來源：能源評論
發(fā)布時間：2021-02-05
日前召開的中央經(jīng)濟工作會議明確提出，“要抓緊制定2030年前碳排放達峰行動方案，支持有條件的地方率先達峰”。在現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，如何保證碳減排工作又好又快？面對艱巨的任務(wù)，創(chuàng)新的思路和方案有哪些？《能源評論》記者日前采訪了中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員李燦。他認為，在能源轉(zhuǎn)型過程中，要發(fā)揮突破性科技的關(guān)鍵作用，“液態(tài)陽光”甲醇技術(shù)將是我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和的一個重要路徑，并為全球應(yīng)對氣候變化提供切實可行的中國方案、中國智慧。
壓力來自現(xiàn)實和未來
《能源評論》：我國最近對國際社會莊嚴(yán)承諾碳達峰、碳中和的相關(guān)量化目標(biāo)，您作為科學(xué)家有何感受？
李燦：習(xí)主席的這些表態(tài)特別強調(diào)中國是重信守諾的國家、強化說到做到，引起了全世界的高度重視。中國學(xué)術(shù)界、科技界、工業(yè)界尤其是能源領(lǐng)域的從業(yè)者感到責(zé)任重大、使命光榮，同時也面臨著巨大的壓力，因為要完成這個任務(wù)并不容易。我們國家是相對富煤、貧油、缺氣的國家，化石能源在一次能源中占比超過84%，經(jīng)過這么多年的努力，非化石能源占比才達到15%左右。我國液體燃料供應(yīng)緊張，石油、天然氣對外依存度分別超過70%、45%。令人鼓舞的是，經(jīng)過多年的努力，我國電力已經(jīng)基本能夠滿足經(jīng)濟發(fā)展需要，但是電力系統(tǒng)中煤電占比仍然接近60%，這是非常嚴(yán)峻的現(xiàn)實壓力。
《能源評論》：壓力不僅僅來自現(xiàn)實，從碳排放歷史和未來角度看，中國與國外尤其是發(fā)達國家的情況也有較大區(qū)別。
李燦：是的。從總量來看，2017年以后我國的碳排放量就比美國、歐洲等發(fā)達國家加起來還要多，碳達峰和碳中和的任務(wù)非常艱巨；從進程來看，大部分發(fā)達國家在2000年之前就完成了工業(yè)現(xiàn)代化和城鎮(zhèn)化，實現(xiàn)了碳達峰，我國2030年前還不能完成全國的工業(yè)現(xiàn)代化和城鎮(zhèn)化，我們要在2030年前實現(xiàn)碳達峰只有10年時間、從碳達峰到實現(xiàn)碳中和只剩下30年時間，形勢非常嚴(yán)峻、任務(wù)如此艱巨，這么大的挑戰(zhàn)，確實需要深入考慮如何創(chuàng)新未來發(fā)展路徑等一系列問題。
《能源評論》：目前看來，實現(xiàn)碳達峰和碳中和有哪些思路？都有什么特點？
李燦：碳中和路徑比較多樣，包括植物自然光合作用、海洋吸收、節(jié)能減排、降低單位GDP能耗、提高非化石能源消費占比、大力發(fā)展可再生能源、CCS（二氧化碳捕獲封存）、CCUS（二氧化碳捕獲封存與利用）等。這些方案中最根本的減排方式就是發(fā)展可再生能源，實現(xiàn)規(guī)?；吞寄酥翢o碳能源應(yīng)用，助力地球回歸生態(tài)平衡。
突破性科技助力
《能源評論》：在實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和能源革命的過程中，您怎么看待科技創(chuàng)新的作用？
李燦：能源革命就是要跨越化石能源到清潔能源這樣一個坎兒，能源轉(zhuǎn)型必須要發(fā)展突破性科學(xué)技術(shù)，發(fā)揮其關(guān)鍵作用。
