來(lái)源：產(chǎn)業(yè)觀察者
發(fā)布時(shí)間：2023-12-03
今年年初就跟李燦院士約訪(fǎng)談的時(shí)間，但一晃就到了10月。有趣的是，這10個(gè)月來(lái)，綠色甲醇的行情發(fā)生了巨大的變化，甲醇船舶訂單激增、甲醇汽車(chē)推廣進(jìn)展迅速、綠色甲醇點(diǎn)燃亞運(yùn)火炬……李燦院士的時(shí)間顯然更加緊張了，國(guó)慶長(zhǎng)假后的第一個(gè)工作日，我約到了李燦院士的時(shí)間，雖然在我后面還排了幾波人，但李燦院士還是給了我一個(gè)半小時(shí)的訪(fǎng)談，詳細(xì)地介紹了液態(tài)陽(yáng)光研究的初衷、原理、工業(yè)化示范、及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目進(jìn)程。我們從這個(gè)堅(jiān)持了20多年新能源探索的案例，可以感受到能源變革的重大意義和力量。
——鄭賢玲
1 基礎(chǔ)研究："道法自然“的可持續(xù)能源
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：首先，和我們今天追蹤綠氫熱點(diǎn)不同，您好像很早就開(kāi)始了“液態(tài)陽(yáng)光”的研究項(xiàng)目，請(qǐng)您回顧一下研究“液態(tài)陽(yáng)光”的背景？
李燦院士：故事說(shuō)來(lái)很長(zhǎng)，我開(kāi)始新能源尤其是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的新能源研究起步于二十多年前，當(dāng)時(shí)政府和市場(chǎng)對(duì)新能源發(fā)展還沒(méi)有要求，當(dāng)初，觸發(fā)我考慮新能源的主要原因是能源和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題。
之前，我的研究主要在化石能源的催化轉(zhuǎn)化方面，研究做得比較多的是化石能源如石油、煤炭和天然氣轉(zhuǎn)換相關(guān)的催化基礎(chǔ)研究，學(xué)術(shù)上已經(jīng)取得了一些成績(jī)。但我深刻地感受到這些能源是不可持續(xù)的，特別是當(dāng)我了解到一些化石資源不可持續(xù)的活生生的案例，例如，一些大型的煤礦枯竭了，油田也枯竭或產(chǎn)量逐年下降等等，另外，過(guò)度使用化石資源是導(dǎo)致環(huán)境惡化的主要原因，這些情況日漸惡化，對(duì)國(guó)家乃至人類(lèi)社會(huì)的當(dāng)下和未來(lái)都是非常嚴(yán)峻的問(wèn)題，所以，我比較早地考慮把研究重心轉(zhuǎn)移到新能源方向。
轉(zhuǎn)到新能源方向的第一個(gè)切入課題就是分解水制氫，首先通過(guò)太陽(yáng)能光催化分解水制氫，從科學(xué)原理上來(lái)看，要想從傳統(tǒng)能源轉(zhuǎn)型到清潔能源，第一個(gè)瓶頸或是第一個(gè)要攻克的關(guān)口就是分解水制氫，這樣才能把太陽(yáng)能等可再生能源轉(zhuǎn)化成氫能。
我們的研究把道法自然作為遵循的原則。在自然光合過(guò)程中，植物將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，為人類(lèi)提供了一個(gè)學(xué)習(xí)的榜樣，光合作用原理的第一步就是水分解，從水里面把質(zhì)子和電子拿出來(lái)，供給后面的光合反應(yīng)，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物，進(jìn)而形成生物質(zhì)能源。道法自然就應(yīng)該走這條路：第一步從水分解獲得氫，把太陽(yáng)能儲(chǔ)存成氫能，而氫就是一個(gè)化學(xué)分子了，通過(guò)它然后去轉(zhuǎn)換其他分子。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：您轉(zhuǎn)變研究方向具體是哪一年？是什么力量讓您在沒(méi)有政策引導(dǎo)的情況下開(kāi)啟了這個(gè)科研項(xiàng)目？
李燦院士：是2001年。2000年是千年之禧的時(shí)候，世界對(duì)能源及環(huán)境的認(rèn)知已經(jīng)發(fā)生著重大的改變，2001年我啟動(dòng)的第一個(gè)新項(xiàng)目就是光催化分解水制氫。
2001年世界上發(fā)生了多個(gè)重大事件，那一年中國(guó)加入世貿(mào)組織（WTO），美國(guó)發(fā)生了911事件。2000年前后也是氣候變化國(guó)際會(huì)議上各國(guó)開(kāi)始醞釀分?jǐn)倻p排二氧化碳任務(wù)的時(shí)候，不過(guò)我當(dāng)時(shí)并沒(méi)有太注意到氣候變化這些問(wèn)題，當(dāng)時(shí)只是很樸素地考慮中國(guó)乃至人類(lèi)能源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題，煤和石油挖完了后人類(lèi)怎么辦？作為一個(gè)科技工作者，當(dāng)時(shí)我只是希望有生之年對(duì)這個(gè)方面早一點(diǎn)部署，還想不到現(xiàn)在的“液態(tài)陽(yáng)光”能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)碳中和有現(xiàn)實(shí)貢獻(xiàn)。
