「液態陽光」讓「碳中和」更近一步｜專家探討綠色能源未來

作者 |韓揚眉

液態太陽燃料合成示範裝置 中國科學院大連化學物理研究所供圖

當前，化石能源逐漸面臨枯竭，全球氣候變化與環境汙染問題愈發嚴峻，發展綠色清潔的可再生能源已成為擺在人們面前的重要課題。

近日，在蘭州舉行的「綠色氫能和液態陽光甲醇高端論壇」上，來自國內18名院士、逾百名知名專家學者共同圍繞可再生能源、氫能、甲醇應用以及綠色能源新興產業發展，深入探討綠色能源的未來。

專家們表示，綠色氫能和液態陽光甲醇是新時代背景下發展綠色能源的重要路線之一，對保障國家能源安全、實現碳減排具有重要意義。

太陽能轉化利用促進碳中和

不久前，中國提出提高國家自主貢獻力度，採取更加有力的政策和措施，力爭二氧化碳排放於2030年前達到峰值、2060年前實現碳中和。

對於我國而言，「零排放之路」道阻且長。英國石油公司BP世界能源統計年鑑數據顯示，2019年，我國二氧化碳排放總量佔全球29%，已成為世界第一，二氧化碳減排任務十分艱巨。

「從長遠來看，通過可再生能源高效利用，才可以徹底有效地解決我們面臨的能源、環境和資源問題。」中國科學院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員張濤在主旨報告中表示。

多元化、低碳化、清潔化已是未來能源的發展趨勢。英國石油公司BP發布的《世界能源展望（2020年版）》報告也指出，2050年前全球能源需求仍將繼續增長一段時間，但能源結構發生根本變化，化石燃料持續降低，可再生能源不斷增長。

在可再生能源中，太陽能取之不盡、用之不竭，是儲量最大的清潔可再生能源，也是其他可再生能源如風能、水能和生物質能等能源形式的根本來源。

如何突破太陽能大規模經濟利用的關鍵技術，探討其可行性和發展方向，對實現可再生能源高效利用十分關鍵。

過去20年來，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長期致力於太陽能轉化的基礎科學研究和應用示範，並研發出應用前景廣闊的「液態陽光技術」。

「能源利用中有兩大難題，一是如何將可再生能源轉化為綠色能源，另一個則是如何將可再生能源轉化為可儲存、可運輸的液體燃料。」李燦表示，「液態陽光技術」是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，為同時解決上述兩大難題提供了新的策略和技術路線。

近日，李燦團隊在西部地區先行先試的千噸級「液態太陽燃料合成示範項目」在蘭州新區通過了科技成果鑑定。鑑定委員會專家組認為，這是全球首套直接太陽能規模化合成液態太陽燃料的技術、其關鍵催化劑技術和整體集成技術達到國際領先。

「『液態陽光』通過可再生能源制氫技術，搭建了化石能源與可再生能源融合的橋梁。」張濤說。

綠氫產業發展的「橋梁」

「液態陽光」是一種模擬自然光合作用和自然生態循環過程的新技術途徑。其通過光伏捕獲太陽能，而二氧化碳和水作為天然的能量運送者，將太陽能以穩定化合物的形式儲存並利用，太陽能轉化成穩定的液態形式（例如甲醇等）後，可將其輸運分銷至用戶終端進行能源利用，而後產生的二氧化碳和水則可以進行循環使用。

「液態陽光」的路線也被專家稱為「通向零排放的路徑」。這一過程還關係到兩大清潔能源的發展：綠色氫能和綠色甲醇燃料（太陽燃料）。

當前，氫能作為一種清潔高效、安全可持續的二次能源，其開發利用被認為是能源變革的重要方式之一。在制氫環節，根據二氧化碳的排放量，將氫分為灰氫、藍氫、綠氫。

「綠氫是氫能發展的初衷和目標，未來市場份額將持續增加。」清華大學核能與新能源技術研究院教授、國際氫能協會副主席毛宗強指出，由可再生能源以及核能通過電解水等技術產生的氫氣稱為綠氫，制氫過程中沒有排放溫室氣體。然而當下，氫氣幾乎都是利用化石燃料重整製得，因此稱為灰氫。

