2019年12月9日，美国能源部国家能源技术实验室（NETL）总结了2019年该实验室在利用化石燃料发电、生产燃料和化学品，以及开发用于炼油及天然气开采过程的先进能源分析模型的创新研究成果^[1]。相关成果主要围绕3个方面：推动先进传感器商业化，煤气化转化，能源分析。

　　一、推动先进传感器商业化

　　利用拉曼激光光谱技术，通过激光与分子相互作用以提供气体的表征信息，开发出拉曼气体分析仪，可持续监测燃烧过程中的气体成分，实时控制燃烧过程，进而提高天然气发电厂的运行灵活性，以提高发电效率。同时，在测试平台上对该仪器进行测试，推进了技术的商业化，未来将在全美天然气发电厂中推广使用。

　　二、煤气化转化

　　NETL 2019年启用了最先进的反应分析与化学转化平台（ReACT），研究包括微波在内的反应科学，以推进煤气化技术发展，从而提供更清洁、低成本的能源和有价值的化工产品。传统煤气化的加热工艺成本和能耗偏高，因此，NETL正致力于研究如何使用微波在分子水平上实现快速且准确的加热，获得了如下成果：

　　1、微波增强合成氨。通过与DOE先进能源研究计划署（ARPA-E）合作，NETL团队已经证实利用负载型金属催化剂体系，使用微波辐射可在较低的温度（300℃）和环境压力下实现更高的氨产量，大量节约水和能源消耗。

　　2、改进载氧体提高气化炉性能。NETL正研究将金属氧化物用作载氧体，为气化过程提供氧气，以削减气化成本，最大限度提高效率。为了确定合适的载氧体，研究人员设计了新的载氧体组成，可快速有效地输送氧气。通过添加化学成分，对特定属性进行微调，如工作温度和氧气的输送速度。研究人员已经确定了钙钛矿系列中的几种有前景的材料，这些材料生产成本低，不仅可用于气化系统，在其他能源技术领域也具有巨大应用潜力。

　　3、能源分析

　　（1）升级炼油厂生命周期模型。该研究升级了炼油厂生命周期清单模型（PRELIM），以提供更完整的环境生命周期清单，进而获得炼油厂对环境的影响，作为生命周期分析研究的一部分。原有PRELIM提供的结果仅限于能源消耗和温室气体排放信息，NETL在模型中增加了一些评价标准，包括空气污染物、危险性空气污染物、废水和固废排放以及废物管理，其数据源于各种公开可用的数据源。这些数据的增加，能够更全面地分析与炼油作业相关的潜在环境影响。

　　（2）调查天然气生产过程排液情况，通过案例分析说明甲烷定量研究对提高美国天然气生产效率的重要性。该研究强调，在对甲烷排放进行估算时，需要考虑排放源的变化和区域差异，通过确定甲烷排放源和改进排放评估，帮助研究机构开发减少甲烷排放的清洁技术，以确保公众的健康和安全。排液是天然气生产中的重要环节，天然气生产过程中经常在井内发生积液，必须定期排液以确保气体流动和维持生产，但该过程会将甲烷释放到大气中。研究人员集中研究了美国18个产能最高的天然气盆地，并研究了不同的排液方式，开发了多参数统计评估模型，这些参数会影响排液作业的甲烷排放量。通过数千次迭代模拟发现，天然气盆地内和不同盆地之间的甲烷排放量差异很大，圣胡安盆地和落基山地区的平均甲烷排放率最高。还发现一小部分排液频率高的天然气井甲烷排放在总排放量中占极大份额，这些天然气井被称为“超级排放源”，这一计算结果与现场观测结果吻合，表明了模型的准确性。

　　（岳芳）