可再生能源中最主要的是太陽能以及相關(guān)的風(fēng)能、水能。太陽照到地球表面1小時的能量就可以滿足全世界全年的能量消耗，只要發(fā)展高效、低成本技術(shù)，將太陽能等可再生能源轉(zhuǎn)化為人類需要的能源形式，原理上是能夠解決碳中和問題的。在太陽能的科學(xué)轉(zhuǎn)化利用方面，我國是發(fā)展最快、做得最好的國家，目前的太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)電裝容機量位居世界第一。我國能源供給已經(jīng)基本滿足經(jīng)濟社會發(fā)展的需求?，F(xiàn)在需要進一步拓展可再生能源的消費市場，特別是將可再生能源轉(zhuǎn)化為液體燃料，像光合作用那樣把水和二氧化碳轉(zhuǎn)化成燃料來代替化石燃料。
《能源評論》：這相當(dāng)于把太陽能轉(zhuǎn)化成液態(tài)燃料，您認為，這一創(chuàng)新思路的關(guān)鍵點在哪里？
李燦：“液態(tài)陽光”是指利用太陽能、風(fēng)能、水能等可再生能源分解水（光解水或電解水）制備綠氫、將二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化制甲醇等液體燃料，把可再生能源轉(zhuǎn)化、存儲在液體燃料中。
這個過程最關(guān)鍵的是如何實現(xiàn)可再生能源分解水制氫。這樣的氫承載著可再生能源，這個過程是實現(xiàn)可再生能源轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的關(guān)鍵，只有把這步打通才能做別的事情。電解水制氫每噸氫相當(dāng)于儲存3.3萬度（千瓦時）電，將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，是最有效的化學(xué)儲能反應(yīng)，這樣一來，“液態(tài)陽光”甲醇技術(shù)等一系列的方案就都可以實現(xiàn)。
《能源評論》：以煤制甲醇為代表的煤化工路線曾被認為代表了煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的方向，您對此如何評價？
李燦：煤化工制甲醇技術(shù)可以解決煤炭資源的清潔化利用問題，但是不能從根本上解決二氧化碳排放的問題。從儲能來看，每噸氫可以儲存3.3萬千瓦時電能，液態(tài)陽光甲醇每噸可儲存8000千瓦時電能。將太陽能發(fā)電制備的氫能儲存到甲醇里，是理想的太陽能儲能過程。因此，“液態(tài)陽光”技術(shù)可以解決可再生能源的儲能以及“棄風(fēng)、棄光、棄水”等問題。
《能源評論》：單就技術(shù)而言， 目前煤制甲醇技術(shù)已經(jīng)成熟，您認為“液態(tài)陽光”技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢在哪里？
李燦：是的，煤制甲醇已經(jīng)是成熟的煤化工技術(shù)，它是化石資源轉(zhuǎn)化利用的一種技術(shù)，其生產(chǎn)過程排放二氧化碳，所生產(chǎn)的甲醇若作為燃料，燃燒過程可以減少污染物和顆粒物排放，但仍然要排放二氧化碳，故只是解決煤的清潔燃燒問題，無法從根本上實現(xiàn)減排二氧化碳的目標(biāo)。另外，傳統(tǒng)的儲能無論儲存的還是輸出的都是電能，新的思路是儲存電能輸出化學(xué)能，如甲醇和氫能，因為甲醇和氫能是穩(wěn)定的可以長期儲存的能源分子。太陽燃料合成是一個化學(xué)儲能的過程，可以成為能源轉(zhuǎn)化的中樞，將分散、間歇的太陽能收集、長期儲存，應(yīng)用于波動分散的能源市場。因此，可以看出用可再生能源制“液態(tài)陽光”甲醇，同時解決了可再生能源生產(chǎn)側(cè)和應(yīng)用端隨機變化的難題。
從技術(shù)角度來看，未來的關(guān)鍵是如何實現(xiàn)清潔能源制備“液態(tài)陽光”甲醇的經(jīng)濟性問題。從能源和化學(xué)工業(yè)更廣的范圍看，“液態(tài)陽光”甲醇可以形成一種甲醇經(jīng)濟。甲醇可以做直接或者間接的甲醇燃料電池，也可以作為原料分子直接制烯烴和芳烴，還可以將甲醇轉(zhuǎn)化成汽油、柴油替代動力燃料，更可以通過甲醇水汽重整把氫釋放出來供氫燃料電池使用或者用到石化工業(yè)、鋼鐵工業(yè)等行業(yè)。
碳減排需要中國方案
