“液态阳光”让“碳中和”更近一步

液态太阳燃料合成示范装置 中国科学院大连化学物理研究所供图

当前，化石能源逐渐面临枯竭，全球气候变化与环境污染问题愈发严峻，发展绿色清洁的可再生能源已成为摆在人们面前的重要课题。

近日，在兰州举行的“绿色氢能和液态阳光甲醇高端论坛”上，来自国内18名院士、逾百名知名专家学者共同围绕可再生能源、氢能、甲醇应用以及绿色能源新兴产业发展，深入探讨绿色能源的未来。

专家们表示，绿色氢能和液态阳光甲醇是新时代背景下发展绿色能源的重要路线之一，对保障国家能源安全、实现碳减排具有重要意义。

太阳能转化利用促进碳中和

不久前，中国提出提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，力争二氧化碳排放于2030年前达到峰值、2060年前实现碳中和。

对于我国而言，“零排放之路”道阻且长。英国石油公司BP世界能源统计年鉴数据显示，2019年，我国二氧化碳排放总量占全球29%，已成为世界第一，二氧化碳减排任务十分艰巨。

“从长远来看，通过可再生能源高效利用，才可以彻底有效地解决我们面临的能源、环境和资源问题。”中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员张涛在主旨报告中表示。

多元化、低碳化、清洁化已是未来能源的发展趋势。英国石油公司BP发布的《世界能源展望(2020年版)》报告也指出，2050年前全球能源需求仍将继续增长一段时间，但能源结构发生根本变化，化石燃料持续降低，可再生能源不断增长。

在可再生能源中，太阳能取之不尽、用之不竭，是储量最大的清洁可再生能源，也是其他可再生能源如风能、水能和生物质能等能源形式的根本来源。

如何突破太阳能大规模经济利用的关键技术，探讨其可行性和发展方向，对实现可再生能源高效利用十分关键。

过去20年来，中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员李灿团队长期致力于太阳能转化的基础科学研究和应用示范，并研发出应用前景广阔的“液态阳光技术”。

“能源利用中有两大难题，一是如何将可再生能源转化为绿色能源，另一个则是如何将可再生能源转化为可储存、可运输的液体燃料。”李灿表示，“液态阳光技术”是利用太阳能等可再生能源产生的电力电解水生产“绿色”氢能，并将二氧化碳加氢转化为“绿色”甲醇等液体燃料，为同时解决上述两大难题提供了新的策略和技术路线。

近日，李灿团队在西部地区先行先试的千吨级“液态太阳燃料合成示范项目”在兰州新区通过了科技成果鉴定。鉴定委员会专家组认为，这是全球首套直接太阳能规模化合成液态太阳燃料的技术、其关键催化剂技术和整体集成技术达到国际领先。

“‘液态阳光’通过可再生能源制氢技术，搭建了化石能源与可再生能源融合的桥梁。”张涛说。

绿氢产业发展的“桥梁”

“液态阳光”是一种模拟自然光合作用和自然生态循环过程的新技术途径。其通过光伏捕获太阳能，而二氧化碳和水作为天然的能量运送者，将太阳能以稳定化合物的形式储存并利用，太阳能转化成稳定的液态形式(例如甲醇等)后，可将其输运分销至用户终端进行能源利用，而后产生的二氧化碳和水则可以进行循环使用。

“液态阳光”的路线也被专家称为“通向零排放的路径”。这一过程还关系到两大清洁能源的发展：绿色氢能和绿色甲醇燃料(太阳燃料)。

当前，氢能作为一种清洁高效、安全可持续的二次能源，其开发利用被认为是能源变革的重要方式之一。在制氢环节，根据二氧化碳的排放量，将氢分为灰氢、蓝氢、绿氢。

“绿氢是氢能发展的初衷和目标，未来市场份额将持续增加。”清华大学核能与新能源技术研究院教授、国际氢能协会副主席毛宗强指出，由可再生能源以及核能通过电解水等技术产生的氢气称为绿氢，制氢过程中没有排放温室气体。然而当下，氢气几乎都是利用化石燃料重整制得，因此称为灰氢。

而“液态阳光”则是通过突破高效、低成本、长寿命规模化电催化分解水制氢技术，利用太阳能获得“绿色氢能”。据介绍，在“液态太阳燃料合成示范”装置上，配备有新一代电催化剂的工业电解槽可实现单套大于1000标方氢/小时规模化产氢，单位氢能耗降低至4.3度电/方氢以内，是目前全球规模化碱性电解水制氢的最高效率。

“液态阳光”技术的重要产物“甲醇”，为解决大规模储存、长距离输运绿氢问题提供了重要技术方案。毛宗强通过对比不同储存技术可行性以及温室气体的排放后指出，液态阳光甲醇是大规模长时间储存氢气的优秀介质，应推动其在氢的“储、运、加注、用”环节的应用。

“相对来说，甲醇等醇类是一个优良的氢载体。”张涛也表示，甲醇等醇类的体积密度和质量密度接近汽油。另外，它储存运输和分配具有全球性特征，二氧化碳和主要污染物的排放也较少。

与会专家表示，未来，随着可再生能源发电成本和电解水制氢成本的进一步降低，绿色氢能和太阳燃料生产成本将大幅降低，通过规模化二氧化碳捕获(CCS)及资源化利用(CCSU)，促进可再生能源更大规模地发展，有望从根本上改善我国生态环境，助力解决全球碳排放及气候变化问题。

催生新的经济增长点

在“液态阳光”技术中，李灿团队还突破了廉价、高选择性、高稳定性二氧化碳加氢制甲醇催化技术，在工业化装置上实现千吨级/年绿色甲醇合成，甲醇选择性达到98%，甲醇纯度达到99.5%。

以绿色甲醇为代表的“液态阳光”，是一种低排放液态能量，也是一种重要的绿色化工原料。在专家们看来，“液态阳光”的大规模使用，有望替代煤炭、石油、天然气等传统能源，建立新型绿色低碳、高效的能源系统，催生新的能源经济产业。

我国有着全球最大的甲醇市场。据工信部发布的《石化和化学工业发展规划(2016—2020年)》，我国目前传统的甲醇化工市场规模约5000万吨/年，年增长率仅8.8%左右。而甲醇作为新型燃料，在锅炉、车用、船用等领域市场空间巨大。

据测算，甲醇燃料市场规模约为甲醇化工市场的9倍以上，我国甲醇潜在市场需求可达近5亿吨/年，市场规模超万亿元。“液态阳光经济”将助推能源生产和消费革命，市场前景广阔。

“高碳的能源结构已不能支撑经济的高质量发展，碳中和的愿景要求我们更早地进入清洁而可再生能源时代，未来要发展更多实现绿色氢能和液态阳光甲醇的相关技术，加快构建现代能源体系。”国家发展和改革委员会能源研究所研究员王仲颖指出。

人类可持续发展的动力能源最终依赖于阳光，太阳能转化与利用相关科学研究和技术研发被认为是人类当前和未来的重要发展方向之一，但依然面临着诸多技术难点以及成本、规模化等难题，而液态阳光甲醇规模化合成示范工程项目的成功实施为推进可再生能源的发展迈出了重要的一步。

专家们认为，实现“碳中和”更需要科学技术解决方案，需要科技界共同开拓创新、开辟新领域、探索新途径。同时，也离不开多学科多领域的紧密联合，以及“政产学研”的通力合作。