技術途徑
本章概述了各種技術途徑的技術狀況，這些途徑將通過使用清潔的氫氣，CCU和生物CCU，將可再生能源轉化為可持續的電燃料。還解決了儲存 CO? 的可能性 （CCS）。首先，以一般方式描述技術及其應用（最終用戶）和成熟度水平，這是所有國家通用的。之后，還介紹了在各個國家使用各種技術和燃料的相關性。
可再生氫氣，低碳氫氣，電子燃料和電子生物燃料等術語涵蓋了廣泛的技術，這些技術都可以在未來的100%可再生能源系統中發揮作用。圖2.1概述了生產清潔燃料的不同技術途徑。從數字上看，電力可用于三個不同的類別：直接電氣化，清潔氫氣和液體燃料（電子燃料，生物燃料和電子生物燃料）。每當能量從一個載體轉換為另一個載體時，能量就會丟失。因此，電力的最有效利用是直接電氣化，應盡可能使用。這包括輕型運輸中的電池，鐵路，沒有區域供熱的家庭中的熱泵以及工業中更多的電力使用。
圖2.1 生產清潔燃料的技術途徑
在重型運輸部門，電池的使用更加困難，并且可能僅適用于不充電的短距離。因此，展望2050年，替代燃料將成為能源結構中更重要的一部分，運輸部門的可再生能源將取決于技術和經濟可行性。例如，可再生能源可以通過電解轉化為可再生氫氣，可用于重型陸路運輸或小型船舶。如圖2.1所示，這是通過電解從電力到清潔氫氣的途徑。氫氣可用于燃料電池，為電動機提供動力;這允許在車輛或船上存儲比使用電池更多的能量。這允許更重的運輸和更長的行程距離，但代價是電解過程中的額外能量損失。清潔氫氣也可以在工業中用于替代化石基氫氣。
另一種選擇是生產液體燃料。它們類似于化石燃料，但從電力到最終用戶燃料的整體能源效率最低。氫氣、生物質和工藝氣體（CO? 或氮氣）的組合可以產生多種液體燃料，可用于現有的內燃機和工業過程。在圖2.1中，清潔氫氣與生物質，氮氣或二氧化碳結合用作輸入，以生產各種燃料。圖的左側顯示了輸入，灰色框是過程，圖右側的綠色框是成品燃料產品和可以使用它們的部門。
在以下各節中，將在四個單獨的部分中介紹清潔氫氣、電子燃料、生物燃料和碳捕獲技術。它們提供了每個北歐國家的技術發展狀況和資源先決條件。本章最后概述了五個國家對所需可再生能源的可用性和其他因素。
2.1 清潔氫氣
通過電解水可以產生清潔的氫氣，三種可用的技術是堿性電解槽，聚交換膜（PEM）電解槽和固體氧化物電解槽。電解工藝在TRL 8-9技術上已經成熟，因此，最大的挑戰是可再生氫氣的生產價格，其價格仍明顯高于天然氣生產的低碳和化石基氫氣。目前，可再生氫的價格是天然氣產生的氫氣的兩倍多，主要是由于可再生電價（Recharge news，2021）。在液體燃料的生產中，氫氣的成本占總生產成本的很大一部分，具體取決于轉換技術。因此，降低可再生氫氣的生產成本對于促進液體燃料的生產也很重要。
另一種選擇是從天然氣（蒸汽氣重整）生產的低碳氫氣。這是一個眾所周知的過程，也是今天90%以上的氫氣是如何生產的。使它成為“低碳”的是二氧化碳可以被捕獲和儲存。
使用清潔氫氣有兩種主要途徑：
- 直接利用：清潔的氫氣被壓縮、運輸和儲存。然后，它可以用作工業或燃料電池中的直接燃料而不是天然氣，為運輸部門和工業中的電動機發電。
- 用作電子燃料和電子生物燃料的原料：清潔的氫氣被壓縮并運輸到特定的地點，在那里它被用作生產各種可再生液體燃料的原料。這將在以下各節中進一步描述。
由于清潔氫氣是所有技術途徑的主要來源，因此清潔氫氣的價格是最重要的問題。建立氫氣生產價值鏈的成本取決于技術途徑。然而，即使在相同的途徑中，預期的成本也相差很大。可再生能源的成本是生產有競爭力的可再生氫氣的唯一最重要的來源，因為電力約占生產價格的一半。之后，電解槽的資本投資也大大增加了可再生氫的成本。電解槽的高資本支出（CAPEX）需要通過大規模生產或新的和改進的技術來降低價格。
大多數行業預計生產成本將下降，特別是由于電價和基礎設施的降低，電解廠效率的提高以及行業耦合監管框架的改善。根據氫能委員會（2021年）的說法，電解持續降低成本的一些關鍵驅動因素包括電解槽制造的工業化和改進以及低成本可再生能源的使用。雖然電解的經驗有限，但似乎電解槽在成本降低和太陽能光伏發電容量之間具有類似的關系 - 這可能導致成本降低40%（IRENA，2020）。
該部分的其余部分描述了每個北方國家目前使用清潔氫氣，正在進行的和即將開展的項目以及他們未來的愿景。