而「液態陽光」則是通過突破高效、低成本、長壽命規模化電催化分解水制氫技術，利用太陽能獲得「綠色氫能」。

據介紹，在「液態太陽燃料合成示範」裝置上，配備有新一代電催化劑的工業電解槽可實現單套大於1000標方氫/小時規模化產氫，單位氫能耗降低至4.3度電/方氫以內，是目前全球規模化鹼性電解水制氫的最高效率。

「液態陽光」技術的重要產物「甲醇」，為解決大規模儲存、長距離輸運綠氫問題提供了重要技術方案。毛宗強通過對比不同儲存技術可行性以及溫室氣體的排放後指出，液態陽光甲醇是大規模長時間儲存氫氣的優秀介質，應推動其在氫的「儲、運、加注、用」環節的應用。

「相對來說，甲醇等醇類是一個優良的氫載體。」張濤也表示，甲醇等醇類的體積密度和質量密度接近汽油。另外，它儲存運輸和分配具有全球性特徵，二氧化碳和主要汙染物的排放也較少。

與會專家表示，未來，隨著可再生能源發電成本和電解水制氫成本的進一步降低，綠色氫能和太陽燃料生產成本將大幅降低，通過規模化二氧化碳捕獲（CCS）及資源化利用（CCSU），促進可再生能源更大規模地發展，有望從根本上改善我國生態環境，助力解決全球碳排放及氣候變化問題。

催生新的經濟增長點

在「液態陽光」技術中，李燦團隊還突破了廉價、高選擇性、高穩定性二氧化碳加氫制甲醇催化技術，在工業化裝置上實現千噸級/年綠色甲醇合成，甲醇選擇性達到98%，甲醇純度達到99.5%。

以綠色甲醇為代表的「液態陽光」，是一種低排放液態能量，也是一種重要的綠色化工原料。在專家們看來，「液態陽光」的大規模使用，有望替代煤炭、石油、天然氣等傳統能源，建立新型綠色低碳、高效的能源系統，催生新的能源經濟產業。

我國有著全球最大的甲醇市場。據工信部發布的《石化和化學工業發展規劃（2016—2020年）》，我國目前傳統的甲醇化工市場規模約5000萬噸/年，年增長率僅8.8%左右。而甲醇作為新型燃料，在鍋爐、車用、船用等領域市場空間巨大。

據測算，甲醇燃料市場規模約為甲醇化工市場的9倍以上，我國甲醇潛在市場需求可達近5億噸/年，市場規模超萬億元。「液態陽光經濟」將助推能源生產和消費革命，市場前景廣闊。

「高碳的能源結構已不能支撐經濟的高質量發展，碳中和的願景要求我們更早地進入清潔而可再生能源時代，未來要發展更多實現綠色氫能和液態陽光甲醇的相關技術，加快構建現代能源體系。」國家發展和改革委員會能源研究所研究員王仲穎指出。

人類可持續發展的動力能源最終依賴於陽光，太陽能轉化與利用相關科學研究和技術研發被認為是人類當前和未來的重要發展方向之一，但依然面臨著諸多技術難點以及成本、規模化等難題，而液態陽光甲醇規模化合成示範工程項目的成功實施為推進可再生能源的發展邁出了重要的一步。

專家們認為，實現「碳中和」更需要科學技術解決方案，需要科技界共同開拓創新、開闢新領域、探索新途徑。同時，也離不開多學科多領域的緊密聯合，以及「政產學研」的通力合作。

《中國科學報》 (2020-11-11 第3版 能源化工)

編輯 | 趙路

排版 | 志海

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