《以甲醇为载体用好太阳能》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2022-03-19
  • “根据多方测算,为实现碳达峰碳中和目标,到2030年,我国‘风光’装机有望达到12亿千瓦以上。但更大的挑战在于,快速增长的可再生能源电力如何平稳消纳?”近日,在接受记者采访时,全国政协委员、中国科学院院士李灿说出了他最关心的问题。

    基于综合分析对比现有储能技术路线,李灿提出了利用“液态阳光甲醇”规模消纳化可再生能源的新思路。

    所谓液态阳光,就是利用“风光”等可再生能源电力分解水制绿氢,再通过二氧化碳加绿氢制取甲醇,即以甲醇为载体实现太阳能等清洁能源的储运及利用。

    “不同于电,甲醇常温常压下为液体,储运非常方便灵活。”李灿介绍,生产1吨液态阳光甲醇可消纳6000多千瓦时的电,相当于一个生产规模在百万吨级的甲醇合成企业可存储60亿千瓦时电力,储能潜力巨大。“首套千吨级规模化示范工程已在兰州成功完成并通过鉴定,目前正在筹划10万吨级工业化生产项目。”

    不仅如此,液态阳光甲醇在规模消纳可再生能源的同时,还可带动其他工业过程的减碳,如替代油气助力交通碳减排,广泛应用于化工、材料合成等基础工业推动工业绿色制造,以及作为性能优异的储氢材料破解氢能储运难题。

    “氢能虽好,但其体积能量密度低,通常需要使用特殊的高压气瓶储运。哪怕是装十几克氢的高压气瓶也会重达几十公斤。运输距离超过100公里,运氢成本可能翻倍。而使用甲醇作为储运介质,100公斤甲醇经过水汽重整即可释放18.75公斤的氢,运输1吨甲醇相当于可释放187公斤以上的氢,而且用普通车辆常压运输即可,安全性高、经济性好。”李灿强调。

    那么,哪些地区适宜发展液态阳光甲醇?李灿告诉记者,许多煤化工产业集中的地区,如陕西榆林、宁夏宁东、内蒙古鄂尔多斯等,长期受到高碳排放困扰,这些地区恰恰“风光”资源很丰富,非常适宜部署液态阳光甲醇合成项目,将不稳定的可再生能源转化为可储存的绿色甲醇,同时兼顾降碳与地方经济发展。

    “目前,我国甲醇年产能约9000万吨,若全部用液体阳光甲醇替代,可相应减排二氧化碳1.2亿吨以上。”李灿同时坦言,受当前可再生能源发电价格制约,电解水制氢成本比传统煤制甲醇稍贵。“但随着节能降碳要求越来越高,煤制甲醇成本势必不断增加。而随着技术不断进步、电解水制氢成本持续下降,液态阳光甲醇的经济优势与减碳优势将逐步凸显。”

    李灿建议,对于需要消纳可再生能源、解决二氧化碳排放的地区,发展初期可给予电价等方面的支持。对于应用绿色甲醇作为燃料的车辆,也可给予税费减免等政策倾斜支持。对于工业刚性排放二氧化碳的领域,可奖励可再生能源发电指标,以鼓励企业通过液态阳光甲醇路径实现节能降碳目标。

