揭秘可再生制氢新技术：统一评估解锁低碳氢能新未来

在氢能源研究中，不同制氢系统生命周期可持续性评估方法不一致影响结果可靠性。研究人员对 5 种硫 - 碘（S - I）热化学循环配置开展统一生命周期评估（LCA）。结果显示氧载体选择影响制氢系统可持续性，R5 配置表现较优。该研究为可再生制氢提供关键参考。

　　氢能源，作为全球能源转型的关键一环，正备受瞩目。在迈向低碳未来的征程中，清洁氢气的生产愈发重要，预计到 2030 年，其年产量将大幅攀升至 1640 万吨。然而，传统的制氢方法，如蒸汽甲烷重整和煤气化，虽仍占据主导地位，但它们对环境的影响不容小觑。于是，通过热化学途径生产绿色氢气的技术应运而生，其中硫 - 碘（S - I）热化学循环备受关注。

不过，在研究的过程中，一个棘手的问题出现了。当对不同的氢气生产系统进行生命周期可持续性评估时，由于方法的不一致，评估结果的可靠性和有效性大打折扣。这就好比用不同的尺子去测量同一物体，得到的结果自然难以让人信服。为了解决这个问题，来自国外的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们旨在利用统一的氢生命周期指标，评估可再生氢生产的环境影响。

研究人员精心挑选了 5 种不同的硫 - 碘（S - I）热化学循环配置进行深入评估。在整个研究过程中，他们采用了一致的方法，确保了结果的可靠性和可比性。研究的主要结论如下：

• 基础案例情景结果：在基础案例情景中，不同配置的 S - I 循环在环境影响方面差异显著。R3 配置在各个影响类别中都承担着最大的环境负担，其全球变暖潜势达 47.02 kg CO₂ eq，酸化潜势为 1.2 kg SO₂ eq，非可再生能源潜势为 677.96 MJ eq。而 R5 配置则表现出色，其碳足迹（15.39 kg CO₂ eq）、酸化足迹（0.31 kg SO₂ eq）和非可再生能源足迹（236.6 MJ eq）在所有分析配置中最低。在碳足迹方面，R5 相比其他配置优势明显，例如比 R1 低 48.78% ，比 R2 低 27.48% ，比 R3 低 67.28% ，比 R4 低 63.03% 。在酸化足迹方面，R3 贡献最大，R5 中 ZnO 生产贡献了 6.88% 的酸化足迹。在能源足迹方面，R3 的非可再生能源需求最高，R5 和 R2 对非可再生能源消耗的影响最小。
• 后续循环情景结果：在后续循环情景中，从第二个循环开始，R3 和 R4 在所有统一指标下的环境足迹几乎相同。R1 是第三大贡献者，而 R2 相比 R3，全球变暖潜势低 55.52% ，酸化潜势低 51.64% ，能源潜势低 54.49% 。R5 依旧是最环保的配置，这可能得益于其引入的金属氧化物减少了对 H₂S 的需求并提高了制氢率，且无需使用氧气。
• 基于火用分配情景结果：基于火用的分配方法应用后，氢气生产的环境影响相比未分配时降低。不同配置的产品多样，根据火用值分配环境结果后发现，R5 和 R2 对氢气的分配比例最高，分别为 88.87% 和 74.77%，是更以氢气生产为主导的配置。在碳足迹方面，分配后 R1 成为最低的配置，R5 次之；在酸化足迹和能源足迹方面，R5 也表现最佳，相比 R2，酸化足迹低 76.62% ，能源足迹低 68.12% 。
• R5 配置中替代氧载体情景结果：在 R5 配置中，对不同氧载体的敏感性分析表明，不同氧载体对环境影响差异巨大。如 SnO/SnS、CuO/CuS 和 BaO/BaS 这几对氧载体在碳足迹、酸化足迹和非可再生能源足迹方面表现较差，而基础案例的 ZnO/ZnS 和 MgO/MgS 氧载体对则展现出较好的环境性能，在各足迹中的占比较低。

这项研究成果发表在《Fuel Processing Technology》上，具有重要意义。它为可再生氢生产技术的可持续性评估提供了统一且可靠的方法，有助于研究人员和决策者更准确地评估不同制氢技术的环境影响，为选择更环保、更可持续的制氢方案提供了关键依据，推动了全球氢能源产业朝着更绿色、更低碳的方向发展。

在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：

• 生命周期评估（LCA）：遵循国际参考生命周期数据系统（ILCD）手册的方法框架，对 5 种 S - I 循环配置进行系统分析。确定以生产 1 kg H₂为功能单位，界定系统边界，涵盖从原料投入到产品产出的全过程，并考虑后续循环中 H₂SO₄的循环利用等情况。
• 过程模拟：借助 Aspen Plus 软件对 5 种配置进行模拟，获取准确的质量和能量流数据，再将 Aspen Plus 提取的热数据输入 MATLAB 代码，确定各配置的加热和冷却负荷，为评估环境影响提供可靠数据支持。

总的来说，该研究通过对 5 种硫 - 碘热化学循环配置的深入评估，揭示了氧载体选择对制氢系统生命周期可持续性的重要影响。研究结果不仅为制氢技术的优化提供了方向，也为未来清洁能源的发展提供了有价值的参考，在氢能源研究领域具有里程碑式的意义。