二甲醚作为未来能源载体的经济可行性与环境可持续性研究

本研究针对全球变暖控制在工业化前2oC以内的目标，评估了通过水电解（H2O-el）、CO氢化和甲醇脱水制备二甲醚（DME）的Power-to-DME路径的经济与环境效益。结果表明，当前条件下Power-to-DME成本高达1695美元/吨，是传统路径的3.4倍，但通过降低电解能耗（<52 kWh/kg-H2）和电价（<0.03美元/kWh）可实现经济可行性，同时要求电力碳排放强度低于19 g-CO2/kWh以体现环境优势。

　　

在全球能源转型的浪潮中，如何平衡经济发展与碳排放控制成为关键挑战。传统化石燃料的广泛使用导致大气CO₂浓度持续攀升，而可再生能源的间歇性又限制了其直接应用。二甲醚（DME）因其高能量密度（66 kg-CO₂/GJ）和与现有基础设施的兼容性，被视为柴油、液化石油气（LPG）的理想替代品，但其生产过程中的碳排放问题亟待解决。

为此，印度尼西亚伊斯兰大学（Universitas Islam Indonesia）的Nur Indah Fajar Mukti和Muflih Adnan团队在《Renewable Energy》发表研究，首次系统评估了基于可再生能源的Power-to-DME路径的经济与环境表现。研究通过Aspen Plus模拟对比传统天然气制DME（500美元/吨）与Power-to-DME（1695美元/吨）的成本差异，并揭示电解效率（H₂O-el能耗<52 kWh/kg-H₂）、电价（<0.03美元/kWh）和碳排放强度（<19 g-CO₂/GJ）是实现商业可行的三大关键阈值。

研究方法上，团队采用Soave Redlich Kwong（SRK）热力学模型模拟750吨/天的DME生产流程，涵盖蒸汽重整、CO₂氢化（CO₂-el）和甲醇脱水等核心反应器，并通过实验数据验证模型准确性。生命周期评估（LCA）则量化了从原料开采到DME生产的全链条环境影响。

主要发现：

1. 经济性瓶颈：当前Power-to-DME成本高达传统路径3.4倍，电解槽资本成本需降至200美元/kW以下才具竞争力。
2. 环境阈值：当电力碳排放强度低于19 g-CO₂/kWh时，Power-to-DME路径才能体现减排优势。
3. 运营优化：电力容量因子需超过70%以避免设备闲置导致的财务损失。

结论与意义：
该研究为DME作为能源载体的产业化提供了量化标准：在电解技术突破和低碳电力普及的协同作用下，Power-to-DME路径有望实现经济与环境效益的双赢。特别是对于风电、核电等基荷能源占比高的地区，该路径可成为闭环碳循环的重要载体。研究同时指出，直接CO₂制DME技术的突破将大幅提升工艺效率，这为后续催化剂开发指明了方向。

（注：全文数据与结论均基于原文模拟结果，未引用外部文献；专业术语如H₂O-el（水电解）、CO₂-el（二氧化碳电解）等均保留原文表述规范。）