根据国际能源机构(International energy Agency)的数据，化学工业是全球最大的工业能源消耗者，也是第三大工业排放源。

2019年，整个工业部门的温室气体排放量占全球的24%。然而，当全世界都在竞相寻找脱碳的途径时，化学工业在很大程度上没有受到影响。

麻省理工学院能源计划(MIT Energy Initiative)首席研究科学家达利克•马拉普拉加达(Dharik Mallapragada)表示:“在气候行动和处理化工行业排放方面，进展缓慢，部分是技术原因，部分是政策制定者不愿过度影响该行业的经济竞争力。”

我们在日常生活中接触的许多物品——从肥皂到小苏打到化肥——都来自化学工业产品，该部门已成为包括美国和中国在内的许多国家的经济活动和就业的主要来源。但随着全球对化工产品的需求持续增长，该行业的排放量也在不断增加。

发表在《焦耳》杂志上的一篇新论文的作者敦促说，需要开发和部署新的可持续化学生产方法，需要重新考虑当前的排放密集型化学生产技术。来自DC-MUSE(一个多机构研究计划)的研究人员认为，应更广泛地将低碳能源供电的电气化视为化工行业可行的脱碳途径。在这篇论文中，他们揭示了不同的潜在方法来做到这一点。

DC-MUSE的成员Mallapragada说:“一般来说，人们认为电气化可以在这个领域发挥作用——从非常狭义的意义上讲——因为电气化可以通过提供燃烧所提供的热量来取代化石燃料燃烧。”“我们认为，电气化的意义可能远不止于此。”

研究人员概述了四种技术途径——从更成熟的、短期的选择到需要研究投资的技术不太成熟的选择——并介绍了与每种方法相关的机会和挑战。

前两种途径直接用电或电化学产生的氢取代化石燃料产生的热量(这促进了化学生产中固有的反应)。研究人员表示，这两种方案现在都可以部署，并有可能用于改造现有设施。电解氢也被强调为取代化石燃料产生的氢(排放二氧化碳的过程)作为关键化学原料的一个机会。2020年，化学和炼油行业(氢的最大消费者)几乎所有的氢需求(9000万吨)都来自化石氢。

研究人员指出，增加电力在化学工业脱碳中的作用将直接影响电网的脱碳。他们强调，为了成功实施这些技术，它们的运行必须以互利的方式与电网协调，以避免电网负担过重。马拉普拉加达说:“如果我们要认真对待该行业的脱碳问题，并依赖电力来实现这一目标，我们必须在如何使用它方面具有创造性。”“否则，我们可能在解决了一个问题的同时，在这个过程中给电网带来了一个巨大的问题。”

电气化过程有潜力比传统的化石燃料驱动过程更加灵活。这可以通过允许生产者将电力消耗转移到电力成本较低的时间来降低化学品生产的成本。约翰·霍普金斯大学拉尔夫·奥康纳可持续能源研究所的副研究教授Yury Dvorkin说:“在电网压力大的情况下，过程的灵活性尤其有效，可以帮助更好地适应可再生发电资源，这些资源是间歇性的，通常与日常电网周期相关性不高。”“这对潜在的采用者是有益的，因为它可以帮助他们避免在高价期消耗电力。”

Dvorkin补充说，一些中间能源载体，如氢，可以潜在地用作日常运营的高效能源存储和长期能源存储。这将有助于在极端事件中支持电网，当传统和可再生发电机可能不可用时。他说:“长时间储能的应用是特别有趣的，因为这是低排放社会的一个关键因素，但还没有广泛应用于抽水蓄能机组之外。”“然而，当我们设想电气化化工制造时，重要的是确保供应的电力来自低排放发电机，以防止从化工行业向电力行业的排放泄漏。”

接下来介绍的两种方法——利用电化学和等离子体——技术上不太成熟，但有潜力取代目前工业中使用的能源和碳密集型热化学工艺。通过采用电化学过程或等离子体驱动反应，化学转化可以在较低的温度和压力下发生，有可能提高效率。纽约大学坦顿工程学院可持续工程计划主任Miguel Modestino说:“这些反应途径也有可能使更灵活的电网响应工厂和模块化制造工厂的部署成为可能，这些工厂利用分布式化学原料，如生物质废物，进一步增强化学制造的可持续性。”

化学制造业深度脱碳的一大障碍在于其复杂、多产品的性质。但是，根据研究人员的说法，每一种电力驱动的途径都支持化学工业脱碳的各种原料选择和寿命结束的处理决策。每一项都应在全面的技术经济和环境生命周期评估中进行评估，以权衡利弊，并建立适当的成本和性能指标。

研究人员强调，无论选择何种途径，都需要积极研究、开发和部署这些技术。他们还强调了劳动力培训和发展与技术开发并行的重要性。André Taylor, DC-MUSE的负责人解释说:“业界对电气化和采用这些技术持怀疑态度，因为这涉及到以一种新的方式处理化学品。”该行业不同层次的员工不一定接触过与电网、电化学或等离子体相关的思想。研究人员表示，各级劳动力培训将有助于建立对这些不同解决方案的更大信心，并支持以客户为导向的行业采用。

马拉普拉加达说:“所有解决气候变化的标准方案都没有万能的灵丹妙药。”“每种选择都有利弊，也有独特的优势。但是，意识到你可以使用电力的选择组合，让我们有更好的成功和减少排放的机会，并以支持电网脱碳的方式这样做。”

这项工作得到了阿尔弗雷德·p·斯隆基金会的部分支持。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。