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利用太陽能、風能等可再生能源分解水制綠氫,再由綠氫加二氧化碳在催化劑作用下合成出甲醇,用以替代化石能源,實現碳的循環利用——中國科學院院士、中科院大連化學物理研究所研究員李燦及其團隊歷時20載攻克的液態陽光甲醇技術,將這一夢想變為現實。隨著該技術工業化驗證的完成,早日實現“碳達峰、碳中和”有了一條全新路徑。目前,采用該技術的10萬噸級工業化生產項目正在推進。
據李燦介紹,該技術以甲醇為載體實現太陽能等清潔能源的儲存、運輸及利用,具有規;瘍δ、儲氫以及直接資源化轉化利用二氧化碳3方面碳中和效果。
生產1噸液態陽光甲醇可消納6000多千瓦時電,一個規模百萬噸級的甲醇合成企業,相當于可存儲60億千瓦時電,儲能潛力巨大。李燦說,作為理想的低碳清潔燃料,液態陽光甲醇可替代油氣,有助于解決交通碳排放問題;作為中間體廣泛應用于化學工業、材料合成等基礎工業,可推動綠色制造;作為性能優異的儲氫材料,使用甲醇儲氫還能緩解氫能儲運安全、成本等難題。
李燦指出,2020年我國在提出“雙碳”目標時,煤炭發電占一次能源的58%,目標是到2030年、2060年分別降到40%、20%~30%,短短40年要降下來是非常困難的;可再生能源占17%,目標是到2030年、2060年要分別上升到25%、80%,在短短40年內提升63%,也是極具挑戰性的。
據悉,中國排放的二氧化碳中,火電(煤、天然氣)約50億噸,占比45%。工業剛性排放約60億噸,占比55%,其中交通(燃油)11億噸,占比10%;煤化工14.3億噸,占比13%;冶金13.2億噸,占比12%;水泥13.2億噸,占比12%;石油化工6.6億噸,占比6%;其他2.2億噸,占比2%。
李燦介紹,針對以上排碳結構,火電可用非化石能源、可再生能源、核電替代;交通領域可用電動車、氫燃料電池,通過綠氫在源頭上阻斷二氧化碳排放,使用液態陽光甲醇燃料。解決工業剛性排放的任務更艱巨,急需發展兼顧經濟發展和實現碳中和的技術路徑,可以考慮通過CCS(碳捕獲與封存)、CCU(碳捕集與利用)技術解決,特別是CCU技術可以在減碳的同時獲得一定的經濟效益。液態陽光甲醇技術就是一種CCU技術,其主要過程通過風、光、水等可再生能源產生綠電,綠電電解水生產綠氫,綠氫和二氧化碳生產綠甲醇,綠甲醇燃燒可實現碳中和。甲醇是化學工業的基礎平臺原料,由甲醇可以生產各種化學品,如烯烴、芳烴,實現永久儲碳。
我國傳統煤制甲醇產能約8000萬噸/年,每生產1噸甲醇排放約3噸二氧化碳,而每噸液態陽光甲醇可轉化1.375噸二氧化碳。如果用液態陽光甲醇代替傳統的8000萬噸甲醇,則可直接轉化1.1億噸二氧化碳,同時減少煤制甲醇排放的2.4億噸二氧化碳。生產10萬噸液態陽光甲醇可消納700MW級光伏發電,若利用GW級以上電力合成液態陽光甲醇,代替汽/柴油燃料,則可減排10億噸級以上二氧化碳。
李燦介紹,液態太陽燃料合成示范項目集成了液態太陽燃料合成全流程工藝技術,具有完全自主知識產權,整體技術國際領先。該技術有3個創新:一是研發了鎳基地上原子級分散的過渡金屬電解水制氫催化劑,實現單槽千立方/小時以上規;茪渖a,能量轉化效率超過82%;二是針對二氧化碳加氫制甲醇,發明了新型鋅鋯氧化物固溶體催化劑,表現出了優異的甲醇選擇性和穩定性;三是成功耦合了光伏-堿性電解水制氫-二氧化碳加氫制甲醇三個單元,解決了各單元之間的匹配和連續化運行問題,可適應光伏發電間歇性、波動性的特點。