  • 原文来源:http://www.cnenergynews.cn/
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    • 编译者:guokm
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    • 中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所李院士在发表的题为“可再生能源电解水制氢及液体太阳燃料合成进展与展望”演讲中指出,氢能发展初衷就是要解决低碳、生态等问题,可再生能源制氢是未来发展的方向,而太阳燃料甲醇技术是储能技术,应用中具有多重优势。   李院士表示,气候变化可导致严重的后果,近年来频发的洪灾、森林大火等极端天气都与之相关,有研究表明,甚至气候变化会引发冰川和冻土中的病毒复活。而造成气候变化的重要原因是人类工业革命开始大规模过度开发利用化石资源,造成二氧化碳等温室气体和污染物排放,破坏了生态平衡。   李院士认为,氢能的发展不能背离初衷,站在低碳、生态角度,长远看,用光伏、风电、水电、核电制绿氢是未来发展方向。在氢储运方面,要达到美国DOE制定的7%储氢质量密度工业化标准非常困难,目前仍是基础研究重点。而太阳燃料是解决这一难题的新思路。氢能的应用领域并不局限于燃料电池应用,绿氢在煤化工、石油化工绿色发展中应用广泛,而绿氢合成甲醇也可替代汽油在交通领域的应用。   李院士介绍,地球能源来自太阳能,广义的太阳能包含了常见的风电、水电、生物质等多种可再生能源。在可再生能源制氢中,直接从太阳能制取氢气包含多个技术路径,其中光解水和光电催化分解水工艺简单,理论上可以低成本获取,是很有吸引力的方向。光电催化分解水效率已经逐步接近工业化应用,但光催化还处在基础研究阶段。   李院士表示,从规模、设备投资、稳定性来看,电催化分解水已成熟,来源可以是光伏发电、水电、风电、甚至核电,“电催化分解水制绿氢是绿色能源转成绿氢的最为有效的途径”。在电解水制氢三种主流技术中,液体碱性水电解和固体聚合物SPE水电解技术较为成熟,传统的碱液电解水的效率较低、能耗较高,但稳定性好,价格相对低廉,寿命长达10年~20年;而SPE水电解规模化和稳定性还在进一步提升中。李院士认为,判定电解水制氢能否大规模应用在绿氢生产中需要解决三个问题:大规模、低能耗和高稳定性。   李院士介绍,其团队一直致力碱性电解水催化剂的研究,可以较好地解决上述三大问题。碱液电解槽规模可以做得很大,目前规模可做到1000Nm3H2/h,而通过催化剂可将能耗降至4.0KWh/Nm3~4.2KWh/Nm3,远超业界平均水平,稳定性在实验室可达到8000小时~1万小时,工业化验证效果也非常不错。   就可再生能源制氢成本来看,电价和电解水效率影响成本最大,这两点在目前都已发生很大变化。如果采用0.25元/KWh电价,制氢成本可与天然气制氢相当。而针对弃风、弃光、弃水的电已低于这个电价。电价若在0.15元/KWh,制氢成本可与煤制氢相当。据李院士介绍,我国西南地区汛期大规模弃水电价甚至可以低于这个价格。另外,可再生能源制氢实现零碳排放过程,社会效益和生态效益巨大。   对于氢的储存运输难题,李院士团队采用二氧化碳加氢制甲醇进行储存,提出了太阳燃料、液态阳光的思路。兰州新区液态太阳燃料项目2018年启动,今年1月试车成功。李院士表示,该项目采用10MW光伏电解水制氢,采用电解水制氢装置,单套规模达1000Nm3H2/h,利用新研发的电解水电极催化剂,能量效率达80%以上,绿氢与从化工企业收集来的二氧化碳进而合成甲醇。   太阳燃料甲醇使用广泛,既是优良燃料,又可用作汽油替代燃料,也可用在锅炉供热。其质量储氢密度可高达18.75%,且储存和运输安全。   与传统加氢站不同,李院士提出,使用太阳燃料甲醇为氢源的加氢站新方案,新方案具有多重优点,可缓解高压运输、储存和加氢中的安全问题,可实现二氧化碳回收和全流程清洁目标,还便于实现油、醇、氢共站的新局面。据李院士透露,太阳燃料甲醇加氢站已筹备在张家港进行示范工程,预计今年9月建成。 
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    • “其实所有的环境问题根在能源。”日前,在花城科技论坛暨新材料产业创新发展峰会上,澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学清洁能源研究院院长刘科指出,在电池能量和回收技术没有革命性突破的时期,最好采用甲醇燃料。“因为甲醇燃烧后只有二氧化碳和水,非常清洁。且我国天然气丰富,很容易转化为能量密度更高、风险更低的甲醇。” 我国是农业大国,有很多老旧柴油机。这些老旧柴油机再加上劣质柴油,污染也很大。“有人认为,我们的汽油车、柴油车竞争不过美日,那就必须弯道超车,听起来好像有道理,但弯道超车必须要有革命性的技术突破。”刘科指出,现在欧洲柴油技术跟20年前完全不一样,50%的欧洲新车都使用柴油。 材料创新一直是各种颠覆性能源技术革命的核心。国际学术界一直认为甲醇不可能在柴油机里燃烧。刘科研发出全世界第一台烧100%甲醇的柴油机,7天24小时不熄火,已获得专利。“一旦甲醇在柴油机上推广,就解决了柴油机的燃料和污染两个问题,可以很便宜地解决汽车工业很多问题,这应该是今后的方向。”他认为,短期之内可以用甲醇取代汽油、柴油,作为内燃机燃料,解决雾霾污染问题。长期下来,甲醇还可以继续做氢燃料电池的来源,甲醇很可能是未来能源的载体。