剛開(kāi)始主要集中在光催化分解水制氫、后來(lái)逐步拓展到光電催化制氫和電催化制氫。因?yàn)檫@些過(guò)程本質(zhì)上都是通過(guò)太陽(yáng)能制氫，風(fēng)能、水能、生物質(zhì)都來(lái)自于太陽(yáng)能，所以光伏電解水制氫，風(fēng)能、生物質(zhì)能源制氫都是太陽(yáng)能制氫的另一種方式。所以抓住太陽(yáng)能，太陽(yáng)能直接光催化分解水制氫，太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換、光伏發(fā)電進(jìn)而電解水制氫，氫作為一種太陽(yáng)能儲(chǔ)能的物質(zhì)，可以把太陽(yáng)能的應(yīng)用拓展得很廣。這些就是我初期的想法。
2001年中國(guó)很少有人在做太陽(yáng)能分解水制氫研究，研究所也沒(méi)有人做這個(gè)工作了，我從輕車(chē)熟路的化石能源研究轉(zhuǎn)向一個(gè)冷門(mén)的領(lǐng)域。2001年，在一個(gè)很小的實(shí)驗(yàn)室先把光催化分解水制氫的實(shí)驗(yàn)做起來(lái)，兩年后，又啟動(dòng)了光伏發(fā)電新材料研究，也就是太陽(yáng)電池的研究。
當(dāng)時(shí)聚焦研究這兩個(gè)方向，一個(gè)是太陽(yáng)能到化學(xué)能，通過(guò)電解水制氫，另一個(gè)就是光伏發(fā)電。那個(gè)時(shí)候光伏發(fā)電的效率還很低，成本非常高。2001年光伏發(fā)電成本是火電成本的幾十倍，到2008年、2009年大概到火電成本的7-8倍，依然很貴，但啟動(dòng)太陽(yáng)電池研究的動(dòng)機(jī)也是希望可再生能源能夠支撐人類(lèi)電力可持續(xù)發(fā)展的需要。
一開(kāi)始研究工作非常艱難，光催化制氫的研究我們晚于日本，日本在1973年的時(shí)候已經(jīng)啟動(dòng)這項(xiàng)研究工作了，但從1970年代到2000年這些年里，他們研究的進(jìn)度也非常慢，沒(méi)有取得什么大的突破。太陽(yáng)能制氫日本曾有不少的研究團(tuán)隊(duì)，由于這個(gè)研究太難，到2000年左右只剩下東京大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)和日本工業(yè)界研究院的一些研究組在堅(jiān)持。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：既然日本都做不下去，您為什么還要做？
李燦院士：在啟動(dòng)光催化分解水制氫研究之前我做了深入的調(diào)研工作，曾到日本、歐洲做了兩次休假學(xué)術(shù)訪(fǎng)問(wèn)，利用此機(jī)會(huì)，訪(fǎng)問(wèn)了光催化分解水相關(guān)的很多學(xué)校，看看人家的進(jìn)度是什么樣子的，為什么一些人放棄了，為什么還有一些人在做，想搞清楚困難在哪里，做的理由又是什么。從歐洲了解的情況是做的人很少，大家認(rèn)為一時(shí)半會(huì)兒沒(méi)有希望，而且也沒(méi)有好的路徑來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。日本的幾個(gè)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持了好多年，從上世紀(jì)70年代開(kāi)始直到2000年代，但基本上大多都在篩選材料，篩選光催化劑，通過(guò)合成新的材料，尋求突破。
我在訪(fǎng)問(wèn)中注意到一個(gè)普遍的問(wèn)題，已有的工作大多缺乏從基礎(chǔ)科學(xué)研究，即從本質(zhì)上理解光催化的過(guò)程，我意識(shí)到如果不從原理上入手而是簡(jiǎn)單地炒材料的思路，希望是不大的；其次，很多研究主要沿著化學(xué)的路子，實(shí)際上光電的轉(zhuǎn)換涉及到物理學(xué)、生物學(xué)的科學(xué)基礎(chǔ)，需要考慮學(xué)科交叉，即應(yīng)該是左手與物理學(xué)交叉，右手與植物生物學(xué)交叉，才有可能取得進(jìn)展。
日本已經(jīng)做了20多年尚沒(méi)有取得突破性進(jìn)展，我們憑什么能夠突破呢？這讓我萌生了從更基礎(chǔ)原理和多學(xué)科交叉的方向切入這個(gè)領(lǐng)域的想法，找到基本科學(xué)問(wèn)題必須開(kāi)始從原理入手。但即使這樣也非常艱難，花了三年時(shí)間到2003年，才發(fā)表了第一篇小文章，此后才逐步上道，2005年到2008年期間從原理上逐漸有了一些自己的認(rèn)識(shí)，先后發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體光催化劑的異相結(jié)效應(yīng)，并提出了雙助催化劑的概念，到2008年在光催化學(xué)術(shù)圈內(nèi)、包括國(guó)際學(xué)術(shù)領(lǐng)域開(kāi)始小有影響了，這個(gè)時(shí)候太陽(yáng)能制綠氫的思路變得清晰起來(lái)，在實(shí)驗(yàn)中也出現(xiàn)了一些比較有意思的結(jié)果，我便開(kāi)始從光催化向光電催化和電催化制氫方向拓展。