《能源評論》：這個思路實際上也拓展了CCS技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和方式，具體實踐情況如何？您對其未來有何預(yù)期？
李燦：傳統(tǒng)的CCS（碳捕獲封存）技術(shù)存在兩個問題，一是成本很高，二是技術(shù)可行性存在一定問題。“液態(tài)陽光”技術(shù)是一種CCU（碳捕獲轉(zhuǎn)化利用）技術(shù)，可以把二氧化碳捕獲再循環(huán)利用，形成大的生態(tài)碳循環(huán)和甲醇經(jīng)濟。
2018年，我們開始啟動這一具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)的工業(yè)化示范工程。2020年初，全球首套千噸級規(guī)模太陽燃料合成示范項目在蘭州新區(qū)綠色化工園區(qū)試車成功，意味著邁出了將太陽能等可再生能源轉(zhuǎn)化為液體燃料的工業(yè)化生產(chǎn)的第一步。2020年10月，石化行業(yè)專家做了驗收鑒定、給予了比較高的評價。
“液態(tài)陽光”規(guī)?；瘜W(xué)儲能的意義非常大。我國目前的甲醇產(chǎn)能為8000萬噸左右（主要是煤、天然氣制甲醇）。如果用可再生能源來合成“液態(tài)陽光”甲醇，1噸甲醇可轉(zhuǎn)化1.375噸二氧化碳，生產(chǎn)8000萬噸甲醇， 就可減排億噸級二氧化碳。若規(guī)模化代替汽油燃料，則有望減排10億噸級二氧化碳，同時可以緩解我國依賴石油進口的能源安全問題，戰(zhàn)略意義重大。同時，因為1噸甲醇經(jīng)水汽重整可以釋放出187千克氫氣，這一方案還可以解決燃料電池用氫的遠距離儲運難題，使燃料電池技術(shù)成為真正意義上的清潔能源技術(shù)。
《能源評論》：“液態(tài)陽光”技術(shù)的創(chuàng)新性毋庸置疑，其經(jīng)濟性目前如何？
李燦：“液態(tài)陽光”甲醇主要的成本是可再生能源的發(fā)電成本和制氫電解槽的成本，其中可再生能源發(fā)電成本占65%，電解成本占35%。
粗略估算，電解水制氫成本為0.25元/千瓦時，制氫成本和天然氣制氫成本相當(dāng)；如果達到0.15元/千瓦時，就可以和煤制氫相當(dāng)（當(dāng)然要考慮煤制氫要排放二氧化碳）；隨著光伏電價進一步降低，“液態(tài)陽光”甲醇成本會更低、更具有競爭性。未來，可再生能源制綠氫和綠色甲醇的成本接近或低于煤化工的日子，不會遙遠了。
《能源評論》：“液態(tài)陽光”在我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和的征程上，有何戰(zhàn)略意義？
李燦：綠色氫能及“液態(tài)陽光”作為一項新技術(shù)，具有碳減排普適性和重要的戰(zhàn)略意義。
首先，這是一種新的儲能形式，將電能轉(zhuǎn)化為可儲存運輸?shù)幕瘜W(xué)能，可以解決可再生能源間歇性問題以及“棄風(fēng)、棄光、棄水”問題，成為除（特）高壓輸電之外的另一種再生能源規(guī)?；斔偷耐緩?。
其次，通過CCU技術(shù)，可資源化轉(zhuǎn)化利用二氧化碳，實現(xiàn)甲醇的綠色化學(xué)合成。甲醇作為綠色燃料，部分替代汽油柴油，可以緩解我國的能源安全形勢；甲醇作為綠色氫能載體，可以緩解氫能的“制、儲、運、加”的安全性問題，并使燃料電池車技術(shù)全鏈條綠色化。
最后，“液態(tài)陽光”技術(shù)可實現(xiàn)規(guī)?；瘻p排二氧化碳的目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上正在研發(fā)的液態(tài)陽光Ⅱ型技術(shù)，將優(yōu)化利用煤炭資源，實現(xiàn)零碳排放的煤化工制甲醇、規(guī)模化儲存可再生能源和大規(guī)模減排二氧化碳?？傊?，液態(tài)陽光技術(shù)將為完成碳達峰、碳中和目標(biāo)以及應(yīng)對氣候變化提供切實可行的中國方案、中國智慧。
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