中科院士李燦:太陽能燃料甲醇可解氫能「制儲運加」難題

2020-09-03 索比光伏網

中國科學院院士、中科院大連化學物理研究所研究員李燦在研討會上發表了題為「可再生能源電解水制氫及液體太陽燃料合成進展與展望」的演講。他指出,氫能發展初衷就是要解決低碳、生態等問題,可再生能源制氫是未來發展的方向,而太陽燃料甲醇技術是儲能技術,應用中具有多重優勢。

李燦表示,氣候變化可導致嚴重的後果,近年來頻發的洪災、森林大火等極端天氣都與之相關,有研究表明,甚至氣候變化會引發冰川和凍土中的病毒復活。而造成氣候變化的重要原因是人類工業革命開始大規模過度開發利用化石資源,造成二氧化碳等溫室氣體和汙染物排放,破壞了生態平衡。

李燦認為,氫能的發展不能背離初衷,站在低碳、生態角度,長遠看,用光伏、風電、水電、核電制綠氫是未來發展方向。在氫儲運方面,要達到美國DOE制定的7%儲氫質量密度工業化標準非常困難,目前仍是基礎研究重點。而太陽燃料是解決這一難題的新思路。氫能的應用領域並不局限於燃料電池應用,綠氫在煤化工、石油化工綠色發展中應用廣泛,而綠氫合成甲醇也可替代汽油在交通領域的應用。

李燦介紹,地球能源來自太陽能,廣義的太陽能包含了常見的風電、水電、生物質等多種可再生能源。在可再生能源制氫中,直接從太陽能製取氫氣包含多個技術路徑,其中光解水和光電催化分解水工藝簡單,理論上可以低成本獲取,是很有吸引力的方向。光電催化分解水效率已經逐步接近工業化應用,但光催化還處在基礎研究階段。

李燦表示,從規模、設備投資、穩定性來看,電催化分解水已成熟,來源可以是光伏發電、水電、風電、甚至核電,「電催化分解水制綠氫是綠色能源轉成綠氫的最為有效的途徑」。在電解水制氫三種主流技術中,液體鹼性水電解和固體聚合物SPE水電解技術較為成熟,傳統的鹼液電解水的效率較低、能耗較高,但穩定性好,價格相對低廉,壽命長達10年~20年;而SPE水電解規模化和穩定性還在進一步提升中。李燦認為,判定電解水制氫能否大規模應用在綠氫生產中需要解決三個問題:大規模、低能耗和高穩定性。

李燦介紹,其團隊一直致力鹼性電解水催化劑的研究,可以較好地解決上述三大問題。鹼液電解槽規模可以做得很大,目前規模可做到1000Nm3H2/h,而通過催化劑可將能耗降至4.0KWh/Nm3~4.2KWh/Nm3,遠超業界平均水平,穩定性在實驗室可達到8000小時~1萬小時,工業化驗證效果也非常不錯。

就可再生能源制氫成本來看,電價和電解水效率影響成本最大,這兩點在目前都已發生很大變化。如果採用0.25元/KWh電價,制氫成本可與天然氣制氫相當。而針對棄風、棄光、棄水的電已低於這個電價。電價若在0.15元/KWh,制氫成本可與煤制氫相當。據李燦介紹,我國西南地區汛期大規模棄水電價甚至可以低於這個價格。另外,可再生能源制氫實現零碳排放過程,社會效益和生態效益巨大。

對於氫的儲存運輸難題,李燦團隊採用二氧化碳加氫制甲醇進行儲存,提出了太陽燃料、液態陽光的思路。蘭州新區液態太陽燃料項目2018年啟動,今年1月試車成功。李燦表示,該項目採用10MW光伏電解水制氫,採用電解水制氫裝置,單套規模達1000Nm3H2/h,利用新研發的電解水電極催化劑,能量效率達80%以上,綠氫與從化工企業收集來的二氧化碳進而合成甲醇。

太陽燃料甲醇使用廣泛,既是優良燃料,又可用作汽油替代燃料,也可用在鍋爐供熱。其質量儲氫密度可高達18.75%,且儲存和運輸安全。

與傳統加氫站不同,李燦提出,使用太陽燃料甲醇為氫源的加氫站新方案,新方案具有多重優點,可緩解高壓運輸、儲存和加氫中的安全問題,可實現二氧化碳回收和全流程清潔目標,還便於實現油、醇、氫共站的新局面。據李燦透露,太陽燃料甲醇加氫站已籌備在張家港進行示範工程,預計今年9月建成。

