间接CCS的传统燃料
原油的精炼产生了电流运输燃料可以选择汽油和柴油。现有的交通基础设施是围绕这些燃料建造的，它们在不久的将来很可能会得到使用。在这种情况下，二氧化碳排放将使用间接方法来中和。中和油的成本可由式(7.3)和表7.2估算;所使用的符号将在下面的讨论中描述。
COStfuel ^GJ) =线圈X fo/G + (CcO2 + 1-5 X Cstorage) X fc/E X /lc- (7.3)
在式(7.3)中，通过将燃料的能源成本与通过CCS抵消由此产生的排放的成本相加，确定中和常规燃料的单位能量成本。石油的能源成本是每桶成本和将成本转换为适当单位的换算系数fo/G的乘积。换算系数fO/G)是指炼油厂从一加仑汽油到一桶石油的成本，是通过比较过去一年的价格数据得出的
14年，使用价值130.8兆焦耳加仑汽油(Keith & Farrell 2003)。抵消排放的成本是捕获和储存成本乘以每GJ能源的排放量。捕获成本(CCO2)是指从大气中去除二氧化碳的成本。地下地质贮藏预计成本为1-8吨co -1美元，而通过管道运输压缩二氧化碳的成本为2-4吨co -1美元，运行250公里，年流量为500万吨CO2 (IPCC 2005)。储存成本乘以1.5倍，因为如果在再生阶段使用煤炭，空气捕获产生的二氧化碳量相当于捕获量的50% (Zeman 2007)。使用其他产生高温热量的方法，如核能，将降低这一因素。汽油中每单位能量所释放的二氧化碳吨数(/C/E)是根据8.8 kg CO2 gal-1的排放系数计算出来的(EPA 2005)。最终系数(/Lc)将生命周期二氧化碳排放量与最终燃料汽油的能量含量联系起来。以这种方式，我们包括了将石油转化为汽油的过程中的二氧化碳排放。
使用表7.2中列出的值和100-200tCO-1美元的空气捕获值，燃料成本在24-44 GJ-1美元的范围内。常规汽油的价格在13-24 GJ-1美元之间，而石油价格在每桶50美元至100美元之间波动。基于上述假设，空气捕获会使GJ-1的燃料成本增加10-20美元;或者，如果油价为每桶100美元，空气捕获价格为100吨二氧化碳，汽车燃料的成本将增加42%。
7.3.2合成燃料利用大气中的二氧化碳
从二氧化碳中生产合成燃料需要氢和高压催化反应器来合成燃料。在工业规模上用CCS生产氢气的成本估计为7.5-13.5 GJ-1美元(IPCC 2005)。氢的成本估计因价格而异天然气由于甲烷的蒸汽重整是生产H2的主要方法(Ogden 1999;Galindo Cifre & Badr 2007)。热化学生产方法预计比电解更经济，除非电力价格低于$0.02 (kW h)-1 (Ogden 1999;Sherif et al. 2005)与电解资本成本降低50% (Ogden 1999)相结合。可能存在有利于可再生电解氢的条件，如过量风力发电在凌晨时段，但低电费带来的任何收益都必须抵消与间歇使用电解槽相关的增加的资本成本。我们相信，只有在特殊情况下，一种形式的二次能源(电)才会转化为另一种形式的二次能源(氢)。我们使用碳中性氢的代表价值为10.5 GJ-1美元。产生的二氧化碳
表7.3大气CO2合成燃料的系数
系数C
系数C
单位价值来源
$tCO-1 tCO2GJ-1 $GJ-1 kJIN kJ-Ur $GJ-1 $tCO-1
- EPA (2005) IPCC Lide (2000) Michel (1999) IPCC (2005)
和Gustavsson等人(2007)
氢气的生产与空气捕获再生阶段产生的二氧化碳一起储存在地下。
成本燃料= CCO2 X /c/E + CH2 X fs/p + Csynthesis + O.5 X Cstorage X fC/E-
从大气中的二氧化碳生产合成燃料的成本由式(7.4)计算。总成本是生产二氧化碳和氢气的成本加上合成反应堆的成本，以及储存逸散的二氧化碳排放。同样，当生产的燃料每GJ (fC/E)的排放量等同于汽油时，估计空气捕获的成本。基于表7.1的fC/E值比汽油低4- 10%，这是一个小优势。氢的成本是一个代表性的值，乘以一个系数(fS/P)，表示将嵌入的能量转移到燃料的效率。氢的利用率是用氢的倒数的平均值来计算的能源效率表7.1。它表示因水形成而损失H2的额外成本，如式(7.1)和(7.2)所示。由于操作条件和催化剂的选择不同，合成成本也随生产的燃料而变化。我们使用了一个代表值的多反应器合成CO2作为原料(Michel 1999;Gustavsson et al. 2007)。使用表7.3给出的值和100-200吨co -1的空气捕获成本，合成燃料的生产成本在23.5- 30美元GJ-1之间。使用空气捕集来减少氢气生产中的无组织排放将使总成本增加2-4 GJ-1美元，基于每tCO2使用0.3 tCO2燃料生产．