挪威在氫氣價值鏈方面擁有豐富的工業經驗，包括化石基（碳氫化合物）和電解槽，挪威/丹麥公司NEL是電解槽技術的領先供應商之一。挪威利用的幾乎所有氫氣都被用作化學工業和石油產品精煉的投入。挪威以及全球的氫氣生產幾乎完全是通過重組天然氣生產的，目前沒有捕獲和儲存一氧化碳2（CCS），導致大量排放。
未來，重型公路運輸可能依賴于可再生或低碳氫氣，但這將需要在主要道路和港口廣泛開發加氫站。
可再生或低碳氫氣可以成為化學和煉油工業中化石基氫氣的替代品。值得一提的是，位于Tyssedal的生鐵和二氧化鈦熟料工廠Tizir致力于開發和測試在氧化鈦生產中使用氫氣作為還原劑所需的技術。
挪威沒有國內天然氣管道網絡可以翻新成氫氣，而且最有可能的是，清潔的氫氣將在挪威的最終用戶附近生產。然而，歐洲有一個廣泛的天然氣管道網絡，可以對其進行改造以清潔氫氣，并為挪威提供重大的出口機會。在挪威的海運業，Enova的資金授予Wilhelmsen的Topeka Hydrogen項目2.19億挪威克朗，該項目計劃建造世界上第一艘零排放氫氣船。這些船只將運輸貨物并將氫氣運輸到不同的加油站，供當地渡輪和陸路運輸用作燃料。
芬蘭目前氫氣的使用集中在煉油和生物燃料領域（88%），主要生產方法是化石基蒸汽氣重整。芬蘭在氫氣的工業用途方面，特別是在煉油和生物燃料生產方面，已經積累了豐富的經驗。芬蘭每年生產200萬公斤用于運輸和通信的化石氫氣。
芬蘭化學工業公司Woikoski擁有歐洲最大的氫電解設施。該公司的目標是到2030年在芬蘭各地開設20個加油站。到2030年，芬蘭清潔氫氣銷售的潛力估計為100，000-150，000噸（約3-5 TWh氫氣），而不考慮在工業或運輸部門的任何額外用途。預計其他行業（如煉礦）減少排放的壓力越來越大，以及鋼鐵行業的高氫需求將進一步擴大對清潔氫的需求。
瑞典擁有北歐國家中最大的重工業部門，并且大量使用氫氣。化學和煉油工業約占瑞典今天生產和使用的氫氣的99%，而直接使用氫氣作為汽車燃料或冶金工業，占剩余的百分之一。瑞典的生產和使用量約為每年180，000噸氫氣（相當于約6 TWh /年的氫氣），主要來自化石（67%），第二大來源是工業殘余流（30%），而通過電解產生的不到3%。
瑞典目前有幾個重大計劃和正在進行的工業項目，其中氫氣的生產和/或使用同時是一個或多個新價值鏈的核心：
- HYBRIT是瑞典最知名的氫投資（氫突破煉鐵技術），是SSAB，LKAB和Vattenfall的合資企業。HYBRIT旨在開發無化石燃料鋼鐵價值鏈。用于減少（從中去除氧氣）的化石焦被一種基于電解的無化石氫直接還原的工藝所取代，用于生產適用于在電弧爐中生產粗鋼的鐵海綿。HYBRIT技術有可能將瑞典的二氧化碳總排放量減少至少10%。LKAB還將使用HYBRIT內部開發的氫基技術，完全淘汰其鐵礦石顆粒的生產，以生產無化石海綿鐵，這可能是瑞典有史以來最大的工業轉換項目之一。預期的未來生產水平尚未公布。
- 奧瓦科AB;歐洲工程鋼制造商正在準備使用電解產生的無化石氫而不是天然氣或柴油進行鋼加熱的下一個示范步驟。這一變化有可能使Ovako的碳足跡每年減少10萬噸，相當于其運營中二氧化碳排放量的50%。
- 化學工業Nouryon計劃用電解產生的無化石氫氣取代化石氫氣，用于其在Bohus和Ånge的過氧化氫生產，北歐化工與Vattenfall合作，正在研究使用電解氫作為裂解燃料的可能性，以取代今天使用的化石氣體。
- H2 Green Steel計劃僅使用可再生氫氣生產鋼材，以降低目前使用的化石基氫的高二氧化碳排放量（H2 Green Steel，2021）。
通常，瑞典生產的所有氫氣都在其生產基地附近使用。氫氣的分布完全以壓縮形式在道路上進行。通過建立跨部門的地方和區域氫產業集群，可以加速瑞典氫基礎設施的擴張。它們可以在現有行業使用或將要使用氫氣的地方以及港口和鐵路等基礎設施已經存在的地方建立。
Everfuel A/S和OKQ8的全資子公司Everfuel Sweden AB已達成合作協議，通過建立與現有和新的OKQ8服務站相關的零排放移動性H2站網絡，共同開發瑞典的綠色氫氣市場（Everfuel，2021）。
