纸视界网12月17日讯：据美国行业媒体Innovation New Network（INN）报道，美国能源部对工业脱碳目标实施重要投资，制浆造纸行业在列。以下为Innovation New Network对美国工业效率和脱碳办公室主任 Avi Shultz博士的采访稿。纸业商会将其编译如下。

工业脱碳之旅既是一个重要的挑战，也为创新提供了巨大的机遇。随着美国能源部寻求引领这一变革，理解在关键工业部门减少温室气体排放所开发的策略和技术至关重要。

最近，通过《减少通货膨胀法案》和《两党基础设施法》的资金注入，能源部准备加速近期技术的发展，这些技术旨在解决能源密集型行业产生的巨大排放问题。

为了探讨能源部在促进技术创新与合作方面的承诺，创新平台采访了工业效率与脱碳办公室主任Avi Shultz博士，讨论如何确保可持续的未来，以实现与2050年净零经济目标一致的战略。

美国能源部如何努力加速工业脱碳？目前该领域的重点是什么？

工业脱碳带来了重大挑战，需要美国能源部的协调努力。近期《减少通货膨胀法案》和《两党基础设施法》的授权和资金激励我们推动展示近期技术的举措，旨在减少工业温室气体排放。

与电力和交通等部门不同，工业部门在技术进步方面面临明显差距。综合分析表明，虽然我们可以通过现有的、具有成本效益的技术有效减少约40%的排放，但仍需重大创新和发展以全面解决剩余排放。我们的重点现在必须是支持技术的增长，以在工业领域实现更广泛的脱碳努力。

目前，至少60%的排放来自缺乏经济有效实施技术的行业。这正是工业效率与脱碳办公室发挥作用的地方，致力于以经济可行且快速部署的方式开发这些技术，目标是到2050年实现完全的净零经济。

美国能源部最近宣布投资超过4300万美元以支持跨部门技术的发展，以推动脱碳。您能否详细说明并解释其重要性？

该办公室通过两项互补战略来满足工业脱碳的技术开发需求，一方面在我们办公室内部进行，另一方面与能源部其他办公室合作。

第一项战略强调行业特定的创新，针对化学、钢铁、水泥及混凝土、食品和饮料以及纸浆和造纸制造等高排放行业。我们的目标是促进可持续技术的发展，使这些能源和排放密集型行业实现全面脱碳。鉴于这些行业约占美国工业部门排放量的65%，解决它们的具体挑战至关重要，但这只是整体解决方案的一部分。

作为补充，我们还优先发展跨部门技术。此举专注于所有工业部门共同面临的挑战，旨在创建能够满足特定行业独特需求的解决方案。战略包括工艺加热技术的进步、能源效率的提升以及低碳燃料的使用。

在此次融资机会中，我们着重强调了三个具体重点领域。第一个领域是工业供暖电气化。尽管我们在电网脱碳方面取得重大进展，但大多数工业过程加热（占所有排放的近一半）仍依赖于现场燃烧化石燃料。我们的目标是开发电气化供暖技术，消除此类现场燃烧，实现向电力的过渡，以便更快进行脱碳。

我们还旨在减少工业设施生产同样多的制成品所需的总能源。在此次融资机会中，我们确定了两个具有巨大节能潜力的关键领域。

首先，我们着眼于优化热交换器的性能。如前所述，近50%的排放源自工艺加热，这些环境中循环着大量热能。通过提高换热器的效率并降低成本，我们可以显著减少相关的热浪费，从而降低设施的总体能耗。

其次，我们专注于开发新型膜分离技术。传统上，化学产品的分离是通过蒸馏进行的，需加热混合物以利用其组分的不同沸点。这一过程尤其耗能，特别是在化学行业，但它也影响其他行业。

许多过程涉及干燥和脱水，这同样非常耗能。例如，造纸厂从纸浆中去除水通常涉及将水煮干，需要消耗大量的加热能量。

通过将混合物推过只允许一种成分通过的膜，我们可以有效地分离各成分。例如，在纸浆厂中，水可以穿过膜，而纸浆留在另一侧。然而，这一过程比简单地在纸浆厂中分离水更为复杂，因为所涉及的液体具有高度腐蚀性，需要进行重大的创新来开发合适的膜材料并优化系统设计以实现最大效率。

此外，我们还关注另一项对工业设施至关重要的跨领域技术机会：废水及湿废物的处理。

废水处理是温室气体排放的重要来源，主要由于净化过程中所需的能源。近年来，城市污水处理厂的定位已被重新定义为水资源回收设施（WRRF）。这种命名变化突显了降低处理能耗和回收废水中宝贵资源的潜力。

这些资源中包括能源相关的资源。如果不进行处理，废水在净化过程中会释放大量温室气体。水中的有机废物会产生甲烷及其他温室气体，特别是一氧化二氮，它由市政及农业废水中的氮输入产生，对温室气体效应有相当大的影响。

我们首要关注的是开发能够降低这些设施的能源需求的技术，同时捕获并将高能量和强效温室气体转化为有用产品。例如，我们的目标是将这些气体转化为可再生天然气，这样便可用于为处理设施或其他工业运营提供能源。此外，我们正探索节能策略，以最大化减少废物流中进一步释放的温室气体。