到了2016年-2017年，先后在幾個(gè)方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，從2017年開(kāi)始，太陽(yáng)能規(guī)?；娊馑茪溆辛艘恍┻M(jìn)展，這個(gè)時(shí)候我開(kāi)始思考規(guī)?；铣梢后w太陽(yáng)能燃料的可行性?！暗婪ㄗ匀弧?，自然界植物光合作用過(guò)程就是把水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物，有了從太陽(yáng)能來(lái)的綠氫，能不能把二氧化碳轉(zhuǎn)換成化學(xué)品，像生物質(zhì)一樣的東西。所以，第一個(gè)上手的轉(zhuǎn)化是二氧化碳加氫制甲醇，就是現(xiàn)在常稱(chēng)的“綠色甲醇”，因?yàn)檫@個(gè)氫是從太陽(yáng)能來(lái)的，且甲醇在常溫常壓下是液體，所以這樣的甲醇也可叫“液態(tài)陽(yáng)光”。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：那為什么這個(gè)綠色甲醇叫“液態(tài)陽(yáng)光”？
李燦院士：這種甲醇學(xué)術(shù)上又叫“太陽(yáng)燃料”，因?yàn)檫@個(gè)二氧化碳是一個(gè)惰性的分子，已經(jīng)是一個(gè)能量很低的分子了，那么要變成一個(gè)能量高的燃料的話(huà)，一定需要注入能量，這個(gè)能量從哪里來(lái)呢？就是太陽(yáng)能，是從太陽(yáng)能制取氫，才把二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化為甲醇，所以這樣的液體燃料就叫“液態(tài)陽(yáng)光”。
“液態(tài)陽(yáng)光"（liquid Sunshine）這個(gè)名詞是由新加坡國(guó)立大學(xué)前校長(zhǎng)施春風(fēng)先生提出來(lái)的，這個(gè)名字非常形象。即可把太陽(yáng)能儲(chǔ)存在容器中，大家都熟悉傳統(tǒng)能源汽油、柴油的形態(tài)，將陽(yáng)光變成甲醇就可以將光能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的化學(xué)能并以液體的形式存儲(chǔ)、運(yùn)輸與應(yīng)用。
在此之前，由太陽(yáng)能制成的甲醇等液體產(chǎn)品被稱(chēng)為“液態(tài)太陽(yáng)燃料（Liquid Solar Fuel），“液態(tài)陽(yáng)光”更加形象,所以，我們采用了這個(gè)名字?！耙簯B(tài)陽(yáng)光”不僅指太陽(yáng)燃料甲醇，還可以指很多其他產(chǎn)品，例如由太陽(yáng)能合成的汽油、柴油、航空煤油等燃料（可統(tǒng)稱(chēng)為“液態(tài)陽(yáng)光”），以及各種高端化學(xué)品。有了綠氫理論上就可以把二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲醇。
此后，我便開(kāi)始主攻二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化成甲醇的這個(gè)難題。在原理上氫可以從光催化、光電催化、電催化分解水產(chǎn)生，特別是通過(guò)電催化可以規(guī)?；纸馑茪?。所以，下一步就要解決二氧化碳怎樣加氫轉(zhuǎn)換成甲醇的問(wèn)題。
這個(gè)研究又在實(shí)驗(yàn)室做了三年，才取得了進(jìn)展，成功發(fā)展了一種高效高選擇性的二氧化碳加氫制甲醇的催化劑，是一種二元氧化物的固溶體催化劑。由此發(fā)展出一個(gè)由二氧化碳為原料的合成甲醇的催化技術(shù)。
2 產(chǎn)業(yè)化：工業(yè)示范流程打通，實(shí)際應(yīng)用放大100倍
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：技術(shù)打通是否意味著可以實(shí)施產(chǎn)業(yè)化？
李燦院士：在真正產(chǎn)業(yè)化之前還需要做工程驗(yàn)證，即工業(yè)化中試試驗(yàn)。這個(gè)研究在實(shí)驗(yàn)室取得成功后，我就給能源局和科技部匯報(bào)，希望盡快做一個(gè)大規(guī)模的示范工程，來(lái)驗(yàn)證大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的可行性。如果一直停在實(shí)驗(yàn)室里面，無(wú)法驗(yàn)證學(xué)術(shù)成果是否可靠，對(duì)于大部分催化基礎(chǔ)研究，工業(yè)化驗(yàn)證是必要的。
