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 利用太阳能、风能等可再生能源分解水制绿氢,再由绿氢加二氧化碳在催化剂作用下合成出甲醇,用以替代化石能源,实现碳的循环利用——中国科学院院士、中科院大连化学物理研究所研究员李灿及其团队历时20载攻克的液态阳光甲醇技术,将这一梦想变为现实。随着该技术工业化验证的完成,早日实现“碳达峰、碳中和”有了一条全新路径。目前,采用该技术的10万吨级工业化生产项目正在推进。

 
  据李灿介绍,该技术以甲醇为载体实现太阳能等清洁能源的储存、运输及利用,具有规模化储能、储氢以及直接资源化转化利用二氧化碳3方面碳中和效果。
 
  生产1吨液态阳光甲醇可消纳6000多千瓦时电,一个规模百万吨级的甲醇合成企业,相当于可存储60亿千瓦时电,储能潜力巨大。李灿说,作为理想的低碳清洁燃料,液态阳光甲醇可替代油气,有助于解决交通碳排放问题;作为中间体广泛应用于化学工业、材料合成等基础工业,可推动绿色制造;作为性能优异的储氢材料,使用甲醇储氢还能缓解氢能储运安全、成本等难题。
    李灿指出,2020年我国在提出“双碳”目标时,煤炭发电占一次能源的58%,目标是到2030年、2060年分别降到40%、20%~30%,短短40年要降下来是非常困难的;可再生能源占17%,目标是到2030年、2060年要分别上升到25%、80%,在短短40年内提升63%,也是极具挑战性的。
    据悉,中国排放的二氧化碳中,火电(煤、天然气)约50亿吨,占比45%。工业刚性排放约60亿吨,占比55%,其中交通(燃油)11亿吨,占比10%;煤化工14.3亿吨,占比13%;冶金13.2亿吨,占比12%;水泥13.2亿吨,占比12%;石油化工6.6亿吨,占比6%;其他2.2亿吨,占比2%。
    李灿介绍,针对以上排碳结构,火电可用非化石能源、可再生能源、核电替代;交通领域可用电动车、氢燃料电池,通过绿氢在源头上阻断二氧化碳排放,使用液态阳光甲醇燃料。解决工业刚性排放的任务更艰巨,急需发展兼顾经济发展和实现碳中和的技术路径,可以考虑通过CCS(碳捕获与封存)、CCU(碳捕集与利用)技术解决,特别是CCU技术可以在减碳的同时获得一定的经济效益。液态阳光甲醇技术就是一种CCU技术,其主要过程通过风、光、水等可再生能源产生绿电,绿电电解水生产绿氢,绿氢和二氧化碳生产绿甲醇,绿甲醇燃烧可实现碳中和。甲醇是化学工业的基础平台原料,由甲醇可以生产各种化学品,如烯烃、芳烃,实现永久储碳。
    我国传统煤制甲醇产能约8000万吨/年,每生产1吨甲醇排放约3吨二氧化碳,而每吨液态阳光甲醇可转化1.375吨二氧化碳。如果用液态阳光甲醇代替传统的8000万吨甲醇,则可直接转化1.1亿吨二氧化碳,同时减少煤制甲醇排放的2.4亿吨二氧化碳。生产10万吨液态阳光甲醇可消纳700MW级光伏发电,若利用GW级以上电力合成液态阳光甲醇,代替汽/柴油燃料,则可减排10亿吨级以上二氧化碳。
    李灿介绍,液态太阳燃料合成示范项目集成了液态太阳燃料合成全流程工艺技术,具有完全自主知识产权,整体技术国际领先。该技术有3个创新:一是研发了镍基地上原子级分散的过渡金属电解水制氢催化剂,实现单槽千立方/小时以上规模化制氢生产,能量转化效率超过82%;二是针对二氧化碳加氢制甲醇,发明了新型锌锆氧化物固溶体催化剂,表现出了优异的甲醇选择性和稳定性;三是成功耦合了光伏-碱性电解水制氢-二氧化碳加氢制甲醇三个单元,解决了各单元之间的匹配和连续化运行问题,可适应光伏发电间歇性、波动性的特点。

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