建立全國性的氫氣網絡被認為是不現實的，因為瑞典缺乏可以轉化為純氫的天然氣網絡。然而，瑞典和丹麥之間有一個廣泛的網絡，可以通過改造連接來運輸純氫，從而促進兩國之間的合作。
在運輸領域，斯堪尼亞和沃爾沃AB都在投資開發氫動力卡車，并在底盤上使用無碳鋼。
此外，還正在進行一項可行性研究，以便在莫拉和蓋利瓦雷之間的內陸巴南將柴油機車轉換為氫氣操作。相比之下，第一臺燃料電池動力機車自2018年以來一直在德國運行（阿爾斯通）。
在丹麥，目前可再生氫氣的產量微不足道，但多個大型項目正在籌備中，所有這些都是基于對大量廉價可再生能源的預期。計劃和正在進行的項目：
- 丹麥的綠色燃料 - 由Ørsted，哥本哈根機場，DSV，DFDS，SAS和AP Møller-Mærsk聯合項目，旨在到2030年在哥本哈根生產1.3吉瓦的綠色氫氣。
- 埃斯比約的氨生產 - 哥本哈根基礎設施合作伙伴與A.P.Møller-Mærsk，DFDS，Arla，Danish Crown和DLG合作的一個項目，利用風能生產氨。氨的生產預計將于2026年開始，如果氨在這些領域被接受為燃料，除了為船用燃料，卡車和其他重型運輸提供綠色替代品外，其產能足以取代丹麥目前進口的農業肥料。
- HySynergy - 殼牌和Everfuel的一個項目，到2030年生產1吉瓦的綠色氫氣，并在腓特烈西亞儲存。
由于丹麥對氫氣的工業用途有限，大多數將用于電子燃料或出口。丹麥除了與挪威和瑞典相連外，還擁有與歐洲天然氣網絡相連的現有天然氣網絡。這些可以轉化為氫氣，這將提供重大的出口機會。
冰島在能夠生產完全可再生的電子燃料方面處于獨特的地位，包括CCU和氫氣，供國內使用，甚至出口，因為該國穩定的可再生能源，有競爭力的電價以及過去十年或二十年來在該領域獲得的知識和經驗。冰島正在開展廣泛的研究和示范項目，過去曾有過幾次氫氣和電子燃料方面的業務，例如2003-2012年由Skeljungur經營的車輛加氫站（Grjótháls，雷克雅未克）。這是世界上第一個在公共加油站運營的加氫站。該行動的主要目的是研究和演示以及歐盟資助的ECTOS項目的一部分。
自本世紀初以來，已經啟動了兩個引人注目的研究項目，并通過電解水生產氫氣及其在道路運輸中的應用。然而，氫氣在公路運輸中的使用仍然很少。
目前，冰島正在開發各種氫氣和電子燃料/ CCU項目，盡管有幾個案例尚未正式宣布，例如技術提供商。幾家公司正計劃通過電解水生產氫氣，并將其分發給家庭應用。冰島國家電力公司Landsvirkjun正在評估國內使用大規模水電解的可行性，尤其是出口到荷蘭。
2.2 電子燃料
電子燃料是使用電力和二氧化碳或氮氣源生產的。如上所述，電力用于生產清潔的氫氣。以下介紹了三種技術就緒水平相對較高的電子燃料（甲醇、托成和氨）的生產途徑，以及它們可以在特定北歐國家使用的關鍵點。
- 可再生甲醇： 甲醇有兩種生產途徑。二氧化碳和可再生氫氣直接用于甲醇合成，或者甲醇由合成氣（也稱為合成氣）生產，主要含有一氧化碳，二氧化碳和H2。合成氣可以通過氣化生產，例如生物質。甲醇合成是TRL 9的一項成熟技術。甲醇市場已經存在，因為這是化學工業中使用的散裝化學品，例如用于生產塑料。然而，在更大的范圍內，將其用作替代化石燃料的運輸燃料更為相關。在當今的車輛中，甲醇可以取代汽油發動機中的化石燃料，只需很少的修改。雙燃料汽車型號的型號范圍相當有限。但是，修改需要汽車制造商的接受，這可能會阻止這種使用。
- 在航運方面，甲醇被認為是重質燃料油的替代品，例如，馬士基已經訂購了一艘甲醇動力集裝箱船，將于2023年下水。Stena Line已經在甲醇上運營Ro-Pax船（Stena Germanica）多年（Stena Line，2021年）。
- 甲醇制X：可再生甲醇可以通過動力轉液體技術（PtL）進一步轉化為二甲醚（DME）或可再生噴氣燃料。對于柴油發動機，DME是化石基柴油的合適替代品。甲醇合成和向二甲醚的轉化在TRL 9中均有市售，而從甲醇到噴氣燃料的生產途徑在TRL 5。甲醇轉化為噴氣燃料的進一步進展對于未來可持續噴氣燃料的生產非常重要。然而，該工藝不僅需要成熟到TRL 9，甲醇到噴射工藝還需要經過當局的認證，以確保高標準的安全性。例如，在氣-液技術方面，已經存在基于生物甲烷的噴氣燃料生產技術。
