孙少东学术论文“A new pathway to integrate novel coal-to-methanol system with solid oxide fuel cell and electrolysis cell”在Energy杂志在线发表。

随着碳排放带来的气候问题日趋严重，对碳的减排是全人类的义务和责任。基于化石燃料的传统化工行业，如炼油、炼铁、煤炭和石油等，一直是的碳排放大户。作为能源化工行业的代表，传统水煤气制甲醇技术也是如此。

可再生能源装机量增长及降成本方面发展迅猛，但由于可再生能源的不连续性和不稳定性，对电网造成不良的冲击；而作为替代方案的电池储能、抽水储能等其他调峰方式受到规模和成本的限制。可再生能源实现就地消纳一直是研究的热点，部分学者提出了“power-to-gas”和“power-to-liquid”等解决方案。在全球，甲醇作为一种多用途的化学品原料及燃料，因其储运的便利性，极具经济前景，是最好的power-to-liquid介质之一。

SOFC/SOEC是清洁能源技术现阶段发展成果的代表，也是解决能源化工行业排碳及可再生能源消纳与利用的关键技术之一。固体氧化物燃料电池(SOFC)是最有前途的能源发电系统之一，具备原料的燃料适用性广泛和发电效率高等优势，与低热值的化工尾气耦合能提高系统的整体效率。相反地，固体氧化物电池(SOEC)可以通过消耗来自绿色电力或非高峰电网电力的额外电力，将蒸汽或二氧化碳直接转化为增值化学品，如H₂、CO、CH₄等，因此也在电力调峰领域扮演重要的角色。

Fig.1 A new pathway to integrate novel coal to methanol system with SOFC/SOEC

部分学者利用SOEC将绿氢引入传统CTM系统，从源头上减少碳的排放。但相关研究还具有一定的局限性，利用SOEC将绿氢引入传统CTM系统，只从源头上针对碳的减排问题，并未对尾气进一步提浓或回收。CCS给传统CTM系统高能耗的同时，无法带来产能的增益; SOFC/SOEC与传统煤制甲醇行业的耦合需要更加结合实际的零碳排放方案。

基于传统煤制甲醇 (CTM) 系统产生的大量排放以及对可再生能源消费的不断增长的需求，本研究提出了一种新的煤制甲醇方案，该方案结合了固体氧化物燃料电池 (SOFC) 和固体氧化物电解池 (SOEC)，目标是减少煤炭消耗和碳排放。提出的方案包括引入绿色氢气、提高二氧化碳浓度以及从废气中回收二氧化碳。使用 Aspen Plus/Aspen Custom Modeler 软件开发了一个系统仿真模型，用于设计和灵敏度性分析。设计结果表明，通过在甲醇合成过程中利用 H2O 电解产生的绿色氢气，每单位甲醇生产的煤耗可以从 1.26 kg/kg 降低到 0.74 kg/kg。此外，通过使用 SOFC 代替传统的热锅炉系统，煤制甲醇尾气中的二氧化碳浓度可以从 9.11% 显著提高到 30%，从而提高了碳分离效率。加入二氧化碳电解工艺有助于将二氧化碳转化为甲醇产能的一部分，实现零碳排放。研究结果旨在为可再生能源新型固体氧化物电池煤制甲醇系统的设计、优化及集成提供参考依据和理论指导。

新论文：“A new pathway to integrate novel coal-to-methanol system with solid oxide fuel cell and electrolysis cell”在期刊Energy在线发表。西安交通大学孙少东为论文第一作者，西安交通大学李成新教授、何志龙教授为通讯作者。

论文引用：Sun S, Li Z, Yuan B, Sima Y, Dai Y, Wang W, et al. A new pathway to integrate novel coal-to-methanol system with solid oxide fuel cell and electrolysis cell. Energy. 2024;304.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.132125