而我們的這個(gè)研究針對(duì)的是“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，僅僅停留在實(shí)驗(yàn)室是不夠的，能源一定要做大，做大才能起到實(shí)際的效果?？紤]到太陽(yáng)能資源分布情況，我們將目標(biāo)放在了西部地區(qū)，中試的試驗(yàn)選址就確定在甘肅的蘭州新區(qū)，一方面蘭州在地域上代表性很強(qiáng)，另一方面當(dāng)時(shí)蘭州新區(qū)的領(lǐng)導(dǎo)對(duì)這項(xiàng)新技術(shù)特別支持。
從2017年開(kāi)始確定中試方案，2018年在蘭洽會(huì)上簽訂協(xié)議，啟動(dòng)了“液態(tài)陽(yáng)光”的工程化中試的工作，先預(yù)定了年產(chǎn)1000~1500噸甲醇的規(guī)模，這個(gè)規(guī)模就可以證明這個(gè)技術(shù)將來(lái)能不能放大，這個(gè)項(xiàng)目2018年開(kāi)始啟動(dòng)，蘭州新區(qū)石投公司承接這個(gè)項(xiàng)目，蘭州新區(qū)非常重視，把這個(gè)項(xiàng)目作為頭號(hào)工程，他們的效率很高，不到兩年的時(shí)間，工程就基本建成了。到2020年年初，整個(gè)工藝流程打通了，開(kāi)始產(chǎn)出甲醇產(chǎn)品了。
2020年10月份在蘭州新區(qū)舉行了技術(shù)鑒定驗(yàn)收會(huì)，由中國(guó)石化聯(lián)合會(huì)組織的專(zhuān)家委員會(huì)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)此技術(shù)進(jìn)行了鑒定驗(yàn)收，大家對(duì)這個(gè)項(xiàng)目的認(rèn)可度很高，評(píng)價(jià)也非常高，鑒定確定這個(gè)項(xiàng)目具有三個(gè)方面的創(chuàng)新：第一次利用波動(dòng)的光伏發(fā)電實(shí)現(xiàn)電解水制氫；氫能與連續(xù)化生產(chǎn)的二氧化碳加氫制甲醇的工藝過(guò)程匹配；第二、驗(yàn)證了先進(jìn)的電解水催化技術(shù)，獲得高能效、大規(guī)模化、長(zhǎng)壽命電解槽技術(shù)；第三、驗(yàn)證了創(chuàng)新的二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化制甲醇的催化技術(shù)，這三項(xiàng)技術(shù)都是國(guó)際領(lǐng)先。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：從實(shí)驗(yàn)室到工程驗(yàn)證，再到實(shí)際應(yīng)用，規(guī)模放大會(huì)有工藝上的瓶頸嗎？
李燦院士：這個(gè)中試成功以后，許多專(zhuān)家建議盡快推廣應(yīng)用。從千噸級(jí)中試的技術(shù)指標(biāo)可以判斷，可以放大到1萬(wàn)噸、甚至10萬(wàn)噸，因?yàn)檫@個(gè)技術(shù)的催化過(guò)程熱效應(yīng)比較小，它的放大效應(yīng)比較小。這個(gè)技術(shù)原理上可以放大。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：那太好了，現(xiàn)在開(kāi)始實(shí)際應(yīng)用了嗎？
李燦院士：蘭州這個(gè)項(xiàng)目的工程驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)后很多企業(yè)對(duì)液態(tài)陽(yáng)光產(chǎn)生了興趣，到蘭州新區(qū)現(xiàn)場(chǎng)參觀考察，很多企業(yè)希望上這個(gè)項(xiàng)目，但由于近三年疫情，推廣進(jìn)程受到一定的影響，但中煤集團(tuán)還是準(zhǔn)備上“液態(tài)陽(yáng)光”工程，他們?cè)诙鯛柖嗨挂?guī)劃了一個(gè)年產(chǎn)10萬(wàn)噸級(jí)“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇的項(xiàng)目，相當(dāng)于在蘭州工程示范的基礎(chǔ)上規(guī)模擴(kuò)大了100倍。
“液態(tài)陽(yáng)光”一定需要可再生能源，即如光伏和風(fēng)電的電力，因?yàn)檗D(zhuǎn)化二氧化碳一定需要能源注入，要規(guī)?；铣伞耙簯B(tài)陽(yáng)光”甲醇，首先要有足夠的光伏資源或風(fēng)電資源，因?yàn)楣夥惋L(fēng)電資源決定了綠氫生產(chǎn)的規(guī)模。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：20多年的基礎(chǔ)研究您覺(jué)得現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)化最大的驅(qū)動(dòng)力是什么？
