《Journal of CO2 Utilization》：A techno-economic comparison of biological and chemical routes for CO
2 methanation in renewable LNG production
编辑推荐：
液化天然气（LNG）近期已成为一种有前景的替代船用燃料，因其相对于重油具有减少温室气体（GHG）排放的潜力。本文从技术经济角度分析和比较了用于意大利东北部船用燃料的可再生LNG生产的不同技术路线。具体而言，研究人员考虑了CO2加氢（也称为
液化天然气（LNG）近期已成为一种有前景的替代船用燃料，因其相对于重油具有减少温室气体（GHG）排放的潜力。本文从技术经济角度分析和比较了用于意大利东北部船用燃料的可再生LNG生产的不同技术路线。具体而言，研究人员考虑了CO2加氢（也称为甲烷化）过程，其原料可以来自工业烟气中捕获的二氧化碳（e-LNG），或来自生物质厌氧消化获得的沼气（bio-LNG）。此外，还考虑了化学（通过Sabatier反应）和生物（利用氢营养微生物）甲烷化。结果表明，bio-LNG路线在经济上更可行，其平准化甲烷成本（LCOM）约为150欧元/兆瓦时，但原料可用性严重限制了LNG产量。另一方面，e-LNG路线可以达到更大的生产能力，其LCOM约为200欧元/兆瓦时。目前，生物甲烷化与化学路线相比利润略低，主要原因是投资成本较大，但技术进步可能显著改善其经济性能。
在全球减排压力下，航运业作为温室气体（GHG）重要排放源，亟需替代燃料。液化天然气（LNG）因减排潜力而成为短期选择，但可再生LNG（如生物LNG或电子LNG）的规模化生产面临技术经济挑战。现有研究多聚焦化学甲烷化，对生物甲烷化的技术经济分析较少。为此，研究人员以意大利威尼托地区为案例，从技术经济角度比较了两种可再生LNG路线：生物LNG（基于厌氧消化沼气）和电子LNG（基于工业CO
2捕获），并进一步对比了化学（Sabatier反应）和生物（氢营养微生物）甲烷化路径。研究旨在评估不同路线的可行性、成本及碳减排潜力，为清洁船用燃料政策提供依据。论文发表在《Journal of CO
2 Utilization》。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：1）厌氧消化模型（ADM1）模拟污水处理厂活性污泥（105,000吨/年，来源威尼托地区）的沼气生产；2）碱性电解（AEL）制氢，能耗53.7 kWh/kgH
2；3）化学吸收法（MEA）捕获工业点源CO
2（小型厂5,000吨/年，大型厂120,000吨/年），捕获率90%；4）化学甲烷化采用固定床镍基催化剂反应器，基于Xu-Froment动力学模型，在30 bar、4级绝热反应器下实现98% H
2转化；5）生物甲烷化采用滴流床反应器（TBR），基于Dupnock和Deshusses模型，在常压下操作；6）液化：小型厂用膨胀机技术（EXP），大型厂用级联技术（ConocoPhillips）。物流优化基于卡车运输成本（0.1 �/ton/km），经济评估计算平准化甲烷成本（LCOM）和总年成本（TAC）。
3.1 小型工厂：通过模拟和成本分析，基于威尼托地区活性污泥（105,000吨/年）的bio-LNG路线，生物和化学升级的LCOM均约150 �/MWh，但产能仅1,660吨/年LNG，受原料严重限制。电子LNG路线（需捕获3,673吨/年CO
2）的LCOM为259–285 �/MWh，其中生物路线因高CAPEX（TBR投资大）而成本更高。碳足迹方面，bio-LNG减排77–81%，e-LNG减排70–72%，但需100%可再生电力。
3.2 大型工厂：仅考虑电子LNG路线，基于威尼托地区300,000吨/年CO
2捕获量。化学甲烷化LCOM为191 �/MWh，生物甲烷化LCOM为198 �/MWh，生物路线CAPEX高达5.33亿�（主要因15个大型TBR），而化学路线仅3.4亿�。但生物路线OPEX略低，技术进步有望缩小差距。氢需求巨大（约150吨/天），需330 MW电解槽，是主要瓶颈。
讨论部分总结：生物LNG路线经济性最优但受原料限制，电子LNG路线可扩展但成本高，氢生产成本占总成本70–90%，且当前可再生LNG价格（150–200 �/MWh）远高于化石LNG（50–60 �/MWh）。生物甲烷化虽 CAPEX 高但 OPEX 低，技术改进可提升竞争力。政策支持（如FuelEU Maritime法规）对市场推广至关重要。
研究结论翻译：本研究旨在评估威尼托地区可再生LNG生产的技术经济可行性，以用作船用燃料。具体而言，研究人员调查了不同情景，包括来自有机生物质厌氧消化或工业点源的二氧化碳的生物或化学甲烷化。厌氧消化路线被证明在经济上最可行，尽管产能受区域原料可用性严重限制。另一方面，工业CO
2甲烷化虽然允许更高的产能，但成本高，尤其是大量可再生氢的需求。总体而言，在目前技术状态下，生物甲烷化仍不如化学路线有竞争力，主要由于高资本投资。然而，运营成本往往较低，表明技术进步可能扭转局面。解决这些挑战可以带来更可持续和经济可行的能源解决方案，推动向清洁技术的转型。在此期间，需要支持性激励措施，直到氢生产和CO
2甲烷化达到可持续的投资和运营成本。
