日本的氫戰(zhàn)略是否有助于實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)？

日本的目標(biāo)是成為一個(gè)以氫氣為基礎(chǔ)的社會(huì)，但它是否能夠以可接受的二氧化碳排放量和價(jià)格水平提供玻璃制造商所需的氫氣？RenéMeuleman討論了氫氣燃燒過程，以及為什么全電熔技術(shù)和控制解決方案可能是一個(gè)更有效的選擇。

日本容器玻璃的大規(guī)模生產(chǎn)始于1916年，當(dāng)時(shí)日本玻璃公司購買了邁克爾·歐文斯自動(dòng)吹瓶機(jī)。不久之后，在1919年，平板玻璃大規(guī)模生產(chǎn)開始使用科爾伯恩過程，與日本薄板玻璃采用?？略?/span>1928年的過程。1927年，東京電力公司（Tokyo Electric Co.）是第一家采用丹納（Danner）工藝生產(chǎn)管狀玻璃的公司，1929年，東京電力公司（Tokyo Electric Co.）也是第一家使用艾芬豪（Ivanhoe）機(jī)器生產(chǎn)燈泡的公司。當(dāng)然，日本也深深地參與了CRT管的制造，由三星在1977年采用康寧工藝（1）發(fā)起。中空和增強(qiáng)玻璃纖維制造業(yè)也來到了日本，今天，日本的玻璃工業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為世界上最好的和最具創(chuàng)新性的玻璃工業(yè)之一。它在全球發(fā)揮著重要作用，并打算在研究應(yīng)對(duì)環(huán)境和氣候變化挑戰(zhàn)的解決方案時(shí)站在最前沿。

國家氫氣戰(zhàn)略

全球大部分地區(qū)都簽署了《氣候變化巴黎協(xié)定》，日本也于2016年4月22日簽署了《氣候變化巴黎協(xié)定》，代表了3.8%的溫室氣體供批準(zhǔn)，而在二氧化碳排放量方面，日本介于德國（2.6%）和印度（4.1%）之間（2）。因此，日本于2017年12月26日發(fā)布了基本氫能戰(zhàn)略，承諾成為世界上第一個(gè)氫能社會(huì)。與此同時(shí)，許多計(jì)劃都將氫作為未來的能源載體，最近，NSG集團(tuán)宣布將在英國的一個(gè)浮法玻璃爐上進(jìn)行試驗(yàn)。不幸的是，只有灰色氫氣可用。或許這將提供一個(gè)概念證明，盡管玻璃制造商可能需要對(duì)此表示懷疑并考慮其影響。

蓄熱式端部或側(cè)部爐已經(jīng)存在了100多年，技術(shù)得到了改進(jìn)，直到20年前達(dá)到其物理能效限制。換言之，如果不安裝許多復(fù)雜的附加組件，那么這種爐子的設(shè)計(jì)就不能提高多少能源效率。理想情況下，整個(gè)設(shè)計(jì)需要成為碳中和，在這方面，因此沒有潛在的使用化石燃料了。至少在下一個(gè)爐子戰(zhàn)役中不會(huì)。因此，業(yè)界需要考慮替代能源載體和氫氣，僅次于電力，當(dāng)然是其中之一。

生產(chǎn)氫氣有幾種方法。灰色或藍(lán)色的氫甚至不應(yīng)該被考慮，因?yàn)閮烧叨际褂锰烊粴庾鳛閬碓?，并將產(chǎn)生大量的二氧化碳。遲早，人們會(huì)意識(shí)到，這些都是把天然氣轉(zhuǎn)化為氫氣的荒謬方法。

制造所謂綠色氫氣的唯一可持續(xù)方法是電解；將太陽能電池或風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的可再生電力轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣。

從電能到載能氫的轉(zhuǎn)換來看，首先出現(xiàn)的問題是：為什么不直接將電能輸入玻璃制造過程，避免能量損失和電解槽的相關(guān)投資？

日本的氫氣戰(zhàn)略預(yù)計(jì)大部分氫氣將進(jìn)口。具體而言，對(duì)于玻璃熔窯中的氫氣燃燒而言，由于火焰溫度較高，顯然需要考慮與外部空氣一起燃燒氫氣。以及高氮濃度的存在，導(dǎo)致高氮氧化物排放。從電解過程中獲得可用于氫氣燃燒的免費(fèi)氧氣對(duì)于避免氮氧化物排放也是一大優(yōu)勢(shì)，但這意味著氫氣和氧氣都需要從源頭運(yùn)往日本，很可能不是在同一個(gè)容器中。另外，也可以在玻璃設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生氧氣，但這會(huì)增加成本。