李燦院士：現(xiàn)在“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇受到很大的關(guān)注，主要是因?yàn)椤半p碳”戰(zhàn)略的必然要求。如我當(dāng)初啟動(dòng)太陽(yáng)能制氫時(shí)的遠(yuǎn)景，主要是人類(lèi)能源的可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題。
按照雙碳目標(biāo)的時(shí)間表，無(wú)論是2030年碳達(dá)峰還是2060年碳中和，對(duì)我們來(lái)說(shuō)任務(wù)都非常緊迫，實(shí)際上現(xiàn)在看碳達(dá)峰可能勉強(qiáng)能達(dá)到，但是實(shí)現(xiàn)碳中和很困難。
在這個(gè)情況下，我們的技術(shù)就被推到了風(fēng)口浪尖，現(xiàn)在準(zhǔn)備上“液態(tài)陽(yáng)光”項(xiàng)目的企業(yè)很多，但是液態(tài)陽(yáng)光甲醇合成需要滿(mǎn)足相關(guān)的條件，陽(yáng)光合成必須具備可再生能源，需要綠氫，所以“液態(tài)陽(yáng)光”更適合在可再生能源豐富的地區(qū)。尤以西北地區(qū)，如內(nèi)蒙、新疆、甘肅、青海、寧夏等以及具有豐富風(fēng)電的沿海地區(qū)。這些地方有非常好的風(fēng)光資源，具備大規(guī)模合成“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇等綠色燃料的條件。
3 產(chǎn)研合作：彼此信任，共建體系
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展得益于改革開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)西方發(fā)達(dá)國(guó)家成熟的技術(shù)，但同時(shí)，我們也習(xí)慣了“拿來(lái)主義”，現(xiàn)在全球要素逐漸被拉平，我們可以拿來(lái)的東西越來(lái)越少。但我們的企業(yè)大部分都沒(méi)有基礎(chǔ)科學(xué)的研發(fā)體系，而科研院所過(guò)去的很多研究多止于論文，但“液態(tài)陽(yáng)光”是一個(gè)科研院所與企業(yè)合作的項(xiàng)目，您能分享一下合作過(guò)程嗎？
李燦院士：我沒(méi)來(lái)得及講基礎(chǔ)科學(xué)方面的問(wèn)題，實(shí)際上“液態(tài)陽(yáng)光”技術(shù)的研發(fā)里面有非常重大的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，比如說(shuō)光催化分解水制氫就是一個(gè)大科學(xué)問(wèn)題，迄今，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率為什么還很低？
長(zhǎng)期以來(lái)納米顆粒的光催化劑里面發(fā)生了什么樣的微觀過(guò)程是不清楚的，它的基本的原理是什么呢？光催化材料吸收了光以后，瞬間這個(gè)材料里面產(chǎn)生了光生的電荷，這個(gè)光生的電荷驅(qū)動(dòng)表面化學(xué)反應(yīng)，這是光催化基本的原理，但是誰(shuí)也沒(méi)有看見(jiàn)究竟這些微觀過(guò)程是如何發(fā)生的，因?yàn)檫@些過(guò)程太快了。
這些過(guò)程是飛秒的時(shí)間概念，即千萬(wàn)億分之一秒，10-15秒或者更快，今年諾貝爾物理獎(jiǎng)給了“阿秒光脈沖”，阿秒更快，是百億億分之一秒，是10-18秒。從納秒（nanosecond，即十億分之一秒，10-9）、到皮秒（picosecond，即萬(wàn)億分之一秒，10-12）、到飛秒femtosecond即千萬(wàn)億分之一秒，10-15、再到阿秒（attosecond，即百億億分之一秒，10-18）。每三個(gè)數(shù)量級(jí)都是巨大的跨越，光電催化的研究中就用到了飛秒到皮秒光譜，能跟蹤電荷的轉(zhuǎn)移過(guò)程。
經(jīng)過(guò)多年的探索和發(fā)展，我們發(fā)展了超快成像光譜技術(shù)，把單個(gè)納米光催化劑中光生電荷演化的過(guò)程“拍攝”下來(lái)，看到了從光生電荷產(chǎn)生、遷移再到表面反應(yīng)的微觀細(xì)節(jié)，這是光催化研究半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，第一次實(shí)現(xiàn)了這個(gè)過(guò)程，引起了學(xué)術(shù)界廣泛的關(guān)注。值得一提的是，今年獲得物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家能把阿秒這么快的激光搞出來(lái)，將來(lái)有望把光催化的整個(gè)光電轉(zhuǎn)移過(guò)程能看得更清楚。
我們一直致力于在微觀世界里面探索光生電荷怎樣參與化學(xué)反應(yīng)、怎樣把氫釋放出來(lái)。到了催化劑表面上，質(zhì)子和電子結(jié)合形成氫原子，然后氫原子變成氫分子釋放出來(lái)，再用這個(gè)氫分子與二氧化碳反應(yīng)，把二氧化碳還原為甲醇，這里面有很多非常奇妙的微觀過(guò)程。