使用氢作为分布式道路运输的大规模燃料需要完全更换相关的基础设施，包括生产、分配和加油站。我们只考虑将氢气输送到车辆的成本为$ GJ-1。一方面，这忽略了使用氢燃料电池所带来的成本降低，因为氢燃料电池比氢燃料电池更高效
7.3.3氢在运输中的使用
表7.4氢气运输系统的系数
Ce2 Cdist阳离子系数
单位$GJ-1 $GJ-1 $GJ-1
取值10.5 10 ~ 22.5 5 .单击“确定”
来源IPCC (2005) Yang & Ogden (2007) Ogden (1999)
而另一方面，它忽略了与氢储存和氢相关的额外车辆成本发电厂．
我们的氢气成本假设是基于大规模的中央站氢气生产化石燃料因为这是最直接可用的技术。目前，超过90%的氢气产量来自甲烷的蒸汽重整，生产规模高达每天1亿标准立方英尺氢气(Ogden 1999;Sherif et al. 2005;Galindo Cifre & Badr 2007)。这些估算通常使用低于6 GJ-1美元的天然气采购价格，这可能无法反映大规模氢气生产的价格。在这一价格点之上，煤炭的生产成本与1.5 GJ-1美元相近。
氢燃料运输到车辆的成本是估计使用
costfuel/ I GJ I = CH2 X Cdist + Cstation- (7.5)
使用表7.4中给出的值，交付到车辆的氢燃料的成本从25.5 GJ-1美元到38 GJ-1美元不等。这一里程很大程度上取决于将氢气分配到加油站的成本，而这又取决于氢燃料汽车的市场渗透率(Yang & Ogden 2007)。表7.4的范围反映了5% (22.5 GJ-1美元)和50% (10 GJ-1美元)的渗透率水平，其中市场渗透率以使用氢燃料的车辆的比例计算。这些值来自Yang & Ogden的“基本情况”;对于50%的市场渗透率，其他情景的成本从- 22.5%到+ 37%不等，对于10%的市场渗透率，成本从- 17%到+ 70%不等。如第7.2.1节所述，式(7.5)不包括从空气中去除二氧化碳以补偿化石燃料生产H2相关的无组织排放。使用100美元tCO-1的空气捕获成本，额外的成本从1美元GJ-1到3美元GJ-1不等，包括存储。
7.3.4生物质碳中性燃料
如第7.2.4节所述，有许多方法可以将生物质转化为二氧化碳和燃料。我们关注的燃料合成方式与第7.3.2节中描述的类似，使用来自生物质发电厂的二氧化碳。二氧化碳的成本
从这样的电厂推导出的是生物质成本的函数，以及生物质电厂的系统成本平衡与碳中性化石电厂成本之间的差额。系统平衡的成本是采用CCS的生物质发电成本与燃料成本之间的差额。燃料成本由生物质成本除以能量含量得到;结果再除以工厂的热效率。碳中性电力的成本为0.073美元(千瓦时)-1 (IPCC 2005)。
最理想的情况是电力销售产生的收入抵消成本工厂和捕获系统。根据木质生物质的化学公式(Petrus & Noordermeer 2006)，二氧化碳的成本是生物质的成本除以每吨生物质产生的二氧化碳吨数或$tCO-1 = 0.59x($吨-1)。在实践中，这种关系取决于捕获效率和特定的技术。利用文献中的研究，我们建立了基于蒸汽气化(Rhodes & Keith 2005)，方程(7.6)和氧气气化(Audus & Freund 2004)，方程(7.7)的二氧化碳成本和生物质成本的两种关系。二氧化碳和干生物质成本以吨1美元表示:
蒸汽气化是这项工作中使用的生物质成本范围内最具成本效益的方法。由此产生的二氧化碳成本在27- 70美元吨co -1之间。通过间接方法生产碳中性燃料的成本，根据式(7.3)，使用这些值的范围为16.5 GJ-1到31.5 GJ-1美元。相比之下，基于式(7.4)的直接方法产生的燃料交付成本从18.5 GJ-1美元到21 GJ-1美元不等。这些成本比使用间接(28% - 33%)和直接(23% - 30%)方法捕获空气的相关值要低。
生物质可以通过F-T合成直接转化为碳氢化合物，这里称为生物质F-T。这项技术已经在德国弗赖堡的一家工厂达到了商业阶段，每年生产1.5万吨。这些燃料的成本估计为21美元GJ-1 (Fairley 2006)。该过程使用生物质残留物和对不断增加的原料价格的敏感性，由于需求的增加生物燃料这个问题没有被讨论。
7.3.5方法比较
图7.3显示了碳中性运输燃料的各种运输方法的成本比较。该图载有根据前几节对不同方法的上限和下限估计数。总成本
■CCO2 = 1-0lCbio - 16, CCO2 = 0-69Cbio + 55
数字
H石油H空气捕获H生物质E3氢0合成0分配□其他7.3碳中性运输燃料的运输成本比较