- 費托工藝：合成氣（氫氣和 CO? 或 CO）在費托工藝中轉化為原油。該工藝已在全球大型工廠中使用，TRL 9 有售。來自費托工藝的原油可以在煉油廠中精煉，以產生用于所有目的（輕型和重型公路，船舶和航空）所需的燃料削減。如今，基于費托工藝，噴氣燃料已被認證使用50%的燃料，使其成為將可持續航空燃料（也稱為噴氣燃料）推向市場的最快方式。然而，與甲醇制噴氣燃料工藝相比，該工藝的能源效率顯著降低。
- 可再生氨：可再生氨的生產途徑是使用可再生氫氣與氮氣（可從空氣中獲得）的單一工藝。氨和空氣分離的產量均為TRL 9。今天，氨被大規模生產用于化肥生產，但依賴于化石基氫氣。可再生氨和化石基氨之間的唯一區別是氫的來源。除了現有的化肥用途外，可再生氨也被認為是船用燃料的一種選擇。與重質燃料油相比，氨具有能量密度較低的缺點，這意味著需要更大的油箱，它是有毒的，燃燒緩慢。后者意味著氨不適合較快的發動機，但它適用于大型集裝箱，油輪和散貨船中使用的較慢的二沖程發動機，這些發動機也具有容納較大油箱的空間。目前市場上沒有使用氨的發動機，但德國公司MAN Energy Solutions正在開發一種發動機，并預計它將在2024年準備就緒。氨的優點是它不含碳源，因此不排放二氧化碳，但發動機可能會產生更多的NOx（一種強烈的氣候氣體），這將需要清潔（擦洗）煙氣。氨也可以用作氫分子的載體，并在被送入燃料電池之前轉化為氫氣。但是，這種轉換會消耗能量。
本節的其余部分描述了每個北方國家正在進行的和即將開展的電子燃料項目。
在挪威，Statkraft，Finnfjord和Carbon Recycling International正在為挪威北部Finnfjord的商業電子甲醇項目開發一個項目。該工廠將使用從芬蘭峽灣硅鐵工廠排放物中捕獲的原始二氧化碳和使用可再生電力電解水產生的氫氣，并計劃到2023年底每年生產10萬噸電子甲醇（Statkraft，2020年）。
Quantafuel是另一家挪威公司，致力于將塑料廢物轉化為燃料的項目。然后，產生的燃料需要在精煉過程中進行升級，以降低燃料中的氧氣含量，并且該過程需要氫氣作為輸入（Quantafuel）。
在芬蘭，由芬蘭商務部、VTT和參與公司合作伙伴共同資助的一個電燃料研究項目希望使正在開發的技術為推廣做好準備。該項目是公共企業，是綠色E2生態系統的一部分，由芬蘭商務部資助，由Clic Innovation管理。這是VTT的PtX研究的延續，例如，2020年啟動的BECCU項目（Bioenergy International，2021年）。電子燃料項目還與ABB發起的綠色電氣化2035-Veturi計劃相關聯。該項目旨在使用固體氧化物電解槽（SOEC）通過約700°C的高溫電解將氫氣生產與二氧化碳封存和費托燃料合成相結合。它旨在芬蘭技術在不斷增長的世界合成燃料市場上取得突破（國際生物能源，2021年）。
瑞典有幾個正在進行的CCU和電燃料項目。計劃在瑞典紙漿和造紙廠和/或熱電聯產廠建立大型電甲醇廠。Liquid Wind公司還計劃到2030年在北歐國家建造10座電甲醇工廠，目前正在為Örnsköldsvik的電甲醇工廠啟動前端工程設計。
丹麥計劃開展幾個生產電子燃料的大型項目。此類項目的一個例子是埃斯比約的氨項目，該項目由哥本哈根基礎設施合作伙伴與A.P.Møller-Mærsk，DFDS，Arla，Danish Crown和DLG合作，利用風能生產氨。氨的生產預計將于2026年開始，除了為船用燃料，卡車和其他重型運輸提供未來的綠色替代品外，其產能足以取代目前進口的農業肥料。丹麥的海事部門非常龐大，在制定無化石燃料運輸標準方面，可以發揮遠遠超出丹麥和斯堪的納維亞半島的關鍵作用。
在冰島，CRI（國際碳回收組織）開創性的用于生產電子甲醇的George Olah可再生甲醇工廠（GO工廠）于2011年投入使用，并于2015年擴大到每年4，000噸的產能 - 當時是歐洲最大的水電解槽裝置之一，也是MW級電解功率6 MWel的領導者。甲醇生產中使用的二氧化碳來自地熱蒸汽井。自運營開始以來，大部分產品已出口到歐洲。
Nordur正在Hellishei地熱發電廠開發一個電力到天然氣的試點項目，預計將于2021/22年上線。安裝的水電解功率將為25兆瓦和100吉瓦時，與地熱井的二氧化碳一起將轉化為電子甲烷，主要出口到瑞士。
