當前，化石能源逐漸面臨枯竭，全球氣候變化與環(huán)境污染問題愈發(fā)嚴峻，發(fā)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(tài)陽光甲醇高端論壇”上，來自國內(nèi)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(chǎn)業(yè)發(fā)展，深入探討綠色能源的未來。
專家們表示，綠色氫能和液態(tài)陽光甲醇是新時代背景下發(fā)展綠色能源的重要路線之一，對保障國家能源安全、實現(xiàn)碳減排具有重要意義。
太陽能轉(zhuǎn)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，采取更加有力的政策和措施，力爭二氧化碳排放于2030年前達到峰值、2060年前實現(xiàn)碳中和。
對于我國而言，“零排放之路”道阻且長。英國石油公司BP世界能源統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)顯示，2019年，我國二氧化碳排放總量占全球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(huán)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(fā)展趨勢。英國石油公司BP發(fā)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(xù)增長一段時間，但能源結(jié)構(gòu)發(fā)生根本變化，化石燃料持續(xù)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(zhì)能等能源形式的根本來源。
如何突破太陽能大規(guī)模經(jīng)濟利用的關(guān)鍵技術(shù)，探討其可行性和發(fā)展方向，對實現(xiàn)可再生能源高效利用十分關(guān)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于太陽能轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)科學研究和應用示范，并研發(fā)出應用前景廣闊的“液態(tài)陽光技術(shù)”。
“能源利用中有兩大難題，一是如何將可再生能源轉(zhuǎn)化為綠色能源，另一個則是如何將可再生能源轉(zhuǎn)化為可儲存、可運輸?shù)囊后w燃料。”李燦表示，“液態(tài)陽光技術(shù)”是利用太陽能等可再生能源產(chǎn)生的電力電解水生產(chǎn)“綠色”氫能，并將二氧化碳加氫轉(zhuǎn)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(shù)路線。
近日，李燦團隊在西部地區(qū)先行先試的千噸級“液態(tài)太陽燃料合成示范項目”在蘭州新區(qū)通過了科技成果鑒定。鑒定委員會專家組認為，這是全球首套直接太陽能規(guī)?；铣梢簯B(tài)太陽燃料的技術(shù)、其關(guān)鍵催化劑技術(shù)和整體集成技術(shù)達到國際領(lǐng)先。
“‘液態(tài)陽光’通過可再生能源制氫技術(shù)，搭建了化石能源與可再生能源融合的橋梁。”張濤說。
綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“橋梁”
“液態(tài)陽光”是一種模擬自然光合作用和自然生態(tài)循環(huán)過程的新技術(shù)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(wěn)定化合物的形式儲存并利用，太陽能轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的液態(tài)形式(例如甲醇等)后，可將其輸運分銷至用戶終端進行能源利用，而后產(chǎn)生的二氧化碳和水則可以進行循環(huán)使用。
“液態(tài)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(guān)系到兩大清潔能源的發(fā)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(xù)的二次能源，其開發(fā)利用被認為是能源變革的重要方式之一。在制氫環(huán)節(jié)，根據(jù)二氧化碳的排放量，將氫分為灰氫、藍氫、綠氫。
“綠氫是氫能發(fā)展的初衷和目標，未來市場份額將持續(xù)增加。”清華大學核能與新能源技術(shù)研究院教授、國際氫能協(xié)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(shù)產(chǎn)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制得，因此稱為灰氫。
而“液態(tài)陽光”則是通過突破高效、低成本、長壽命規(guī)?；姶呋纸馑茪浼夹g(shù)，利用太陽能獲得“綠色氫能”。據(jù)介紹，在“液態(tài)太陽燃料合成示范”裝置上，配備有新一代電催化劑的工業(yè)電解槽可實現(xiàn)單套大于1000標方氫/小時規(guī)模化產(chǎn)氫，單位氫能耗降低至4.3度電/方氫以內(nèi)，是目前全球規(guī)?；瘔A性電解水制氫的最高效率。
“液態(tài)陽光”技術(shù)的重要產(chǎn)物“甲醇”，為解決大規(guī)模儲存、長距離輸運綠氫問題提供了重要技術(shù)方案。毛宗強通過對比不同儲存技術(shù)可行性以及溫室氣體的排放后指出，液態(tài)陽光甲醇是大規(guī)模長時間儲存氫氣的優(yōu)秀介質(zhì)，應推動其在氫的“儲、運、加注、用”環(huán)節(jié)的應用。
“相對來說，甲醇等醇類是一個優(yōu)良的氫載體。”張濤也表示，甲醇等醇類的體積密度和質(zhì)量密度接近汽油。另外，它儲存運輸和分配具有全球性特征，二氧化碳和主要污染物的排放也較少。
與會專家表示，未來，隨著可再生能源發(fā)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(chǎn)成本將大幅降低，通過規(guī)?；趸疾东@(CCS)及資源化利用(CCSU)，促進可再生能源更大規(guī)模地發(fā)展，有望從根本上改善我國生態(tài)環(huán)境，助力解決全球碳排放及氣候變化問題。
催生新的經(jīng)濟增長點
在“液態(tài)陽光”技術(shù)中，李燦團隊還突破了廉價、高選擇性、高穩(wěn)定性二氧化碳加氫制甲醇催化技術(shù)，在工業(yè)化裝置上實現(xiàn)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(tài)陽光”，是一種低排放液態(tài)能量，也是一種重要的綠色化工原料。在專家們看來，“液態(tài)陽光”的大規(guī)模使用，有望替代煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源，建立新型綠色低碳、高效的能源系統(tǒng)，催生新的能源經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)。
我國有著全球最大的甲醇市場。據(jù)工信部發(fā)布的《石化和化學工業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》，我國目前傳統(tǒng)的甲醇化工市場規(guī)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(lǐng)域市場空間巨大。
據(jù)測算，甲醇燃料市場規(guī)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(guī)模超萬億元。“液態(tài)陽光經(jīng)濟”將助推能源生產(chǎn)和消費革命，市場前景廣闊。
“高碳的能源結(jié)構(gòu)已不能支撐經(jīng)濟的高質(zhì)量發(fā)展，碳中和的愿景要求我們更早地進入清潔而可再生能源時代，未來要發(fā)展更多實現(xiàn)綠色氫能和液態(tài)陽光甲醇的相關(guān)技術(shù)，加快構(gòu)建現(xiàn)代能源體系。”國家發(fā)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(xù)發(fā)展的動力能源最終依賴于陽光，太陽能轉(zhuǎn)化與利用相關(guān)科學研究和技術(shù)研發(fā)被認為是人類當前和未來的重要發(fā)展方向之一，但依然面臨著諸多技術(shù)難點以及成本、規(guī)?；入y題，而液態(tài)陽光甲醇規(guī)?；铣墒痉豆こ添椖康某晒嵤橥七M可再生能源的發(fā)展邁出了重要的一步。
專家們認為，實現(xiàn)“碳中和”更需要科學技術(shù)解決方案，需要科技界共同開拓創(chuàng)新、開辟新領(lǐng)域、探索新途徑。同時，也離不開多學科多領(lǐng)域的緊密聯(lián)合，以及“政產(chǎn)學研”的通力合作。
