径，但受限于政策规定，其适用性受到一定限制。因此，欧盟政策的调整可能对合成燃料的生产路径产生重要影响，并需要考虑如何平衡政策要求与技术可行性。