埃肯位于Grundartangi的硅鐵工廠將二氧化碳用于大規模電子燃料生產，這在過去15年中一直是幾項研究的主題，目前正在由多方進行評估。有問題的電子燃料是甲醇，二甲醚和費托柴油。
2.3 生物燃料和電子生物燃料
生物燃料和電子生物燃料由生物質原料與可再生氫氣相結合生產。不同的 TRL 提供了幾種生產途徑，如下所述。
- 熱解、水熱液化 （HTL） 和氫化植物油 （HVO）：這些都是將生物質原料直接轉化為可再生原油的化學過程。然后，可再生氫氣用于升級油，然后將其蒸餾成各種燃料。只有 HVO 處于完全商業化狀態 （TRL 9），而熱解和 HTL 處于 TRL 5-7。由于油的酸和氧含量高，需要升級;在將油精煉成柴油，石油和噴氣燃料之前，必須降低含量。氫氣消耗和最終產品燃料分配都高度依賴于所選擇的燃料生產工藝和生物質原料的組成。基于生物質的工藝，熱解和HTL的升級過程僅在TRL 5，因此是生物油生產途徑的瓶頸。潛力是巨大的，因為精煉和升級使得生產與當今燃料化學上相同的可持續液體燃料成為可能，即它們可以在不改變發動機技術的情況下使用。
- 沼氣和液化沼氣（LBG）：生物質的替代利用是通過生物發酵過程生產沼氣，該過程在TRL 9上有商業用途。沼氣可以直接用作工業中的燃料，也可以轉化為液化沼氣（LBG）并用作船用燃料。沼氣被認為是天然氣的可再生替代品，因為它具有幾乎相同的特性，兩者都主要由甲烷組成，但目前更昂貴。
本節的其余部分描述了每個北方國家正在進行的和即將開展的生物燃料和電子生物燃料項目。
挪威在利用森林殘留物作為電子生物燃料原料方面具有巨大潛力。瑞典 - 挪威合資企業Silva Green Energy與丹麥Steeper Energy簽署了一項合同，以建造一個大型示范工廠，以基于50，000名森林所有者的森林殘留物生產電子生物燃料（Statkraft，Silva Green Fuel是Statkraft和Sødra之間的合作，成立于2015年，旨在開發和生產先進的生物燃料以取代化石燃料）。
芬蘭擁有大量的林業，生產生物基二氧化碳。芬蘭也有很多水，風能空間和開發氫技術的工程實力（Laaksonen，Aho，Silvennoinen和Kortela，2020）。這些發展也可能適用于其他北歐國家。
瑞典目前在電子生物燃料領域有幾個項目，例如柏斯托的投資“Project Air”，Preem和St1計劃使用無化石燃料氫氣和St1增加生物燃料產量，Liquid Wind和Jämtkraft準備對電力燃料進行各種投資。另一個項目是GoBiGas項目，該項目是通過木本生物質氣化從生物質中生產生物甲烷的示范工廠（查爾姆斯理工大學）。
丹麥擁有龐大的農業部門，其殘留物（例如秸稈和糞便）可用作生產電子生物燃料的原料。一些熱解（如SkyClean）和水熱液化（如Steeper Energy）的開發項目正在進行中。
總的來說，丹麥現有（未充分利用）可再生燃料的生產能力（每年9，300噸石油當量）幾乎是目前國內產量的三倍，占進口生物燃料的50%以上。
在冰島，生物甲烷是通過分別由SORPA和Norðurorka從首都地區廢棄的垃圾填埋場，雷克雅未克新的集中式有機廢物處理廠和阿庫雷里廢棄垃圾填埋場升級天然氣來生產的。這些裝置的總產能約為550萬海里3的生物甲烷年產量，但目前只有150萬Nm3被利用。
2.4 碳捕獲、儲存和利用（CCUS）
碳捕獲和使用是減少具有二氧化碳副產物的工藝產生的二氧化碳排放的一種方法。捕獲的二氧化碳可以儲存或與氫氣結合使用以產生燃料，見圖2.1。如果二氧化碳起源于生物質的燃燒或釋放，則稱為生物，因為這被認為是生物質釋放二氧化碳和二氧化碳吸收的循環過程。其他形式的二氧化碳起源于化石燃料的燃燒，水泥生產中石灰石釋放的二氧化碳或其他非生物過程，包括地熱。
碳捕獲有四個主要技術軌道：
- 富氧燃燒技術基于用回收煙氣稀釋的氧氣燃燒，而不是使用空氣。這會產生主要由二氧化碳和不含氮氣的水組成的煙氣。水蒸氣很容易被除去，然后可以進一步凈化和壓縮所得二氧化碳濃度為70-85體積%的氣體。燃燒的氧氣是通過與大氣空氣分離而產生的。主要挑戰是將系統中的漏氣量保持在最低限度，并且改造火焰裝置將需要對現有工廠進行重大修改。
