因为风电、光伏、储能技术进步和成本下降，碳中和要求下的能源系统转型呈现出“以电为纲”的特点。在工业领域的一个重要的发展就是各种Power-to-X，X可以是各种工业品（氢气、甲醇等等），这种电气化进程会重塑工业生产方式。最近EES的一篇新文章讨论了用直接空气捕集（得到原材料CO2）+水解制氢（得到原材料H2）+然后进行甲醇生产的技术经济性。笔者借此讨论“以电为纲”的能源转型如何重塑工业生产方式。
第一，电气转型重构工业地理。中学钢铁工业地理讲到钢铁厂或靠近铁矿石产地、或靠近煤炭产地、或靠近市场。
在碳中和转型下，电的成本和碳的成本突出，因此工厂的工业地理格局又增加了电力和碳排放因素。一些依赖电力的工业生产会靠近风光资源区，靠近废热资源区（也是工业生产整合）；储能、储氢对于稳定化工生产很重要，所以也可能靠近地理储氢区，或者依赖化石燃料并靠近碳封存区。这篇文章就发现风电资源对于作者设计的这种生产组合的经济性影响很大。
第二，重构产业链和产业布局。类似用碳捕集与水解制氢生产甲醇，很多之前的不存在的产业组合将重新布局。
第三，生产灵活性要求增加，工业设备从现在“上大压小”到未来“上小压大”+智慧生产。过去十多年，工业设备经常追求“大”，类似1000MW锅炉、日产1万吨的水泥生产线等等，这是因为规模效应，大的设备效率高。
但前提是原材料和能源是稳定供应的。但在风光电力主导的碳中和转型下，这个前提不再成立了。电力在风光在的时候才便宜、氢能生产也是时有时无，碳捕集CO2也类似。
很多工业生产过程是需要稳定的，化学反应需要持续进行、温度需要保持，忽开忽关忽高忽低都不太行。在这样的情况下，可能就需要用多个小的锅炉/反应器代替一个大的锅炉/反应器，这样需要时关停几个，不太影响整体的效率。类似的，如何能够促进工业过程能够需求侧响应，也会是一个重要的发展方向。
这篇文章也指出，用多个小的反应器比用一个大的反应器成本低得多，多很多。
第四，碳循环工业需要重塑碳价的计算方式。“碳循环经济”是很多石油生产国家、化石燃料企业提出的概念，（显然有继续投资化石能源、拖延减排的考虑）。化工生产的碳和氢，形成各种形形色色的最终产品，其“碳利用”的减碳实际上取决于这些产品的寿命，如在建筑中，这个碳就或被封存近百年；如用在日用品，可能只封存几年。所以当计算这些碳的时候，显然不能一律按1吨碳来处理。所以上述生产过程——直接空气捕集（得到原材料CO2）+水解制氢（得到原材料H2）+然后进行甲醇生产——是多少负碳？如何计算企业负碳的收益，是一个需要厘清的复杂问题。
第五，目前工业电气化（特别是涵盖电解氢的工业过程）的一个重要问题就是：电网电还是可再生能源电。用电网电生产稳定、成本低、但是排放高，用风光电虽然排放少，但是风光间歇性对需要稳定供能的工业生产过程带来很多挑战。目前在中国、印度、美国、欧洲基本上是电网电便宜但排放高，自备风光需要加储成本高，在未来的电气化过程中，大工业会自备风光储，还是依赖清洁电网？
图片：不同生产方式的成本，总之单个反应器+储存特别高；多个反应器也需要尽量不投资那些不怎么用的储能和储氢。电网便宜但排放高。
本期文献：Fulham, G. J., Mendoza-Moreno, P. V., & Marek, E. J. (2024). Managing intermittency of renewable power in sustainable production of methanol, coupled with direct air capture. Energy & Environmental Science.