即使從商業(yè)角度考慮這項(xiàng)技術(shù)，傳統(tǒng)的爐型設(shè)計(jì)也不太可能能夠控制氫氧燃燒，因?yàn)橐粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)立方米（Nm3）的氫氣中只有四分之一的熱能可用，而一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)立方米（Nm3）的氫氣中只有四分之一的熱能可用燃燒空間中液化天然氣（LNG）和100%水蒸汽的Nm3。最有可能的是，需要開發(fā)新的電爐設(shè)計(jì)，它們也可能是所有電爐設(shè)計(jì)，將能量轉(zhuǎn)換技術(shù)留給公用事業(yè)公司，并記住，所有電爐都是經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)，已經(jīng)存在了100多年。

當(dāng)然，在玻璃制造過程中直接使用電力是迄今為止最節(jié)能的方法。通過使用焦耳加熱的電爐增壓系統(tǒng)直接通電，至少可以達(dá)到85%的能源效率。相比之下，堿性或質(zhì)子交換膜電解的能源效率在不久的將來（2030年左右）可能達(dá)到81%左右。然而，由于氫氣和氧氣將用于爐內(nèi)燃燒過程，總效率最多將下降到35%。使用燃料電池將氫轉(zhuǎn)化為電能，并通過焦耳加熱將其輸入熔化過程，可能會(huì)變得更有效！

2018年，日本氫氣零售價(jià)格為0.83歐元/Nm3（100日元），預(yù)計(jì)長期（2030年后）價(jià)格將降至0.17歐元/Nm3（20日元）（3）。1 Nm3等于3kWh（10.8MJ），而1 Nm3的LNG≈12kWh（4）（44MJ），成本僅為0.03歐元/Nm3。在這方面，氫的價(jià)格至少要貴22倍（5）。

日本的氫能戰(zhàn)略是一項(xiàng)模棱兩可、極富創(chuàng)新性的舉措。當(dāng)然，調(diào)查并與澳大利亞等合作伙伴合作使氫氣充分可用是有意義的，但問題仍然是，玻璃制造的燃燒過程中的氫氣是否會(huì)成為未來，或者所有的電加熱是否會(huì)立即取代化石燃料？到目前為止，全電動(dòng)似乎是最可行的技術(shù)。

節(jié)能控制技術(shù)

施耐德電氣（Schneider electric）的Eurotherm等供應(yīng)商已經(jīng)提供了用于有效控制電爐的先進(jìn)節(jié)能技術(shù)。Eurotherm在為全球玻璃行業(yè)提供電源控制和自動(dòng)化解決方案方面擁有超過50年的經(jīng)驗(yàn)，提供了廣泛的產(chǎn)品組合，特別專注于提高和優(yōu)化電動(dòng)玻璃熔制工藝的能源效率。

在日本領(lǐng)導(dǎo)Eurotherm玻璃業(yè)務(wù)的是Seetharaman Jayaraman（拉曼），他擁有超過25年的工程經(jīng)驗(yàn)，過去20年在玻璃行業(yè)工作。他的主要工作是幫助玻璃客戶節(jié)約能源和減少二氧化碳排放。由于日本是亞洲地區(qū)許多玻璃原始設(shè)備制造商和制造商的所在地，日本市場(chǎng)是Eurotherm的一個(gè)關(guān)鍵重點(diǎn)，其中包括泰國、越南、印度尼西亞和馬來西亞。

Raman評(píng)論說：“我們的高效過程控制、功率控制和能源管理解決方案在整個(gè)地區(qū)都取得了很好的成功，這些解決方案是由我們當(dāng)?shù)氐捻?xiàng)目工程基地設(shè)計(jì)和提供的。”。“我們的能力涵蓋高端制造業(yè)復(fù)雜控制系統(tǒng)的供應(yīng)、大宗商品制造應(yīng)用的具有成本競爭力的控制解決方案以及原始設(shè)備制造商的產(chǎn)品。雖然廉價(jià)的解決方案仍然來自中國，但與Eurotherm的溫度精度、設(shè)計(jì)穩(wěn)健性和能效特性相比，它們?cè)谫|(zhì)量方面的競爭力并不強(qiáng)。”

拉曼在玻璃行業(yè)的直接工作經(jīng)驗(yàn)為客戶提供了一個(gè)深入了解先進(jìn)控制和電源管理系統(tǒng)技術(shù)的知識(shí)界面。最初在Guardian Glass的維護(hù)團(tuán)隊(duì)工作，然后在印度朝日玻璃專門從事玻璃加工設(shè)備和各種項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和開發(fā)，后來加入上海小馬科技的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，并參與了中東、俄羅斯、中國和印度尼西亞的各種項(xiàng)目。憑借其在浮法、容器、纖維、餐具、建筑和汽車玻璃行業(yè)的豐富知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，Raman現(xiàn)在是Eurotherm在亞太和中東地區(qū)的玻璃業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理。

