电子燃料解决方案助力碳中和系列文章——技术支撑与发展关键质谱分析赋能电子燃料精准生产

钱伯章 2025-12-31

电子燃料生产环节复杂对精准控制要求极高，过程质谱技术凭借快速、高灵敏等优势，贯穿CO₂捕获、绿色氢制备、费托合成全链条，提供纯度监控、故障诊断等支撑，为产业规模化与碳中和目标落地筑牢技术保障。

电子燃料的生产涉及碳捕获、水电解、催化合成等多个复杂环节，对过程控制的精准度要求极高。过程质谱（MS）分析技术凭借快速、多组分、高灵敏度的优势，成为贯穿电子燃料全生产链的关键支撑技术，为实现高效、低碳的燃料合成提供了可靠的分析保障。

电子燃料价值链的起点是CO₂捕获，包括工业碳捕获与直接空气捕获（DAC），其核心需求是确保CO₂纯度并监控杂质含量。DAC系统从大气中捕获低浓度CO₂（约400ppm），需精准控制过程以减少能源损失，过程质谱可快速完成多组分分析，3分钟内即可完成气相色谱60分钟的分析工作量，高效量化CO₂（80%-98%）、N₂（0%-15%）、O₂（0%-5%）等主要成分。尤为关键的是，质谱能直接定量水分及SO₂、NO₂等微量杂质，避免水分与杂质结合形成腐蚀性酸损坏下游设施，为DAC系统提供强大的腐蚀风险预警。随着DAC产能向年减数百万吨CO₂的目标扩张，质谱分析的作用将愈发不可或缺。

绿色氢作为电子燃料合成的核心还原剂，其纯度与来源验证是质量控制的关键。过程质谱可实时评估电解槽生产的氢气纯度，检出限≤0.02%，标准偏差低于0.05%，能快速诊断电解槽故障，例如通过监测氢含量变化定位液氧过量等问题。在来源验证方面，质谱的同位素比值测定技术可区分化石基氢与可再生氢——化石基氢的氘含量更高，通过双分辨率模式解析低质量离子，可精准测量150ppm附近的HD浓度，误差仅±5ppm，为绿色氢的可追溯认证提供技术支撑，助力碳核算标准的完善。

在电子燃料合成的核心环节——费托（FT）过程中，质谱分析实现了对反应过程的实时优化。FT过程需在高压（20-40巴）、高温（200℃-350℃）条件下，将CO与H₂催化转化为碳氢化合物，质谱可在20秒内完成反应器出口多组分分析，量化CO、CO₂、甲烷及多种碳氢化合物中间体，为催化剂性能优化提供近乎连续的反馈。西班牙毕尔巴鄂炼油厂的试点项目已应用该技术生产eSAF，契合欧盟2050年机场70%航空燃料为可持续燃料的目标。

总体而言，过程质谱技术以其速度、稳定性与动态范围的综合优势，覆盖了电子燃料生产的全链条关键节点，从原料纯度监控到产物质量优化，再到来源可追溯认证，为电子燃料的规模化、高质量生产提供了核心技术支撑，成为推动电子燃料产业发展、助力碳中和目标实现的重要保障。

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