這是屬于基礎(chǔ)科學(xué)方面的問(wèn)題，如果不在基礎(chǔ)科學(xué)方面下功夫的話(huà)，取得非常重大的突破是不可能的，首先要從根上來(lái)理解這些問(wèn)題，解決這些問(wèn)題，才能實(shí)現(xiàn)“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇合成。這些問(wèn)題解決了以后，下一個(gè)的任務(wù)是工程化。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：是的，我相信微觀世界也是很有趣的，但工程化會(huì)涉及很多工藝問(wèn)題、成本問(wèn)題，企業(yè)的創(chuàng)新也非常重要。過(guò)去我們看到很多的產(chǎn)學(xué)研合作都是企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中創(chuàng)新需要科研院所的支持，而您這個(gè)項(xiàng)目是有了理論需要企業(yè)來(lái)驗(yàn)證，這個(gè)交流是不是更困難呢？
李燦院士：一般做學(xué)問(wèn)的范式，無(wú)論在中國(guó)學(xué)術(shù)界還是國(guó)際學(xué)術(shù)界，大多都是做基礎(chǔ)研究的就做基礎(chǔ)研究，把原理搞清楚、文章寫(xiě)出來(lái)就行了。但是，現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)四個(gè)面向，僅僅到這一步還不夠，基礎(chǔ)研究成果還應(yīng)轉(zhuǎn)換為工程應(yīng)用過(guò)程。一般做工程化應(yīng)用主要是一些研發(fā)和工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)比較好的企業(yè)。像中集安瑞科，華陸工程設(shè)計(jì)院。就可以在基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上做工程化設(shè)計(jì)。不過(guò)，實(shí)際上，中國(guó)的情況很多不是這樣的，大部分企業(yè)的研發(fā)力量還比較弱一些，如果把實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)研究文章交給他，讓他馬上工程化，他也做不到。因此，從實(shí)驗(yàn)室的小試到工業(yè)化中試還是必要的。
因此，光在實(shí)驗(yàn)室工作不行，還得推動(dòng)工程項(xiàng)目的落地。為了蘭州新區(qū)的工程化示范項(xiàng)目，我先后13次往返大連的實(shí)驗(yàn)室和工地之間，當(dāng)時(shí)從大連到蘭州經(jīng)常沒(méi)有直達(dá)飛機(jī)，必須從鄭州、鄂爾多斯或呼和浩特轉(zhuǎn)機(jī)，從早上出發(fā)到蘭州已經(jīng)是下午了，單程要花一天時(shí)間。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：與很多人現(xiàn)在跟蹤“綠氫”的熱點(diǎn)相比，您用了20年的時(shí)間來(lái)做光催化劑、光電催化劑和電催化的基礎(chǔ)研究，顯得更加從容，當(dāng)時(shí)沒(méi)有明確的商業(yè)功利目的，更像是一種自覺(jué)。
李燦院士：不過(guò)這種“自覺(jué)”研究也有另外的壓力，看不到產(chǎn)業(yè)化希望的研究也就意味著很難獲得研究經(jīng)費(fèi)，因?yàn)閲?guó)家還沒(méi)有項(xiàng)目支持、企業(yè)看不到商業(yè)價(jià)值。我原本做油品脫硫技術(shù)、做高品質(zhì)燃料，有中石油、中石化給的項(xiàng)目資助，轉(zhuǎn)向這個(gè)前瞻性研究方向后沒(méi)有一個(gè)企業(yè)給資助，一直到2008年之前，幾乎沒(méi)有獲得一個(gè)國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)于光催化制氫和“液態(tài)陽(yáng)光”項(xiàng)目上的任何資金支持。
除了從國(guó)家基金委的基礎(chǔ)研究項(xiàng)目中獲得一些經(jīng)費(fèi)之外，沒(méi)有其他資助，反而是國(guó)際上有些大的能源公司還資助一些前瞻科技的項(xiàng)目資助，因?yàn)?，一些?guó)際公司也有前瞻性的戰(zhàn)略規(guī)劃。我本人倒是從容，一直沒(méi)有為此而感到壓力，但沒(méi)有經(jīng)費(fèi)來(lái)源，要支撐一個(gè)規(guī)模較大的研究團(tuán)隊(duì)有一些困難，所以，早期，我的研究組并不大。
