为什么分子主宰当前的能源系统

作为能源转型的关键因素，电力供应的脱碳受到了很大关注 - 主要是通过引入大量间歇性可再生能源，导致分布式电力系统。ICT和数据管理的引入将使运行稳定可靠。更多的能源服务将通过电力作为关键能源载体提供给最终客户。需求灵活且受控制，电池存储将成为平衡因素。这篇简短的论文引起了对这一总体思路的关注和质疑，尽管很明显它将成为未来能源系统的核心。为了避免误解，如果电力系统是为用户提供电能的电力系统，而能源系统涵盖所有类型的能量向量，

在比较能源的使用与电力供应时，很明显电力只是一个有限但非常重要的因素。例如，2016年在比利时，提供81.4 TWh的电力（产生85.4 TWh）。随着越来越多的嵌入式发电（在用户现场产生）被引入（例如CHP，现场风力涡轮机，PV），这些数字变得不那么清楚。比利时的总能耗为489 TWh（电力，天然气，石油，煤炭，生物质，废物......）。一次能源使用量为657 TWh，还包括作为化学产品，钢铁和核燃料基础的能源使用。很明显，作为能量供应载体的电力不占优势，为16.6％。在观察欧洲的情况时，情况也是如此：电能的总发电量为3255 TWh，而18

在考虑能源需求时，不应该从能源消耗开始，而应从社会所需的能源服务开始。可以区分三组。

1. 首先是建筑物：住宅，商业/办公室以及学校和医院等特殊用途建筑。一般来说，能源供应现在包括电力和热源，主要是天然气，但也包括石油，煤炭，生物质和电力。对于热水，太阳能热装置在欧洲南部当然是常见的做法。
2. 第二是交通：汽车（最常见），公路货运，内陆和海运以及飞机。它们构成了石油基燃料的主要用途。对于公共交通和货运列车，使用电力和石油的混合物。
3. 对于大型消费者，工业通常使用电力和天然气。石油（化学），煤（钢）和生物质（纸和纸浆）用作碳基原料。数据行业，特别是大型数据中心，对可靠电能的需求不断增长。对于该行业的其余部分，能源来自电力，天然气和石油。

能源服务的电气化限制

将来自可再生能源的电力替换为现有能源并不总是显而易见的。未来将通过一种称为电力 - 气体的技术，为价值链的不同部分提供分子。功率 - 气体是一种能量存储技术，其中电能以气体形式转换成化学能。毕竟，天然气比电力更容易储存。显然，这些分子必须来自无碳发电，否则将无法实现向无碳系统的能量转换。研究了社会所需的不同能源服务的分子潜力。

让我们从建筑物开始

住宅楼将继续需要电力。可以使用热泵使加热和冷却带电，包括自来水所需的热量。水箱可以与电池和PV板一起用于存储和灵活性。根据当地绿色热能的可用性，可以使用热网供热，然后用作热泵的输入。由于私人车辆或其他移动资产（例如电动自行车）的充电点，可能会看到额外的电力需求。在邻域内，可以安装分子的集中存储（例如使用本地产生的最小分子氢），以在电网断开的方法中在本地基础上克服“Dunkelflaute”。

对于办公室和商业建筑，用于冷却和加热的热泵将是最合适的选择。屋顶通常远远不足以提供必要的能量，并且必须预见到与中压电网的连接，可能与热网并联。电动车辆可以参与挑战，因为可以在停车场中提供充电点。该系统可能不需要分子; 由于对建筑外壳的投资，对能源的需求减少了。Dunkelflaute的备份将在远处进行，更集中。

特殊建筑物需要具体答案。例如，学校有很多屋顶，但在阳光充足的时期使用能源非常低。然而，它们可以作为医院的能源供应商，例如，能源的可用性至关重要。分子的使用率很低。大多数使用柴油发电机。这里需要分子，无论是旋转机器还是使用燃料电池。也许在老年人的家中也会变得相同：可靠的电力是需要分子的救生员（例如使用辅助呼吸设备）（例如移动式小型发电机组）。

在考察大型，能源密集型行业时，对分子的需求是显而易见的 - 作为能量载体，但更多的是作为基本材料或作为过程的一部分。对分子的这种需求将极大地增加总体能量需求：从CO2和H2O产生一分子甲烷作为化学过程的输入，需要比分子中包含的能量更多的能量，这在天然气。该行业的一部分可能需要用于特定应用的分子，例如用于小型和专业化学。这必须根据具体情况进行研究。

列举已经表明，向无碳系统的能量转变将需要在不同的地方使用分子。这远远超过了一般性的解决方案：在冬季通过“Dunkelflaute”的分子，即穿越较长时间的无风和太阳能输入。

运输和工业消费者可以没有分子？

人们常说，如果我们看一下运输部门，天然气在未来的作用会更加明显。但重要的是要记住，各种流量需要不同的方法。

第一种方式是“两轮”方式。电动自行车正变得非常受欢迎，包括高速，速度智能电动车，可以替代非常受欢迎的轻便摩托车（尤其是城市的送货服务）。这种速度电动车的电池能量为500至600 Wh。电动自行车有点小。这种类型的运输将不再需要分子。

摩托车正在寻找他们的电动同系物，虽然比电动汽车慢。然而，从长远来看，不需要分子。对于个人移动性的电动汽车也是如此。

道路上的货运尚不清楚。推出了第一款高功率卡车，西门子尝试了另一种方法，高速公路采用悬链线进入电网。然后电池将仅用于“第一”和“最后”英里。对分子的需求将很低甚至消失。

铁路，公共汽车和当地交通将日益电气化。对于长途公共汽车和货运列车，分子可能仍然是最好的能源。

内陆航运将看到电气化。目前还不清楚电池是否能够具有足够的能量密度来覆盖长途旅行，同时不会增加太多的重量并且需要太多的空间。在这里，分子可能起着关键作用。对于海运航运而言，这是更高的水平：电池永远无法满足覆盖这种能源需求所需的能量，而分子将是关键。

对于分子将成为关键因素的飞机也是如此，尽管已经迈出了短程小型电动飞机的第一步。无人机，它将在未来的移动性（在交付服务，但在城市的出租车）中具有重要的地位已经是电力供应。

在这个时刻没有做出选择，有不同的分子可用，都有利弊。剩余的可再生电力用于产生分子，因此重要的是要考虑产生分子所需的能量。

氢气效率最高，但需要新的基础设施进行储存和运输。它只在极低的温度下变成液体，需要大量的冷却能量。甲烷与天然气是同一分子。因此，现有的基础设施可以进一步使用。生产甲烷（来自H2O和CO2）的效率比氢气差，但液化需要的能源要少得多。甲醇是最简单的酒精。效率低于甲烷，但该分子在室温下是液体。因此，选择并不明显，但有保证：分子将在未来的脱碳能源系统中出现。