数字
H石油H空气捕获H生物质E3氢0合成0分配□其他7.3碳中性运输燃料的运输成本比较
已分为子部分(油，空气捕获，生物质，氢，氧，燃料合成，包括重整和燃料分配，包括燃料站)，以说明每个组成部分的相对重要性。
回顾图7.3，我们观察到石油的成本，从每桶50美元到100美元，对间接方法的成本有很大的影响。在使用空气捕获的间接路线中，石油成本占56% - 55%，在基于生物质的系统中，石油成本占80% - 77%。直接路线的特点是需要氢。氢气生产对空气的贡献为56%至43%捕获系统其中，直接生物质系统为71%至61%，氢基系统为41%至28%。氢气基础设施的比例较低，突显出其对氢气分配系统和加气站的依赖。当油价超过150美元/桶时，石油替代品就会胜出，直达cnhc的航线一致优于间接航线。
当然，减缓技术的选择不会仅仅取决于成本，因为车辆技术和加油基础设施的耦合发展具有很强的路径依赖性。仅考虑成本，忽略技术上的巨大不确定性，我们仍然可以得出一些有趣的结论，即通往cnhc的各种路线的相对成本竞争力如何取决于碳、生物质和原油的成本。
我们首先考虑直接路线和间接路线之间的比较作为石油成本的函数。我们之前在第7.3.2节中已经确定，当空气捕获成本时，运输合成燃料的成本约为24 GJ-1美元
0 25 50 75 100 125 150 175 200二氧化碳排放成本(每吨二氧化碳$)
图7.4基于100 tCO-1空气捕获和10.5 GJ-1 H2合成燃料生产的缓解方案
0 25 50 75 100 125 150 175 200二氧化碳排放成本(每吨二氧化碳$)
图7.4基于100 tCO-1空气捕获和10.5 GJ-1 H2合成燃料生产的缓解方案
$100tc0-1和H2成本为$10.5 GJ-1。使用表7.1 (/O/g)中的相关性，我们可以将该值转换为每桶96美元的石油成本。因此，在较高的油价下，在假定的条件下生产合成燃料是经济的。这个数值不包括二氧化碳排放的任何价格。基于排放因子fC/E和生命周期因子flc，汽油燃烧每桶石油产生相当于0.288 tco2的气体。这些值定义了一条斜率为负的直线，如图7.4所示，其中还包含一条横坐标表示空气捕获成本的垂直线。在这条线以上，通过直接捕捉空气来缓解是最经济的选择。在排放价格低于空气捕获成本时，最经济的选择是为排放付费，而在价格较高时，间接方法更可取。低油价和低排放成本区域指的是“一切照旧”(BAU)情景。通过绘制y轴纵坐标为73.5美元/桶(18.5 GJ-1美元)的平行实线和x轴横坐标为27t0 -1美元(40吨-1美元生物量)的垂直虚线，可以为使用生物质的cnhc绘制类似的图形。
使用生物质产生的二氧化碳和空气捕获的燃料成本之间的平衡也可以用这种方式来衡量。在这种情况下，常见的衡量标准是氢和燃料合成的成本。如图7.5所示，该比较包含了“理想”情况以及蒸汽重整(Rhodes & Keith 2005)和氧气气化(Audus & Freund 2004)的曲线。在理想情况下，电力销售的收入恰好抵消了设施的资本和运营成本，从而导致生物质成本和二氧化碳之间的直接关系。空气捕捉是经济的区域在气化线的下方和右侧。气化曲线的交点发生在生物质价格为180吨1美元时，超过这个价格使用氧气更为经济
0 50 100 150 200 250 300
图7.5生物质成本对用于燃料合成的二氧化碳生产成本的影响(虚线，理想;实线，Audus & Freund (2004);点虚线，Rhodes & Keith(2005))。
0 50 100 150 200 250 300
图7.5生物质成本对用于燃料合成的二氧化碳生产成本的影响(虚线，理想;实线，Audus & Freund (2004);点虚线，Rhodes & Keith(2005))。
气化，因为捕获率较高(85%而不是55%)。如果考虑生物量的外部成本，研究区域可以向右扩展。如果生物质的总成本(包括非市场成本)超过105吨1美元，则100吨co -1空气捕获的门槛为100美元。
类似地，可以比较使用空气捕获二氧化碳生产的燃料和使用车载氢气生产的燃料。鉴于生产氢气的成本是相同的，比较是生产二氧化碳和合成空气捕获和分配氢气到加油站，如图7.6所示。我们没有包括加油站的成本，每增加1美元GJ-1成本，就会增加15美元tCO-1。第7.3节中使用的燃料站的成本估计(5 GJ-1美元)将使空气捕获的允许成本增加75tCO-1美元。即使没有燃料站，所需的空气捕获成本也要与完全开发的燃料站竞争氢经济并非没有道理。我们调查了燃料合成成本降低50%的影响，如图7.6中的虚线所示。
继续阅读:铁限制的概念
这篇文章有用吗?