另一方面，僅做好基礎(chǔ)研究，其實(shí)并不需要太大的研究組。要有好的想法?，F(xiàn)在我的團(tuán)隊(duì)除了基礎(chǔ)研究，還兼顧工程化應(yīng)用研究，現(xiàn)在的團(tuán)隊(duì)將近170人，如果沒(méi)有足夠的經(jīng)費(fèi)是無(wú)法支撐這么大規(guī)模研究團(tuán)隊(duì)的。其實(shí)，嚴(yán)格來(lái)講做產(chǎn)業(yè)化并不是我們的長(zhǎng)項(xiàng)，不是像科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室研究原子、電子、分子等微觀世界的科學(xué)規(guī)律，但是不這么做不行。當(dāng)然對(duì)于催化研究，工程化應(yīng)用研究是對(duì)催化基礎(chǔ)研究成果的考驗(yàn)，甚至也是對(duì)基礎(chǔ)研究成果的確認(rèn)。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：是的，這是由于中國(guó)企業(yè)的發(fā)展路徑?jīng)Q定的，因?yàn)橹袊?guó)并沒(méi)有參與前三次工業(yè)革命，大部分企業(yè)都是拿國(guó)外成熟技術(shù)的產(chǎn)品和工藝來(lái)生產(chǎn)，企業(yè)普遍沒(méi)有原始創(chuàng)新，也沒(méi)有建立基礎(chǔ)技術(shù)的研發(fā)體系，他們普遍沒(méi)有能力將科學(xué)家的原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟(jì)效益。進(jìn)入到比較前瞻的科技領(lǐng)域，就需要科學(xué)家與企業(yè)科研人員共同研發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)從理論到工程的驗(yàn)證。
李燦院士：很幸運(yùn)的是，蘭州新區(qū)的領(lǐng)導(dǎo)和承接這個(gè)項(xiàng)目的企業(yè)都看好這個(gè)項(xiàng)目、也非常支持這個(gè)項(xiàng)目，我去新區(qū)現(xiàn)場(chǎng)13次就開(kāi)了13次現(xiàn)場(chǎng)工作會(huì)，大家都很信任，如果出現(xiàn)工程問(wèn)題，大家就在現(xiàn)場(chǎng)工作會(huì)議上解決。舉一個(gè)例子，比如加工反應(yīng)器需要用一種特殊鋼材，這種特殊鋼材當(dāng)時(shí)缺貨，企業(yè)工程技術(shù)人員真是上天入地尋找，將這些技術(shù)要求發(fā)到各家供應(yīng)商，結(jié)果在很短的時(shí)間內(nèi)找到了滿(mǎn)足條件的材料。
合作過(guò)程中，科學(xué)家對(duì)科學(xué)技術(shù)問(wèn)題通?？梢蕴岢鲈硇越鉀Q方案。但有的工程的問(wèn)題需要企業(yè)的工程技術(shù)專(zhuān)家才能解決，當(dāng)然這些工程問(wèn)題背后根本上也是科學(xué)問(wèn)題，所以在科研成果走向應(yīng)用時(shí)，科學(xué)家與企業(yè)家要多交流，提出解決方案，共同解決問(wèn)題。正是因?yàn)殡p方的彼此信任和暢通的交流，項(xiàng)目進(jìn)展得非常順利，進(jìn)度也超出預(yù)期。
最后，我們把這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)研究成果推向工程化，從實(shí)驗(yàn)室大約只有100毫升催化劑的反應(yīng)裝置放大到1000噸甲醇/年的生產(chǎn)規(guī)模，從原來(lái)的小小的反應(yīng)器，現(xiàn)在要變成一個(gè)幾米高的一個(gè)反應(yīng)器，需要建一個(gè)工業(yè)化裝置，要解決一系列的過(guò)程技術(shù)問(wèn)題。
4 經(jīng)濟(jì)性：碳稅機(jī)制與電價(jià)下降將讓綠色甲醇用得起
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：能源企業(yè)減碳?jí)毫倘淮?，但企業(yè)關(guān)心政治，更關(guān)心經(jīng)濟(jì)，目前“液態(tài)陽(yáng)光”的經(jīng)濟(jì)性怎樣？我們?cè)鯓宇A(yù)期它的價(jià)格趨勢(shì)？
李燦院士：經(jīng)濟(jì)性是大家普遍關(guān)心的問(wèn)題，如果沒(méi)有現(xiàn)有的甲醇成本作為比較，綠色甲醇的經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)非常好了。但問(wèn)題是工業(yè)上現(xiàn)存的煤制甲醇已經(jīng)成熟，而且很便宜，因?yàn)樗脑蟽r(jià)格很便宜，技術(shù)路線(xiàn)已經(jīng)很成熟，所以市場(chǎng)上已經(jīng)有了很便宜的甲醇作為參照，目前綠色甲醇要比煤制甲醇價(jià)格高一些。
但是，綠色甲醇的價(jià)格隨著技術(shù)的進(jìn)步，會(huì)單調(diào)下降。其價(jià)格取決于技術(shù)成本和可再生能源（主要時(shí)光伏和風(fēng)電）的電價(jià)，大概30%是二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化及電解水制氫這些技術(shù)成本，還有70%是可再生能源的電價(jià)。中國(guó)的光伏、風(fēng)電發(fā)展非?？欤F(xiàn)在光伏和風(fēng)電價(jià)格已經(jīng)比較低了，價(jià)格還在往下降，因?yàn)樘?yáng)能和風(fēng)能沒(méi)有原料成本的問(wèn)題，只要光伏風(fēng)電發(fā)電的技術(shù)進(jìn)步了，它的價(jià)格就進(jìn)一步下降。