您能否详细解释这笔资金将支持的项目？

在第一个重点领域，工业热电气化方面，我们非常期待一个涉及热能存储的项目。该办公室正在资助一家位于加州的初创公司RONDO Energy，开发这一技术。

工业设施通常全天候运作，以最大化其高资本设备的效率。然而，运营常常遵循工人轮班的时间表，通常为上午9点至下午5点或设定的其他班次。运营灵活性的这些限制在与风能、太阳能等间歇性可再生能源对接时带来了挑战。尽管核电站能够提供持续的能源，但并不总能满足每个工业设施的具体需求。

将低碳电力与工业设施的能耗需求相匹配是一个挑战。这是热能存储变得至关重要的地方。虽然电池是能量存储的一种选择，但它们的成本通常很高。我们认为使用如RONDO开发的热存储技术（包括加热砖或固体材料）提供一种更具经济性的解决方案。

这种方法使我们能够将清洁电力的生产与消费脱钩。RONDO制造的高温砖能够高效储存能量，并按需释放到工业设施中。我们认为热能存储是一项关键战略，并期待看到RONDO在即将与我们合作的项目中实施的创新。

此外，我们对马萨诸塞州伍斯特理工学院领导的另一个创新项目充满期待。该校实验室开发了小规模测试新电气化过程加热技术的能力，适用于各类干燥过程，特别是食品和纸业。借助我们办公室的早期资助，他们将进行测试并增强设施的能力，着眼于激光和超声波加热技术的集成，评估其在这些工业过程中的有效性。

佐治亚理工学院也开发了激动人心的创新，能显著改善氧化石墨烯膜的可制造性，同时减少分离过程中的能耗。该项目旨在提高膜中能量的高效利用，特别是对于纸浆和造纸系统，其中需要将腐蚀性液体与最终产品分离。他们正在推进一项有前途的技术，采用氧化石墨烯这一在科学界颇受推崇的材料，并且几家公司正在积极致力于基于此材料的膜的商业化。

而在废水处理和湿有机废物管理方面，我们正在与费城市开展合作。鉴于许多水处理设施由市政运营，我们正与费城水务部门紧密合作，开发一种名为自热热解的工艺。这种方法有效地将废水流中的生物固体（尤其是有机废物）转化为有价值的产品。

我们正与多所大学和一家工程公司合作创建一个新的反应堆系统。该创新系统旨在显著提高从废水中提取生物固体的能力，最终将其转化为有用的产品，特别是肥料。

在废物处理中实施自热热解工艺的一个关键优势是其显著降低污水处理厂的污泥生成潜力。污泥在物流和能源效率方面提出了巨大的挑战，通常占用大量体积并且含水量高，使干燥过程能源密集且处理繁琐。

目前，许多污水设施依赖低效方法来管理污泥。然而，费城正在开发和展示的创新技术可以减少约85%的污泥量。这种显著减少不仅会降低干燥所需的能源，还能减轻与去除污泥相关的后勤困难。归根结底，我们认为这一进展在水资源回收设施的成本效益和提高能源利用率方面提供了互惠互利的结果。

此外，在我们宣布的同时，我们也推出了由亚利桑那州立大学主导的美国制造研究所EPIXC的全新倡议。EPIXC代表无碳工业电气化过程，是一个由亚利桑那州立大学牵头的多组织机构，致力于行业、学术界、国家实验室和劳动力培训组织间的强有力合作。

这笔资金如何符合美国的总体脱碳目标？

工业部门约占能源相关温室气体排放的30%。当考虑到非能源相关排放，如水泥生产中产生的二氧化碳时，这一比例上升到美国总温室气体排放的近38%。这一显著比例突显了解决这些排放的迫切需要。

必须认识到，这不是一个固定目标。预计工业部门将增长，若不进行干预，到2050年排放可能会增加约30%。这一估计甚至未考虑近期推动美国工业活动激增的有希望的制造业机会。

这一现状揭示了我们面临的挑战的严重性。正如能源部长詹妮弗·格兰霍姆常提到的，工业部门生产着我们赖以生存的重要产品，但与此同时，也产生了不可忽视的排放。

我们的目标是解决工业脱碳的挑战，同时保持美国企业的竞争力。需要强调的是，我们的脱碳策略并不意味着去工业化；相反，我们希望在工业部门内激励增长。我们的重心在于培育美国工业成功所需的创新技术和策略。

随着全球能源转型的推进，我们见证了新市场的崛起和消费者对脱碳产品需求的增长。通过推动这些脱碳技术，我们不仅能增强美国工业在国内外市场的竞争力，还能减少排放。

福特和沃尔沃等公司近期承诺寻求脱碳钢铁和铝材，以实现其供应链的可持续发展，正是这一潜力的生动体现。我们非常期待这一进展为美国工业在全球市场的繁荣发展创造的机会。

为何研发和创新在脱碳过程中如此重要？

我们的分析及各种组织进行的类似研究表明，工业部门在减排方面的关注度历来是最低的。

能源部（DOE）致力于改变这一现状。我们启动了一项60亿美元的示范程序，由近期的美国立法资助，并由清洁能源示范办公室负责监督。该计划旨在加速推出用于工业脱碳的近期技术解决方案。

工业效率与脱碳办公室是与工业脱碳路线图一同设立的，该路线图概述了实现脱碳未来所需的关键技术。