新型纖維束填料生產廠家俄烏戰爭迫使污水廠升級儲能工廠?

　　新型纖維束填料廠家俄烏戰爭迫使污水廠升級儲能工廠?你曾否想過，對污水處理行業來說，俄烏戰爭可能是一個升級轉型的機遇?最近瑞士一座污水處理廠的舉動引起了能源行業的關注。

　　烏克蘭戰爭爆發之后，面對長期依賴國外天然氣的局面，瑞士國內對于能源結構轉型的討論變得更加火熱。今年4月，蘇黎世州的一家市政公司，聲稱自己成為瑞士國內首家二氧化碳零排放的Power-to-Gas工廠。

　　位于蘇黎世Dietikon的垃圾焚燒廠 | 圖　　

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　　什么是Power-to-Gas?

　　什么是Power-to-Gas? 這個問題要從什么是Power-to-X說起。

　　Power-to-X這個理念在過去幾年是歐洲能源行業的熱點之一，它指的是將多余的電能轉化為可長期儲存的氫或甲烷等化學能源的技術。

　　其中這個X的含義非常豐富，它可以表示不同的能源形式，例如固體、液體或氣體。

　　Power-to-X的概念示意圖 | 圖

　　瑞士這個項目，則是一個電轉氣的工業案例(Power-to-Gas)。

　　更特別的是，這個項目的原料來自附近的垃圾焚燒廠和污水處理廠。

　　項目系統實景和示意圖 | 圖

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　　工藝原理

　　這個Power-to-Gas的項目地址位于蘇黎世州Dietikon區的一個垃圾焚燒發電廠內，而垃圾焚燒廠旁邊還有當地的一個污水處理廠。

　　它的原理大致可分為兩步：

　　首先，垃圾發電廠的可再生電能將水電解成氧氣和氫氣(采用質子交換膜電解技術);

　　第二，前者產生的氫氣和污水廠已有的污泥厭氧消化器產生的氣體，送入一個叫BiON®的厭氧反應器(55-70°C，pH=6.8-8.5)。

　　后者的產甲烷菌將混合氣體中的二氧化碳和氫氣進一步轉化為甲烷。甲烷經過提純后(除氨、硫、重金屬、余氫和臭味)，并入當地天然氣管網。

　　據介紹，這個項目的電解裝機容量為2.5MW，每小時可以生產450Nm³的氫氣;每年可以生產約18GWh的甲烷，相當于2000戶家庭一年工5000噸CO2的排放量。

　　生物合成甲烷原理圖 | 圖

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　　瑞士的一盤大棋

　　2011年3月，在日本福島核電站泄露事故后，瑞士聯邦委員會做出響應，對本國的能源架構進行重新規劃，同年11月其議會通過了瑞士逐步棄用核能的決定。2013年聯邦委員會提交了一份名為“能源戰略2050”的草案。2017年5月經過公投，這份戰略草案得到通過。2018年后，瑞士進入了能源“新時代”，其中一個重要舉措就是大力發展可再生能源，鼓勵可再生能源入網。

　　這個能源新政其實也收到一些反對的聲音，其中一點非常有趣，就是有不少人認為瑞士的旅游業是該國的重要經濟來源之一，風能和太陽能設備會損害瑞士的自然風光，這不利于旅游產業。

　　此外，太陽能、風能本身還有其他缺點，會受到季節和晝夜變化的影響，而且不能儲存。例如在歐洲，夏季電力需求低于冬季，但太陽能系統在溫暖季節生產的電力顯著多于冬季。

　　這意味著，如果瑞士真的要在未來幾年大規模布局光伏發電，夏季的時候將有大量剩余電力，甚至會使電網超載，而來自垃圾焚燒發電廠的電力也失去了價值。他們需要想辦法解決這種不平衡，因此，需要可以靈活使用的能源和存儲，大至國家能源，小至具體的發電廠，都要為未來多出來的電想出路。

　　他們有人因此提出：將這些可再生電能轉化成天然氣，是不是值得嘗試的方法呢?畢竟天然氣方便儲存和運輸，可以將夏季收集的能量留到冬季使用。這個電轉氣的項目，正是在這樣的背景下誕生的。

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　　環保設施的潛力

　　這個項目的甲方是一家叫Limeco的公司。它成立于1959年，它負責Dietikon和周邊幾個小市鎮的污水處理和垃圾焚燒的業務。這樣反過來給這個項目提供了天時地利人和的便利，因為垃圾發電廠和污水廠都歸它運營，兩個廠區相連接，又恰好能提供核心原材料，簡直就是理想的示范項目地點。

　　瑞士聯邦能源辦公室的主任Benoît Revaz在項目揭幕儀式時表示：“這個項目意味著瑞士在減少對進口天然氣的依賴上邁出了關鍵一步。這個電轉氣工廠展現了瑞士自身生產可再生氣體能源的可能性。”

　　蘇黎世州議員Martin Neukom則認為新落成的處理系統顯現了蘇黎世州的決心：“我們想在2040年前實現氣候中和的目標。Limeco和它的合作伙伴也給大家證明這個目標是可以實現的。“

　　Power-to-Gas系統內部的設備 | 圖

　　據說，早在6年前，瑞士能源公司Swisspower首先提出建造電轉氣工廠。Swisspower是22個公共事業局的聯盟，其中包括了Limeco。瑞士的國家研究所Paul Scherrer Institute的能源研究員Christian Bauer表示，在Dietikon投運的這套設備是目前應對剩余電力的唯一選擇。他還說：“由于現在太陽能發電的剩余量還不多，所以還不是電轉氣技術大展身手的時候，但從更長遠來說，從2035年開始，如果瑞士大規模發展光伏發電，電轉氣的潛力是巨大的。

　　哪些地方適合安裝電轉氣系統呢?

　　理論上說，有二氧化碳的地方都是理想的選址，例如水泥廠、垃圾發電廠或者污水處理廠等。因為產氫的電解器的安裝相對方便，而甲烷的合成也不一定需要生物反應器。

　　盡管如此，在瑞士專家看來，污水處理廠是最合適的選址，因為瑞士很多污水廠都有厭氧消化器。這個項目的技術供應商Viessmann預計，如果瑞士100多座污水廠都安裝這套系統，其產能可以滿足25萬人的能耗需求。

　　Limeco污水廠鳥瞰圖 | 圖

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　　市場準備好了嗎?

　　Swisspower的能源專家Thomas Peyer對電轉氣的前景比較謹慎。

　　他表示這項技術尚未能大規模推向市場，因為生產氫和甲烷的成本依然高企，從俄羅斯購買的天然氣還是更便宜的選擇。

　　但鑒于目前歐盟和俄羅斯的緊張關系，Limeco連同另外八個瑞士能源供應商，都覺得有必要對電轉氣技術進行投資。在這個項目上，他們一共籌集了1400萬瑞士法郎。Limeco會向其合作伙伴分享這個示范項目的技術經驗，并為聯邦政府制定法律框架提供信息建議，以便在未來幾年內建造更多的電轉氣工廠。

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