關(guān)于二氧化碳減排的問題，他說：“過去，我們的成功尤其體現(xiàn)在浮法玻璃的電力推進(jìn)，以及玻璃纖維和顯示玻璃的直接鉑加熱應(yīng)用，但現(xiàn)在人們對(duì)混合和全電爐控制解決方案的興趣正在增長。”

亞太地區(qū)的其他主要玻璃團(tuán)隊(duì)成員包括東盟、澳新銀行、日本和臺(tái)灣地區(qū)的銷售經(jīng)理Jay Agustin和北亞地區(qū)的技術(shù)銷售經(jīng)理Donghyun Shin。他們都在玻璃制造過程中有多年的經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)Eurotherm高效控制解決方案的廣泛了解。杰伊·阿古斯丁解釋說：“歷史上，在玻璃行業(yè)，我們以在熔爐、熔池和成型溫度控制方面的專業(yè)知識(shí)而聞名。“憑借我們?cè)陔娏刂品矫娴膶I(yè)知識(shí)，我們現(xiàn)在致力于幫助客戶從化石燃料轉(zhuǎn)向電熔技術(shù)，以節(jié)約能源和減少二氧化碳排放。Eurotherm是這一領(lǐng)域的先驅(qū)，我們看到平板玻璃行業(yè)對(duì)它非常感興趣。這是由于越來越多地使用電加熱工藝，從而保證了我們的精確溫度控制、自動(dòng)化和功率控制效率。”

關(guān)于未來趨勢(shì)，阿古斯丁繼續(xù)說道：“日本很可能成為玻璃制造業(yè)未來新的革命性趨勢(shì)的發(fā)源地。他們的玻璃工業(yè)很廣泛，從平板玻璃制造到電子產(chǎn)品玻璃制造。亞太地區(qū)人口的增長、對(duì)環(huán)保建筑的需求的增加以及塑料容器的更換，必將推動(dòng)玻璃需求的增長。亞太地區(qū)國家，尤其是東盟地區(qū)的國家，對(duì)玻璃制造業(yè)的投資者來說仍然很有吸引力，而且玻璃制造業(yè)正逐年增加。盡管該地區(qū)現(xiàn)在只有不到10年的時(shí)間來減少碳排放，以遵守《巴黎協(xié)定》，但由于天然氣的價(jià)格低廉和易獲得性，天然氣仍然是點(diǎn)燃大多數(shù)爐子的最常用和首選燃料。這使得大多數(shù)玻璃制造商的所有者很難開始改變清潔電源。隨著時(shí)間的推移，這個(gè)行業(yè)需要不斷發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)更低的碳排放量，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)自己越來越多地參與到公司轉(zhuǎn)向電力來源的過程中。到2030年，日本需要將其排放量與2013年的水平相比減少26%。（7）Eurotherm解決方案非常適合這種情況，因?yàn)樗鼈冎荚趲椭a(chǎn)團(tuán)隊(duì)有效地管理電力使用。”

Eurotherm的全球玻璃業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理RenéMeuleman強(qiáng)調(diào)：“雖然日本已承諾成為一個(gè)以氫為基礎(chǔ)的社會(huì)，但研究和開發(fā)仍在進(jìn)行中，以確定是否能夠以可接受的價(jià)格水平在所需的數(shù)量和地點(diǎn)提供足夠的氫。因此，氫氣燃燒最終可能不是日本玻璃制造商的最佳選擇。此外，如果氫在其所有地區(qū)基地都不容易獲得，希望實(shí)現(xiàn)全球業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化的公司可能很難做到這一點(diǎn)。根據(jù)目前的信息，全電熔技術(shù)似乎仍然是許多地區(qū)最可行的解決方案。”

強(qiáng)大的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)

最終用戶、設(shè)備制造商和解決方案提供商都可以從Eurotherm control products提供的一系列節(jié)能功能和控制效率解決方案中獲益。例如，基于EPower Advanced SCR控制器的控制系統(tǒng)提供混合點(diǎn)火模式，以有效控制電加熱器，而預(yù)測(cè)性負(fù)載管理策略有助于將整個(gè)系統(tǒng)或電廠的峰值功率需求降至最低。EPack緊湊型電源控制器系列為加工機(jī)械提供占地面積較小的混合點(diǎn)火模式，而T2750 PAC等過程控制器為高精度溫度控制提供了基礎(chǔ)，同時(shí)也為全天候玻璃制造過程提供了所需的高可用性架構(gòu)。

“我們有一個(gè)強(qiáng)大的合作網(wǎng)絡(luò)，使我們能夠直接通過本地銷售和項(xiàng)目交付團(tuán)隊(duì)，以及通過當(dāng)?shù)卣J(rèn)可的解決方案提供商和分銷商網(wǎng)絡(luò)，為日本玻璃制造商和原始設(shè)備制造商提供產(chǎn)品和解決方案支持，