俄乌战争迫使污水厂升级储能工厂？

位于苏黎世Dietikon的垃圾焚烧厂 | 图源：tagesanzeiger

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什么是Power-to-Gas？

什么是Power-to-Gas?  这个问题要从什么是Power-to-X说起。

Power-to-X这个理念在过去几年是欧洲能源行业的热点之一，它指的是将多余的电能转化为可长期储存的氢或甲烷等化学能源的技术。

其中这个X的含义非常丰富，它可以表示不同的能源形式，例如固体、液体或气体。

Power-to-X的概念示意图 | 图源：DW

瑞士这个项目，则是一个电转气的工业案例(Power-to-Gas) 。

更特别的是， 这个项目的原料来自附近的垃圾焚烧厂和污水处理厂 。

项目系统实景和示意图 | 图源：Powertogas.ch

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工艺原理

这个Power-to-Gas的项目地址位于苏黎世州Dietikon区的一个垃圾焚烧发电厂内，而垃圾焚烧厂旁边还有当地的一个污水处理厂。

它的原理大致可分为两步：

首先，垃圾发电厂的可再生电能将水电解成氧气和氢气 (采用质子交换膜电解技术)；

第二，前者产生的氢气和污水厂已有的污泥厌氧消化器产生的气体 ，送入一个叫BiON?的厌氧反应器(55-70°C，pH=6.8-8.5)。

后者的产甲烷菌将混合气体中的二氧化碳和氢气进一步转化为甲烷。甲烷经过提纯后(除氨、硫、重金属、余氢和臭味)，并入当地天然气管网。

据介绍，这个项目的电解装机容量为2.5MW，每小时可以生产450Nm3的氢气；每年可以生产约18GWh的甲烷，相当于2000户家庭一年工5000吨CO ₂ 的排放量。

生物合成甲烷原理图 | 图源：powertogas.ch

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瑞士的一盘大棋

2011年3月，在日本福岛核电站泄露事故后，瑞士联邦委员会做出响应，对本国的能源架构进行重新规划，同年11月其议会通过了瑞士逐步弃用核能的决定。2013年联邦委员会提交了一份名为“能源战略2050”的草案。2017年5月经过公投，这份战略草案得到通过。2018年后，瑞士进入了能源“新时代”，其中一个重要举措就是大力发展可再生能源，鼓励可再生能源入网。

这个能源新政其实也收到一些反对的声音，其中一点非常有趣，就是有不少人认为瑞士的旅游业是该国的重要经济来源之一，风能和太阳能设备会损害瑞士的自然风光，这不利于旅游产业。

此外，太阳能、风能本身还有其他缺点，会受到季节和昼夜变化的影响，而且不能储存。例如在欧洲，夏季电力需求低于冬季，但太阳能系统在温暖季节生产的电力显著多于冬季。

这意味着，如果瑞士真的要在未来几年大规模布局光伏发电，夏季的时候将有大量剩余电力，甚至会使电网超载，而来自垃圾焚烧发电厂的电力也失去了价值。他们需要想办法解决这种不平衡，因此，需要可以灵活使用的能源和存储，大至国家能源，小至具体的发电厂，都要为未来多出来的电想出路。

他们有人因此提出：将这些可再生电能转化成天然气，是不是值得尝试的方法呢？毕竟天然气方便储存和运输，可以将夏季收集的能量留到冬季使用。这个电转气的项目，正是在这样的背景下诞生的。

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环保设施的潜力

这个项目的甲方是一家叫Limeco的公司。它成立于1959年，它负责Dietikon和周边几个小市镇的污水处理和垃圾焚烧的业务。这样反过来给这个项目提供了天时地利人和的便利，因为垃圾发电厂和污水厂都归它运营，两个厂区相连接，又恰好能提供核心原材料，简直就是理想的示范项目地点。

瑞士联邦能源办公室的主任Beno?t Revaz在项目揭幕仪式时表示：“这个项目意味着瑞士在减少对进口天然气的依赖上迈出了关键一步。这个电转气工厂展现了瑞士自身生产可再生气体能源的可能性。”

苏黎世州议员Martin Neukom则认为新落成的处理系统显现了苏黎世州的决心：“我们想在2040年前实现气候中和的目标。Limeco和它的合作伙伴也给大家证明这个目标是可以实现的。“

Power-to-Gas系统内部的设备 | 图源：tagesanzeiger

据说，早在6年前，瑞士能源公司Swisspower首先提出建造电转气工厂。Swisspower是22个公共事业局的联盟，其中包括了Limeco。瑞士的国家研究所Paul Scherrer Institute的能源研究员Christian Bauer表示，在Dietikon投运的这套设备是目前应对剩余电力的唯一选择。他还说：“由于现在太阳能发电的剩余量还不多，所以还不是电转气技术大展身手的时候，但从更长远来说，从2035年开始，如果瑞士大规模发展光伏发电，电转气的潜力是巨大的。

哪些地方适合安装电转气系统呢？

理论上说，有二氧化碳的地方都是理想的选址，例如水泥厂、垃圾发电厂或者污水处理厂等。因为产氢的电解器的安装相对方便，而甲烷的合成也不一定需要生物反应器。

尽管如此， 在瑞士专家看来，污水处理厂是最合适的选址，因为瑞士很多污水厂都有厌氧消化器。这个项目的技术供应商Viessmann预计，如果瑞士100多座污水厂都安装这套系统，其产能可以满足25万人的能耗需求。

Limeco污水厂鸟瞰图 | 图源：Limeco

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市场准备好了吗？

Swisspower的能源专家Thomas Peyer对电转气的前景比较谨慎。

他表示这项技术尚未能大规模推向市场，因为生产氢和甲烷的成本依然高企，从俄罗斯购买的天然气还是更便宜的选择。

但鉴于目前欧盟和俄罗斯的紧张关系，Limeco连同另外八个瑞士能源供应商，都觉得有必要对电转气技术进行投资。在这个项目上，他们一共筹集了1400万瑞士法郎。Limeco会向其合作伙伴分享这个示范项目的技术经验，并为联邦政府制定法律框架提供信息建议，以便在未来几年内建造更多的电转气工厂。

各位读者，你们觉得电转气技术在中国有市场吗？欢迎留言或私信交流你们的观点。