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在能源转型背景下，为解决可再生能源间歇性问题，研究人员开展从城市固体废弃物（MSW）沼气经热催化甲烷化生产合成天然气（SNG）的研究。结果显示该项目经济挑战大，此研究为西班牙相关产业发展提供参考。
在当今世界，能源转型的浪潮正汹涌袭来。随着全球对气候变化问题的关注度日益提高，减少温室气体排放、构建可持续能源体系成为了全人类共同的使命。可再生能源，如太阳能、风能等，因其清洁环保的特性，在这场能源变革中占据了重要地位。然而，它们却有着一个难以忽视的 “短板”—— 间歇性。天气状况的变幻莫测，使得可再生能源的发电情况极不稳定。在阳光明媚、风力强劲时，发电量可能远超电网承载能力，造成大量能源白白浪费；而在阴云密布、无风的日子里，电力供应又可能捉襟见肘。
与此同时，氢气作为一种极具潜力的能源载体，被视为突破可再生能源局限的 “希望之星”。它能够在一些难以电气化的战略领域，如钢铁、水泥制造等行业大显身手，为减少温室气体排放、替代化石燃料贡献力量。但氢气的广泛应用之路并不平坦，其生产成本高昂，且在生产后的储存、运输环节困难重重，使得这颗 “星星” 的光芒暂时被掩盖。
在这样的困境下，合成甲烷（即合成天然气，SNG）崭露头角。它与传统化石天然气相似，能轻松融入现有的能源供应体系，储存和运输也更为安全便捷。于是，Power-to-Methane（PtM）技术应运而生。该技术通过水电解将多余的电能转化为绿色氢气，再让氢气与二氧化碳（CO2）反应生成甲烷，实现了 CO2的捕获、存储与再利用，为能源转型开辟了新的方向。
西班牙，作为欧洲太阳能和风能领域的佼佼者，在可再生能源发展方面成绩斐然。但令人遗憾的是，其沼气和生物甲烷产业却发展滞后。尽管国内生物质资源丰富，潜在的生物甲烷生产站点众多，可实际产能利用率却极低。这主要归咎于 2012 年相关激励政策的暂停以及支持框架的缺失。为了填补这一空白，推动西班牙在能源转型道路上更进一步，来自西班牙的研究人员针对一座以城市固体废弃物（MSW）沼气为原料、生产 SNG 的工厂展开了深入研究，相关成果发表在《Biomass and Bioenergy》上。
研究人员运用了一系列先进的技术方法来开展此项研究。他们借助 Aspen Plus? v14 软件对工厂流程进行模拟，该软件能够精确地设计生产流程，并进行质量和能量平衡计算。在模拟过程中，采用了 ELECNRTL（Electrolyte Non-Random Two Liquids）属性方法来处理脱硫和电解环节。
研究结果
- 工艺流程及气体质量：该工厂的生产流程涵盖五个主要阶段。首先是脱硫阶段，利用胺去除沼气中的硫；接着通过电解水生成可再生氢气；然后在热催化甲烷化阶段，将沼气中的 CO2与氢气结合，提升甲烷含量；之后进行脱水处理，使产品符合 SNG 的湿度标准；最后通过热电联产满足工厂自身的能源需求。经过一系列处理后，生产出的合成天然气流量为 1098.71 Nm3/h，年产量达 8790×106 Nm3 ，其各项气体属性均符合西班牙天然气法规要求，具备注入天然气网络的资质。
- 成本与盈利分析：对工厂的投资成本（CAPEX）和运营费用（OPEX）进行详细分析后发现，项目的总资本投资高达 2.183 亿欧元，每年的运营费用接近 800 万欧元。在基础情景下，盈利门槛预估为 91.75 欧元 / MWh，远超 2023 年伊比利亚半岛的天然气市场均价（39.11 欧元 / MWh） 。这一数据清晰地表明，当前 SNG 生产面临着严峻的经济挑战。
研究结论与讨论
从技术层面来看，该研究中所评估的各项技术均能有效实现从沼气到 SNG 的转化，生产出符合行业标准的产品。然而，经济因素却成为了项目推广的 “拦路虎”。其中，电解环节无论是前期投资还是运营成本都居高不下，严重影响了项目的盈利能力。
这项研究意义重大。它为西班牙乃至全球在利用 MSW 沼气生产 SNG 领域提供了宝贵的参考依据。在西班牙国内，有助于政府和企业更深入地了解该产业的技术可行性和经济现状，为制定针对性的政策、优化产业布局提供数据支持，从而推动沼气和生物甲烷产业的发展，充分挖掘生物质资源的潜力，助力国家能源转型目标的实现。在全球范围内，也为其他国家在类似研究和产业发展中提供了可借鉴的范例，促进可再生能源领域的技术交流与合作，共同为应对气候变化、构建可持续能源未来贡献力量。