- 燃燒前捕獲涉及在燃燒前將燃料碳從可燃氣體中分離出來。然而，這與改造無關，而只與燃料轉化為二氧化碳和氫氣化工廠有關。
- 燃燒后捕獲 （PCC）。CO? 從燃料的煙氣燃燒中分離出來。這可以通過在液體中吸收或吸收固體吸附劑來完成，固體吸附劑隨后被加熱，釋放出二氧化碳。分離也可以通過膜或極端煙氣冷卻（低溫分離）進行。燃燒后技術允許在改造現有工廠時縮短停電時間，并且幾乎不需要對現有工廠進行修改。此外，該工藝適用于在接近大氣壓下處理二氧化碳含量為3-20%的煙氣流。困難主要與對煙氣污染物的敏感性和高能源需求有關。
- 直接空氣捕獲技術通過一系列化學反應使大氣空氣提取二氧化碳。然而，由于大氣中二氧化碳濃度低，與捕獲的二氧化碳量相比，成本很高。
目前，燃燒后技術似乎是最有前途的。基于胺的化學吸收是燃燒后捕獲的最成熟的技術。在其子變體中，基于胺的化學吸收具有最高的技術和商業成熟度。胺氣處理由幾個過程組成，這些過程使用各種胺的水溶液從氣體中除去硫化氫和二氧化碳。
碳可以從燃燒的發電廠（包括化石和生物質發電廠）中捕獲，但也可以從二氧化碳排放量高的行業（例如水泥生產）中捕獲。在這里，用于達到所需溫度的燃料的燃燒會釋放出大量的二氧化碳，但化學過程本身也會釋放出大量的二氧化碳。同樣，煉油廠和化學工業的二氧化碳排放也是重要的點源。
捕獲二氧化碳后，可以通過卡車、船舶或管道將其從現場運輸到存儲位置。可以將現有管道轉換為 CO? 運輸。氣體可以壓縮或液化，具體取決于運輸方法和工廠的規模。CO? 傳輸網絡的一個重要補充是 CO? 集群。在這里，來自較小點源的 CO? 可以在運輸到最終存儲位置之前進行存儲。
在枯竭的油氣田中，二氧化碳的地質儲存是可能的，并且在海上和海上都得到了證實。在冰島，在地熱井中注入二氧化碳特別的機會。一般來說，北歐國家的存儲潛力各不相同。一氧化碳的地下儲存2自1996年以來一直在挪威的Sleipner油田運營。各國之間的合作允許一氧化碳的運輸2并利用最可行的地質儲存地點。正在研究的另一個儲存選擇是玄武巖中CO?的礦化（冰島的CarbFix項目）。
本節的其余部分描述了每個北方國家正在進行的和即將進行的CCUS項目。
在瑞典，二氧化碳有許多點來源，其中許多是生物性的，因為燃料是紙漿和造紙工業的生物質廢物。CCS和生物能源碳捕獲（BECCS）的實施應根據每個地點的當地情況以及整個價值鏈進行。在不久的將來，瑞典沒有計劃為二氧化碳提供任何儲存設施，但正在調查其潛力。對于正在進行的項目，瑞典以外的最終存儲是目前唯一的解決方案。因此，公司條例2必須液化并運輸到最終的儲存點。瑞典沒有天然氣管道路線用于二氧化碳輸送管道的新基礎設施。因此，瑞典的價值鏈很可能基于位于沿海地區的一些二氧化碳樞紐，這些二氧化碳是通過船舶收集和出口的。
有幾個計劃和正在進行的CCS項目：
- 斯德哥爾摩Exergi - WTE（廢物能源回收）已完成預研究，預計將于2021年第二季度開始二氧化碳捕獲，液化，臨時儲存和出貨的工程設計。
- Preem Lysekil煉油廠正在對二氧化碳的捕獲，液化，臨時儲存和出貨進行預研究，Preem Gothenburg煉油廠正在對捕獲和液化進行預研究。
- CinfraCap是Preem，St1，Nordion Energi，Renova，Göteborg Energi和哥德堡港之間的合作項目，是一個預研究項目，旨在哥德堡港建造一個新的二氧化碳碼頭或樞紐，包括液化，臨時存儲和二氧化碳的出貨。
對于挪威來說，政府的雄心壯志是為挪威的全面碳捕獲，運輸和儲存（CCS）實現具有成本效益的解決方案。目的是從挪威東部的排放源中捕獲二氧化碳。然后，CO?將通過船舶運輸到挪威西海岸Kollsnes的陸上運輸和儲存碼頭。從陸上碼頭，CO?將通過管道輸送到海底下的安全地質儲存位置，靠近巨魔油氣田（CCS Norway）。政府CCS項目Longship已獲得挪威議會的批準，并就資金達成一致。
Longship內的項目包括：
- Norcem（海德堡水泥的子公司）于2020年完成了一項關于二氧化碳捕獲，液化，臨時儲存和出貨的前端工程設計研究。Norcem將從其位于Porsgrunn的Brevik的水泥廠煙氣中捕獲二氧化碳。實施后，每年將捕獲約400，000噸二氧化碳。
