文章导读
你正在为水泥厂的高碳排放发愁，绿氢和CCUS技术听上去美好却成本高昂，清华大学团队的最新研究打破了这种困境。他们发现水泥生产过程中被当作废气的二氧化碳，竟然能成为制造甲醇的宝贵原料，而电解水制氢时产生的氧气恰好能解决水泥窑富氧燃烧的难题。这个看似简单的物质循环背后，藏着让整体减排成本降低30%以上的关键设计——但真正让这项技术具有颠覆性的，是它如何重新定义了工业脱碳的竞争规则。
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近日，清华大学能动系李政、刘培教授团队联合美国普林斯顿大学团队在绿氢与碳捕集利用与封存（CCUS）技术协同与规模化利用方面取得重要进展。研究工作围绕“碳-氢-氧”分子层面跨流程耦合这一核心概念，提出并系统论证了可再生能源驱动的“水泥甲醇联产”新范式，通过“过程灵活性-厂级经济性-宏观技术部署”协同分析框架，为在难减排工业部门推动绿氢与CCUS技术协同部署及基础设施布局优化提供了新的可行路径。
在水泥与甲醇等难减排工业部门实现深度脱碳的过程中，CCUS被普遍认为不可或缺，但其规模化推进仍受制于成本较高、基础设施不足以及市场激励不确定等因素。为加速绿氢与CCUS的技术成熟与规模化应用，一个关键方向是寻找既具有经济可行性，又能够复制推广的早期应用场景。
图1.“水泥甲醇联产”过程灵活性-厂级经济性-宏观技术部署协同分析框架
研究团队提出“水泥甲醇联产”协同路径，利用可再生电力电解制氢副产的高纯氧支撑水泥窑富氧燃烧与二氧化碳捕集，并将捕集到的二氧化碳作为甲醇合成碳源，实现跨流程物质耦合。研究基于小时级、考虑运行灵活性的过程模型优化联产系统配置，并在全国尺度评估逐厂部署与二氧化碳源汇匹配策略。研究发现，相较于分别推进水泥脱碳与可再生甲醇路径，“水泥甲醇联产”可显著降低总体减排成本，更适合优先在可再生资源条件较好的水泥厂布局；同时，该技术的引入可能对二氧化碳运输与封存等基础设施的空间规划产生重要影响。
研究展示了以工业共生方式推动绿氢与CCUS联合部署的潜力，通过跨行业的物质流耦合与过程集成，在同一系统内协同匹配“碳源”“氢源”“氧源”及相关基础设施配置，为水泥与甲醇等难减排行业探索更具有经济性的深度脱碳路线提供了新思路。
研究成果以“通过水泥甲醇联产在中国规模化绿氢与CCUS”（Scaling green hydrogen and CCUS via cement-methanol co-production in China）为题，于2月6日在线发表于《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）。
清华大学能动系2025届博士毕业生何岳璋为论文第一作者，清华大学能动系教授刘培、李政，普林斯顿大学教授埃里克·拉尔森（Eric D. Larson）、副教授杰西·詹金斯（Jesse Jenkins）为论文通讯作者。论文共同作者包括普林斯顿大学副研究员罗弘熙、博士生安娜·李（Anna Li），清华大学能动系2024届博士毕业生林园铖、2023级博士生王振乾，美国Carbon Solutions公司研究员卡尔·塔尔斯马（Carl J. Talsma），清华大学低碳能源实验室助理研究员方宇娟。
论文链接：
https://doi.org/10.1039/D5EE07379K
供稿：能动系
编辑：李华山
审核：郭玲
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