新型硫碘热化学循环与蒸汽甲烷重整制氢的生命周期评估：一致指标下的环境性能比较

为解决氢能生产中生命周期评估（LCA）结果不一致导致的环境影响误判问题，研究人员采用新开发的一致生命周期指标，对比评估了改进型硫碘热化学循环（S-I）与传统蒸汽甲烷重整（SMR）过程。结果表明，S-I循环的碳足迹（1422.71 g CO2 eq/kg H2）较SMR降低46.16%，酸化潜力与非可再生能源需求亦显著优化，为清洁氢能技术推广提供了可靠的环境决策依据。

　　

论文解读

随着全球能源系统成为温室气体排放的主要源头，化石燃料依赖加剧了气候变化危机。氢能因其清洁燃烧特性和多场景应用潜力，被视为实现碳中和的关键载体，尤其在难减排领域（如重工业和交通）。然而，现有氢能生产技术中，传统蒸汽甲烷重整（SMR）依赖天然气，产生高碳排放；而新兴硫碘热化学循环（S-I）虽理论上更环保，但生命周期评估结果常因方法不一致而难以直接比较。这种不一致性可能导致政策制定者误判技术优劣，阻碍清洁氢能部署。例如，不同LCA模型在边界设定、指标选择上的差异，使碳足迹数据波动大，影响国际协议如《巴黎协定》和联合国可持续发展目标（SDG 7和SDG 13）的执行。

为破解这一难题，安大略理工大学清洁能源研究实验室（Clean Energy Research Laboratory, Ontario Tech University）的研究人员设计了一种改进型五步硫碘热化学循环，并与SMR进行基于一致LCA指标的系统对比。该研究发表于《International Journal of Hydrogen Energy》，通过耦合过程模拟与生命周期工具，首次为氢能技术提供了可复现的环境基准。研究团队采用三个核心技术方法：首先，利用Aspen Plus软件模拟S-I循环和SMR的化学反应流程，确保物料与能量流的准确性；其次，通过MATLAB编写自定义函数进行夹点分析（Pinch Analysis），优化热管理以最小化外部能源需求；最后，整合OpenLCA平台与ecoinvent数据库，应用IPCC（碳足迹）、CML（酸化潜力）和VDI（非可再生能源及能源需求）方法学计算一致指标，覆盖从原料提取到工厂运营的全过程。

研究结果通过四个维度揭示了新型S-I循环的环境优势：

• 生命周期环境与能源表征：基于表征分析（表3），S-I循环的碳足迹主要源于氧气载体生产（占45.4%）和热能供应（29.76%），而碘循环利用降低了资源消耗。相比之下，SMR的电力压缩占碳足迹主导（49.97%）。
• IPCC碳足迹：S-I循环的碳足迹为1422.71 g CO₂ eq/kg H₂，较SMR（2642.72 g CO₂ eq/kg H₂）降低46.16%（图4 vs 图5）。差异源于S-I的金属氧载体设计减少了化石燃料依赖，且H₂压缩能耗更低。
• CML酸化潜力：S-I的酸化足迹为16.18 g SO₂-eq/kg H₂，比SMR（44.83 g SO₂-eq/kg H₂）低63.89%（图6 vs 图7）。SMR的高酸化潜力源于煤炭发电的SO₂排放，而S-I的H₂S输入虽贡献84.42%，但闭环设计限制了环境影响。
• VDI非可再生能源与能源需求：S-I的非可再生能源需求为62.96 MJ eq/kg H₂（图8），较SMR低12.43%；其非可再生能源需求为62.09 MJ eq/kg H₂（图10），较SMR低13.77%（图9 vs 图11）。主因是S-I的热回收效率更高，压缩能耗优化。

此外，通过能量分配因子（S-I：