- 關于二氧化碳儲存，合資公司北極光合資公司（Equinor、殼牌和TotalEnergies均有）正在為一個全面的CCS項目規劃二氧化碳運輸和儲存解決方案。經批準的計劃有能力存儲 150 萬噸一氧化碳2每年（MTPA），計劃于2020-25年進行（Equinor，2019）。CO? 運輸和儲存解決方案將于 2024 年開始運營，并計劃在產能過剩的情況下投入使用。這意味著，如果項目得以實現，其他工業排放商可以捕獲和存儲其二氧化碳，而無需投資開發其二氧化碳儲存解決方案。Equinor及其合作伙伴可以收費運輸和儲存工業二氧化碳。第二階段的選擇取決于國際需求，計劃年產能為500萬噸/年。
- Fortum Oslo Varme計劃從位于奧斯陸Klemetsrud的廢物能源回收廠的煙氣中捕獲二氧化碳。挪威議會對該項目的資助是基于歐盟或任何其他來源剩余的38億挪威克朗的足夠自籌資金。如果實施，每年將捕獲約400，000噸二氧化碳。
在芬蘭，波羅的海北部沒有發現可行的地質儲存。芬蘭將不得不將儲存在國外所需的所有二氧化碳運輸到國外，例如挪威。芬蘭的生物燃料比例很高，其溫室氣體排放量的約40%來自生物。這為BECCS（北歐部長理事會，2020年）提供了巨大的潛力。
丹麥在陸上和海上都有大規模二氧化碳儲存的潛力。據估計，可用的地下水庫可以將丹麥目前的二氧化碳排放量儲存500至1000年。丹麥尚未具體說明CCS的具體目標，但私人投資者計劃在2030年將二氧化碳儲存能力提高到400-900萬噸。公眾對CCS在岸的抵制，導致大部分存儲計劃用于海上。這有利于靠近海岸線和儲存水庫的行業，因為它將降低二氧化碳運輸成本。
CCU還因使用捕獲的二氧化碳作為生產可再生燃料的原料而受到調查。然而，對于被認為是可再生的燃料，二氧化碳需要來自可再生能源（風能或太陽能或生物質能），也稱為生物二氧化碳。根據Dansk Energi的數據，丹麥目前每年有近1600萬噸的生物二氧化碳，而北歐國家每年的生物二氧化碳總量為4900萬噸。丹麥的大量二氧化碳來自進口固體生物質，用于能源用途，預計到2050年將減少。因此，利用丹麥的農業生物質對于獲得碳源以生產可再生燃料非常重要。另一種選擇是從水泥生產等點源捕獲二氧化碳，這是不可能的脫碳，否則，目前的生產方法會排放大量的二氧化碳。這是由于化學反應釋放出二氧化碳，因此，這是一個僅通過改變燃料加熱過程無法解決的問題。
在冰島，Carbfix在過去十年中一直處于CCS技術研發的最前沿，用于一氧化碳礦化2在玄武巖中。如今，相當數量的一氧化碳2ON Power位于Hellishei的地熱發電廠（每年高達12，000噸）已成功封存。2012年，在Carbfix的試點站點與Hellisheidi地熱發電廠附近的ON Power合作進行了試點注入。2014 年，一個全面的捕獲和封存工廠上線，捕獲了 15% 的一氧化碳2發電廠的排放，連同H2S.2016年，產能翻了一番，達到10，000-12，000噸一氧化碳2每年。利用歐盟地平線2020研究計劃的資金，科學家們正在研究在德國，意大利和土耳其的地熱場附近以及冰島其他地方使用CarbFix技術，這些基巖不是玄武巖。
Carbon Iceland計劃到2025年使用Carbon Engineering的技術在Húsavík進行每年100萬噸的直接空氣捕獲（DAC）作業。該公司聲明，捕獲的 CO2將用于電子燃料生產和其他工業用途。在Grundartangi工業現場（硅鐵和鋁冶煉廠）進行了一項類似的能源儲存研究，稱為Icefuel項目。
ON電源將增加CO的比例2從Hellisheiði地熱發電廠到2025年使用Carbfix的技術從30%增加到95%。注入的 CO 量2每年將達到33，000-35，000噸。ON Power還計劃在Nesjavellir地熱發電廠使用Carbfix的技術注入1，000噸二氧化碳。2每年。
Climeworks將于2021年開始運營其在Hellisheiði的Orca工廠。該裝置每年將從空氣中捕獲4，000噸二氧化碳，這些二氧化碳將使用Carbfix的技術進行礦化或液化用于其他用途（Climeworks，2021）。
2.5 可再生能源和其他投入因素
可再生能源是必不可少的，因為它既可用于直接電氣化，也可用于分離水，從而通過電解產生可再生氫氣。氫氣既可以用作燃料，通過燃料電池為電動機提供動力，也可以用作生產電子燃料和生物燃料的輸入。根據工藝的不同，可以使用其他資源，生物質，氮或二氧化碳。