中國改革報

相關焦點

  • 中國科學院院士李燦:太陽燃料合成是未來減排的根本途徑之一
    >——訪中國科學院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員、潔淨能源國家實驗室(籌)主任李燦將太陽能轉化為可儲存、可運輸的燃料(太陽燃料)被認為是科學界「聖杯」式的難題。太陽燃料合成是指利用太陽能、風能、水能等可再生能源分解水(光解水或電解水)製備綠氫、將二氧化碳加氫轉化制甲醇等液體燃料,把可再生能源存儲在液體燃料中。
  • 李燦院士:發展可再生能源才能從根本實現碳減排
    第四,在能源轉化過程中,一個非常重要的問題是如何將可再生能源轉化為液體燃料。因為目前包括太陽能在內的絕大部分可再生能源都用於發電,而能源需求的另一個重要難題是需要可儲存、可運輸的液體燃料。故將太陽能等再生能源轉化為液體化學燃料是一個巨大而緊迫的挑戰,這個過程也可稱之為「人工光合成」太陽燃料,即由可再生能源轉化二氧化碳和水合成的燃料可泛稱為太陽燃料。
  • 甲醇燃料電池制氫的優勢將會更加明顯
    澳大利亞國家工程院外籍院士、南方科技大學清潔能源研究院院長劉科在日前於重慶召開的國際甲醇汽車及甲醇燃料應用大會上表示,將甲醇即時轉化為氫能的車載甲醇制氫技術,或能很好地解決以上痛點。「而且1L甲醇的產氫量是1L液氫的2倍,是非常好的液體儲氫、運氫載體。」
  • 四位院士的碳達峰、碳中和之思
    李燦:不斷探尋儲能新模式「有研究顯示,用甘肅到新疆戈壁灘不足70%的面積建光伏電站,效率達到10%就可以支撐全國的能源消耗。」全國政協委員、中國科學院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員李燦表示,現在面臨的問題是如何高效地將太陽能轉化為人類可用可儲存能源的問題。
  • 四院士談碳達峰、碳中和目標
    可再生能源是一個完整的技術體系,不僅需要太陽能、風電等,更需要氫能作為能源載體和儲能方式配合可再生能源形成真正的新能源體系。 而作為未來儲能的重要方式——電動汽車與燃料電池車,將發揮重要作用。
  • 千噸級「液態太陽燃料合成示範項目」通過科技成果鑑定
    「液態太陽燃料合成示範項目」是中國科學院大連化學物理研究所李燦院士根據我國能源與生態環境現況建議在西部地區先行先試的一個千噸級示範項目。據李燦介紹,我國可再生能源潛力巨大,二氧化碳減排任務艱巨。如何利用可再生能源替代化石燃料、保障液體燃料供給,實現低碳經濟,成為關係我國能源安全及經濟可持續發展的重要課題。
  • 中國首個太陽能燃料合成工程快速推進,發電造甲醇,背後是何原因
    作為國內首個液態太陽能燃料合成二氧化碳加氫合成甲醇技術開發項目,實現利用太陽能等可再生能源發電,從而電解水制氫及二氧化碳加氫合成甲醇。這樣做有兩個好處:利用太陽能發電,使用電力製造氫氣,捕獲二氧化碳,製造出液態燃料甲醇,方便能源流通。2.西部電力資源豐富,將電力能源轉化,降低傳統電力基礎設施建設壓力,實現能源運輸、使用精細化。
  • 新能源增速將翻番,氫能和液態陽光能解決它的間歇性問題?
    但風光等新能源具有間歇性、不穩定等特性,如何解決這一難題,成為業內探討的問題。國務院原參事、世界綠色設計組織主席石定寰在會上表示,除加大再生能源的開發利用以外,還需提升能源效率,降低能源消耗水平,建立智慧能源系統。
  • 氫能「子母站」模式叫好不叫座
    形成氫能供給「區域網」  據記者了解,制氫加氫「子母站」採取分布式供氫模式,即母站集制氫加氫為一體,子站為純加氫站,母站與子站之間可採用長管拖車運輸, 母站總裝置內的制氫站以制氫原料劃分,可分為天然氣制氫、甲醇重整制氫及電解水制氫三大類。  「『子母站』這一模式從功能、氫的來源和儲運方式上都與現有的制氫加氫模式有所區別。」
  • 院士專家聚首張家口,為能源發展精準把脈!
    如何利用可再生能源替代化石燃料、保障液體燃料供給,實現低碳經濟,成為關係我國能源安全及經濟可持續發展的重要課題,而液態太陽燃料合成提供了一條從可再生能源到綠色液體燃料甲醇生產的全新途徑,其利用太陽能等可再生能源產生的電力電解水生產「綠色」氫能,並將二氧化碳加氫轉化為「綠色」甲醇等液體燃料,被形象地稱為「液態陽光」。
  • 研究周報 | 從氫的獲取和儲運看,燃料電池離我們還有多遠?
    氫能相比於其他能源方案有顯著的優勢:儲量大、比能量高(單位質量所蘊含的能量高)、汙染小、效率高、可貯存、可運輸、安全性高等諸多優點。日本一直將氫能視作能源的終極解決方案,在固定領域、運輸領域和可攜式領域都進行了積極的研發,車企在燃料電池汽車方面的開發更是走在前列,並已經樹立了相當堅固的技術壁壘。
  • 太陽能分解水 構建一片「氫農場」
    【能源人都在看,點擊右上角加'關注'】北極星太陽能光伏網訊:近日,中國科學院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員李燦團隊在《德國應用化學》發表的一項成果,引起了業界的關注。他們提出並驗證了一種新的太陽能分解水規模化制氫策略——「氫農場」策略,並使太陽能光催化分解水制氫效率創世界紀錄。