液態陽光甲醇作為一種創新的綠色能源解決方案，不僅為中國的雙碳戰略提供了技術支持，還為全球氣候變化的應對提供了新思路。通過不斷的技術創新和規模化應用，液態陽光甲醇將助力中國實現高質量發展和碳中和目標。
日前，由北京市昌平區人民政府、中國投資協會共同主辦的“2024‘能源谷’先進能源產業高質量發展推進會”在昌平區未來科學城成功舉辦。中國科學院院士李燦院士出席，并做《液態陽光甲醇：規模化長時安全儲能技術路徑》主題報告。
氣候變化已經對人類的可持續發展構成了嚴重威脅。極端天氣事件頻發，如暴雨、干旱等，這些都與氣候變化密切相關。國際社會已經達成共識，將逐步減少化石能源的使用。然而，中國當前的能源結構仍然表現了高度的化石能源依賴，盡管可再生能源發電已經取得顯著進展，但在化工和材料領域仍主要依靠化石能源。氣候變化的影響不僅限于天氣異常，還威脅到人類的生存和發展。全世界每年召開氣候大會，今年將在迪拜舉行第28屆會議，會上討論的重點就是逐漸減少化石能源的使用，這是因為氣候變化的主要原因是大規模過度開發利用煤、石油和天然氣，導致大量溫室氣體排放。中國也面臨同樣的問題，盡管可再生能源發電量已超過50%，但在化工和其他領域仍然依賴化石能源。
（一）綠色氫能的前景及挑戰
為實現雙碳目標，中國需要大力發展綠色氫能。綠氫，即通過可再生能源電解水產生的氫氣，可以替代工業上的煤制氫，從而大幅減少二氧化碳排放。盡管氫能在交通領域有一定應用，但其在工業過程中的潛力更大。通過綠氫，可以實現交通和工業領域的碳中和，這為中國的高質量發展提供了重要抓手。綠色氫能不僅在交通領域有應用前景，在工業過程中的應用潛力更大。通過綠氫代替工業上的煤制氫，可以顯著減少二氧化碳排放。中國排放的二氧化碳量已經超過100億噸，占全球排放總量的1/3到1/4。國際上對中國提出了更高的要求和限制，比如歐盟計劃在2026年正式實施碳邊境稅，這將對中國的出口經濟產生重大影響。
電解水制氫技術是實現綠氫的關鍵。目前的技術挑戰包括電解槽的能效提升、成本降低和適應波動性電源的能力。隨著光伏和風電的發展，電價顯著下降，使得綠氫的成本逐漸降低，有望在未來實現經濟可行性。綠氫是實現雙碳戰略的重要抓手，但其成本仍然較高。近年來，光伏和風電的發展迅速降低了電價，使綠氫的價格逐漸下降，未來有望實現經濟可行性。目前，中國的主要氫能來源是煤和天然氣，這一過程排放大量二氧化碳。通過綠氫代替煤制氫，可以顯著減少二氧化碳排放，特別是在工業合成甲醇過程中。藍氫通過捕獲和儲存制氫過程中的二氧化碳，盡管理論上可行，但在大規模應用上存在安全性和成本問題。最理想的解決方案是使用綠氫，通過太陽能等可再生能源電解水制氫，這一過程不產生二氧化碳。
（二）綠色甲醇：液態陽光的實現
液態陽光是指將太陽能和水轉化為可儲存、運輸的燃料。綠色甲醇作為其中的代表性燃料，具有廣泛的應用前景。通過電解水制氫，再將氫氣與捕獲的二氧化碳反應生成甲醇，這一過程不僅實現了可再生能源的儲存和利用，還將二氧化碳轉化為有價值的化學品。早在2001年，中國就開始了綠氫基礎研究，涵蓋了光催化、電催化和光電催化等領域。2017年，中國在甘肅萊州新區啟動了10兆瓦級光伏電解水制氫與二氧化碳加氫制甲醇的工業化示范項目。這一項目集成了太陽能發電、電解水制氫和二氧化碳加氫制甲醇等多項技術。2020年1月，該項目成功獲得甲醇，并在同年10月通過了技術鑒定，專家認為這是一個切實可行的碳中和技術路徑。該技術目前正在內蒙古鄂爾多斯、遼寧鐵嶺和青海格爾木等地推進十萬噸級綠色甲醇項目。
具體來說，這些項目的發展潛力巨大。例如，十萬噸的甲醇生產可以消納700兆瓦的光伏風電，節約約30萬噸煤，并減少14萬噸二氧化碳排放，相當于植樹造林近130萬棵樹。通過這些技術的應用，中國在綠色能源的利用和碳中和目標的實現上邁出了重要一步。
（三）綠色甲醇的優勢與市場潛力
綠色甲醇具有解決間歇性能源儲能、調峰問題以及氫能安全儲存和運輸等多個優點。其儲能效率高，可長時間儲存，且作為氫能載體，能有效解決氫能的儲存和運輸難題。此外，綠色甲醇的生產還可以實現二氧化碳的資源化利用，為雙碳目標的實現提供了經濟可行的路徑。具體來說，10萬噸甲醇相當于6億度電，可長時間儲存700兆瓦級光伏發電。如果使用儲能電池來實現相同的儲能效果，幾乎是不可能的。此外，甲醇還可以通過水汽重整制氫技術，在溫和條件下釋放氫氣，儲氫量高達18.75%。
國際海運組織已經要求使用綠色燃料，如綠醇和綠氨。馬士基公司預計未來幾年對綠色甲醇的需求將達到1000萬噸。然而，目前國內的綠色甲醇供應仍然不足，盡管正在加快生產，但預計要到兩年后才能達到十萬噸的規模。綠色甲醇在日常生活中的應用也非常廣泛，包括取暖、蒸汽、陶瓷工業等。甲醇的市場需求日益增長，液態陽光甲醇的生產將為中國的能源安全和碳中和目標提供重要支持。
液態陽光甲醇作為一種創新的綠色能源解決方案，不僅為中國的雙碳戰略提供了技術支持，還為全球氣候變化的應對提供了新思路。通過不斷的技術創新和規模化應用，液態陽光甲醇將助力中國實現高質量發展和碳中和目標。總結而言：
1、雙碳戰略的實施將推動中國經濟的高質量發展。
2、利用光伏和風電催化資源化轉化二氧化碳，為碳中和做出實質性貢獻。
3、通過綠氫及液態陽光甲醇實現交通和工業領域的規模化二氧化碳資源化轉化。
4、液態陽光甲醇策略將同時促進經濟發展和實現碳中和目標，助力化學工業的綠色化、低碳化和高端化。
院士簡介
李燦中國科學院院士
中國科學院大連化學物理研究所和日本東京工業大學聯合培養博士學位，2003年當選為中國科學院院士；2005年當選第三世界科學院院士；2007年出任中國科學院大連化學物理研究所副所長；2008年當選歐洲人文和自然科學院外籍院士。2014年獲得中國催化成就獎。主要從事催化材料、催化反應和催化光譜表征方面的研究，并致力于太陽能光催化制氫以及太陽能光伏電池材料研究。
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