电驱动尿素直接合成技术潜力探索：耦合超临界二氧化碳发电系统的电催化工艺技术经济分析

本文创新性地提出将空气分离装置(ASU)、超临界二氧化碳(SC-CO2)发电系统与直接电化学反应器集成，构建工业化尿素生产新路径。研究表明，采用Pd/TiO2催化剂在50%法拉第效率(FE)时，尿素平准化成本(LCOU)可降至760美元/吨；但当前技术条件下LCOU仍高达1514-3713美元/吨。该研究为碳中和目标下实现节能减碳的尿素生产提供了重要技术经济参考。

　　

Highlight

本研究的亮点在于构建了包含空气分离装置(ASU)、超临界二氧化碳(SC-CO₂)发电系统（Allam循环）和直接电化学反应器的工业级尿素生产体系。这种集成系统能自主供应电化学反应所需的电力及原料(O₂、N₂、CO₂等)。

Process simulation results

工艺模拟结果

图4和图5展示了ASU与Allam循环集成系统的物流信息及主要设备能耗数据。模拟显示，当采用Pd/TiO₂催化剂实现50%法拉第效率(FE)时，在年产量70万吨规模下尿素平准化成本(LCOU)可优化至760美元/吨_Urea^-1。

Conclusion

结论

当前电催化剂的法拉第效率(FE)仍较低，导致尿素生产成本居高不下。要实现经济可行性，必须进一步提升电催化剂性能并优化工业系统集成方案。该研究为开发绿色尿素生产工艺提供了重要技术经济框架。

CRediT authorship contribution statement

作者贡献声明

Aejin Lee：负责原始稿件撰写、软件建模及数据分析；Yus Donald Chaniago：主导方法论构建与验证；Hankwon Lim：统筹项目资金与整体设计。所有作者均声明无利益冲突。

Declaration of competing interest

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本研究结果的财务或个人利益关系。

Acknowledgment

致谢

本研究获得韩国国防发展局(UD250001TD)和韩国产业技术评价院(KEIT)技术创新项目(2410000010)资助。