在挪威，電力供應是綠色的，可再生的，可靠的，靈活的和便宜的。挪威約90%的產能是水電站和10%的風力渦輪機。有1000個水庫，儲存容量相當于挪威每年能源消耗的70%。未來，由于新的水電可用，水電的增長將有限。此外，公眾反對新水電站對環境的影響。然而，通過升級和更新來擴大水電容量的潛力，從而整合更多波動的風力發電。一些較舊的水電站也可以進行現代化改造，將產量提高10-20 TWh.風電產量預計將大幅增加，從2019年的10 TWh增加到2050年的40 TWh。挪威西海岸擁有優良的陸上風力資源，但當地對陸上風電的反對會降低潛在的發展潛力。海上風電將需要成功且具有成本效益的浮動風力渦輪機部署，因為水通常太深而無法固定基礎。一個例子是Equinor的浮動風電場項目Hywind Tampen。它的容量為88兆瓦，正在挪威海岸外140公里處進行規劃。最后，挪威南部的太陽能發電量可能會增加，但預計不會發揮重要作用。
在芬蘭，電力供應是水力、熱能、核能和風能的混合體。風力發電量可能會大幅增加，因為芬蘭有足夠的潛力進行海上和陸上風力發電。挑戰在于，雖然最適合安裝風力渦輪機的地區位于芬蘭北部，但大多數現有的制氫設施都位于南部，靠近工業客戶。預計水電生產將相對穩定，沒有新設施的計劃。太陽能可能只會發揮次要作用。最后，隨著Olkiluoto 3和Hanhikivi 1的投產，核電容量將顯著增加;這將提供二氧化碳中性的電力，盡管它可能會引起人們對基于核能而不是可再生能源產生的氫氣來源的質疑。
瑞典擁有幾乎完全脫碳的電力系統，通過投資水電，核電和以生物質為燃料的區域供熱來實現。未來，風力發電量預計將大幅增加，太陽能發電量將略有增加，而水力發電量預計將保持不變，不會建造新設施。最后，核電產量可能會減少，盡管其未來存在很大的不確定性。
在丹麥，丹麥的電力供應中風力發電、生物質能和煤炭的比例很高。未來，風電產量將大幅增加，尤其是海上風電。到2030年，將建造兩個能源島（在北海和波羅的海的博恩霍爾姆），總容量分別為10吉瓦和3吉瓦，并有可能在以后進行擴建。這將是收獲北海世界級風力資源的重要一步。太陽能發電量將增加，但不會像風力發電那么多。到2030年，風能的產量預計將比太陽能高出五倍（forsyningssektoren，2020）。最后，基于生物質的發電預計將在2050年逐步淘汰。
在冰島，99.99%的電力來自碳足跡小的可再生能源。化石燃料僅用于有限的備用電源區域。2019年，該國總裝機容量為2.9吉瓦，發電量為19.5 TWh;所有電力的69%由水力發電廠生產，31%由地熱發電廠生產，0.03%由風力發電場產生（Orkustofnun數據存儲庫，2020年）。未來，風力發電量預計將增加，而地熱將保持不變。
總而言之，圖2.2提供了每個北方國家的能源供應，生物質可用性和儲存潛力的圖形表示。
預計所有五個國家的風力發電份額都將增加。瑞典的電力生產將受到核電站停產的影響，而新的替代能源將具有重要意義，而用于發電的剩余能源資源將保持相對穩定。水力發電廠和風電場之間的協同作用可以提高其整體效率并提供有效的儲能。唯一的例外是芬蘭，它也在擴大核能的使用。
可用的生物質資源主要位于瑞典和芬蘭的森林和紙漿/造紙工業，挪威的可用生物質資源數量較少。丹麥有潛力利用農業廢物作為生物質，而冰島尚未確定巨大的生物質潛力。
最后，儲氫的潛力主要位于挪威和丹麥，那里可以使用鹽洞。對于二氧化碳儲存，丹麥和挪威都在努力利用其在北海海上儲存的巨大潛力。在冰島，通過在玄武巖或地殼中永久礦化二氧化碳，在陸上儲存二氧化碳的潛力。由于芬蘭和瑞典尚未確定任何具體的二氧化碳儲存地點，因此他們必須將捕獲的二氧化碳運輸到北海。然而，瑞典正在研究永久儲存和儲存的潛力，以便以后在波羅的海南部使用。
圖2.2 北方國家的可用能源和儲存潛力。符號的大小表示每個國家/地區的可用性。
簡短結論
本章討論了技術及其應用的發展，這些技術及其應用允許可再生能源轉換為可持續的電燃料，使用可再生氫氣，CCU和生物CCU。此外，還討論了成本影響以及存儲 CO? 的技術途徑。在下一章中，將討論在國際上推廣這些技術的國際發展和市場趨勢，以及商業/行業觀點。
