氨驱动钙循环技术在天然气联合循环电厂中的碳捕集生命周期分析：能效与环境经济性突破

为解决NGCC电厂碳捕集的高能耗问题，研究人员创新性提出NH3驱动钙循环(CaL)技术，通过生命周期分析(LCA)对比传统氧燃料与太阳能驱动方案。结果显示：NH3-CaL能效最优（能耗仅2.6点），2050年成本可降至46.5 $/t CO2，但需关注氨生产的环境影响，为现有电厂低碳改造提供新路径。

　　

在全球能源转型背景下，天然气联合循环(NGCC)电厂虽比燃煤电厂减排50-60%，但其碳排放仍占电力行业22%。传统钙循环(CaL)碳捕集技术面临两大痛点：氧燃料燃烧需高耗能空分装置(ASU)，而太阳能驱动又受限于间歇性。更棘手的是，现有技术集成NGCC时会产生5-12%的能效惩罚，且环境经济性缺乏系统评估。

针对这一困局，中国的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表突破性研究，首次将氨(NH₃)作为能量载体引入CaL系统，并创新设计热化学余热回收架构。通过生命周期分析(LCA)对比三种驱动方式（NH₃/氧燃料/太阳能），发现NH₃-CaL以2.6点的最低能耗完胜太阳能方案的14点惩罚。但环境代价呈现复杂性：当氨源为绿色合成时，全球变暖潜能(GWP)为197.6-258.8 g CO₂-eq/kWh，仍高于太阳能驱动的170.7 g。经济模拟显示，随着氨价降至240 /t，NH₃?CaL在205年可实现46.5/t CO₂的脱碳成本，比当前太阳能方案低80%。

研究采用三大关键技术：1）基于180 MW NGCC电厂构建热力系统模型，集成PG9171E燃气轮机与双压再热蒸汽循环；2）开发新型NH₃热解耦合CaL反应器，利用碳化放热驱动氨分解；3）运用Simapro软件进行全生命周期环境影响量化，涵盖11类指标。

能源分析结果
通过?_p=(P_GT+P_STs-P_Pumps-P_ASU-P_Comps)/(m_NGLHV_NG+m_NH3LHV_NH3+Q_{solar,receive})公式计算，NH₃-CaL因避免ASU耗能且实现热梯级利用，系统效率达57.8%，较太阳能方案提升4.5个百分点。

生命周期环境影响
当氨源为煤制灰氨时GWP飙升至258.8 g，但绿氨与蓝氨方案可将环境影响降低24%。敏感性分析显示，NH₃生产阶段的氮氧化物排放是主要污染源。

经济性评估
建立生命周期脱碳成本(LCOR)模型，在4000小时/年运行时，当前太阳能方案成本最低（247.7 /t）。但氨价下降与天然气价格波动将重塑经济格局：当气价0.6/Nm³时，NH₃-CaL成本曲线呈现陡峭下降趋势。

该研究开创性地将氨能存储与碳捕集技术耦合，破解了可再生能源间歇性供给的难题。通过热化学协同设计，首次实现CaL系统"以废治废"——用碳化反应热驱动氨分解。尽管当前氨生产的环境负担仍需优化，但研究为NGCC电厂提供了一条兼顾能效与经济性的脱碳路径，对实现电力系统碳中和具有里程碑意义。未来需重点开发低污染氨合成工艺，以释放NH₃-CaL技术的全生命周期潜力。