2001年我們剛剛啟動(dòng)太陽(yáng)能制氫研究時(shí)，光伏電價(jià)是火電的十倍以上，到了2008年的時(shí)候大概是火電的數(shù)倍，現(xiàn)在光伏發(fā)電成本已經(jīng)達(dá)到甚至低于火電，現(xiàn)在不需要補(bǔ)貼，可以評(píng)價(jià)上網(wǎng)了。其實(shí)，據(jù)光伏發(fā)電的龍頭企業(yè)估計(jì)，現(xiàn)在的剛性成本到了0.15元/度電以下，所以，過(guò)去的20年里，光伏發(fā)電成本下降了90%以上。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：那么現(xiàn)在工業(yè)企業(yè)就像中煤有沒(méi)有算投資回報(bào)的時(shí)間？企業(yè)的轉(zhuǎn)型既需要前瞻性，又要考慮財(cái)務(wù)報(bào)表，以您的觀察，轉(zhuǎn)型過(guò)程中他們?cè)鯓悠胶猓?/p>
李燦院士：可再生能源的投資回報(bào)時(shí)間可能要稍微長(zhǎng)一些。企業(yè)家的認(rèn)識(shí)已經(jīng)上來(lái)了，從兩個(gè)方面看：第一點(diǎn)是政府決心發(fā)展新能源，這個(gè)道路必須要走，第二點(diǎn)是要完成“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，大企業(yè)、國(guó)有大企業(yè)有國(guó)家擔(dān)當(dāng)。比如中煤集團(tuán)等傳統(tǒng)煤炭能源企業(yè)，二氧化碳排放壓力很大，先走一步就比較主動(dòng)了，越到后面壓力越大，總的趨勢(shì)是降低煤炭等化石能源的消耗。就像中國(guó)在國(guó)際上自己主動(dòng)承諾2030碳達(dá)峰和2060碳中和，在應(yīng)對(duì)氣候問(wèn)題上，我們由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)了。
目前，中國(guó)是全球排放二氧化碳最多的國(guó)家，如果中國(guó)沒(méi)有解決好二氧化碳減排問(wèn)題，全球氣候問(wèn)題就難以解決，氣候變化對(duì)于人類(lèi)之災(zāi)害不僅全世界遭殃，中國(guó)14億人也受害。因此得罪的不僅是歐美這些發(fā)達(dá)國(guó)家，全世界發(fā)展中國(guó)家也會(huì)有意見(jiàn)，絕大部分發(fā)展中國(guó)家的工業(yè)發(fā)展比較落后，經(jīng)濟(jì)發(fā)展也比較慢，因此，他們的排放也就少。我們中國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家的領(lǐng)頭羊，一個(gè)負(fù)責(zé)任的大國(guó)，你自己排放這么多，你還沒(méi)有一個(gè)積極的表態(tài)怎么可以呢？所以中國(guó)的“雙碳”表態(tài)是非常正確的，不僅要表態(tài)，還要切實(shí)落實(shí)，別人也就沒(méi)什么說(shuō)的。所以，這就是一些大企業(yè)紛紛準(zhǔn)備上馬“液態(tài)陽(yáng)光”的動(dòng)力。
另一方面，企業(yè)家的確自己也看到了“液態(tài)陽(yáng)光”未來(lái)的發(fā)展前景，因?yàn)楣饪客诿翰恍校嚎偸怯型谕甑囊惶?，所以現(xiàn)在的能源集團(tuán)公司，他們都積極在西部地區(qū)部署新能源資源，西部光伏風(fēng)電的資源量很大，都在搶這些資源。原來(lái)是搶煤礦資源，現(xiàn)在在搶可再生能源資源，煤礦最終有枯竭的時(shí)候，但光伏風(fēng)電資源是取之不盡用之不竭的，這些地現(xiàn)在也不容易拿到，過(guò)去認(rèn)為戈壁灘、沙地等都是廢地，沒(méi)什么用處，現(xiàn)在這些廢地變成了寶貴的資源，當(dāng)?shù)卣隳眠@些資源來(lái)?yè)Q產(chǎn)業(yè)，他們希望投資光伏風(fēng)電的企業(yè)能夠給當(dāng)?shù)貛?lái)新興產(chǎn)業(yè)，能給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展有所貢獻(xiàn)。
英國(guó)石油公司（BP）跟我們所合作20年，在我們所設(shè)了一個(gè)研究中心，初期10年主要做化石能源的清潔高效轉(zhuǎn)化的研究，10年前跟我們合作成立能源創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，逐漸轉(zhuǎn)型，現(xiàn)在已經(jīng)不怎么做石油和煤炭相關(guān)的研究了。他們?cè)谥袊?guó)有很多石油相關(guān)的企業(yè)，有的都賣(mài)掉了，他們賣(mài)的時(shí)候不是不賺錢(qián)，很多還在盈利，他們就賣(mài)掉了，他們大跨步的轉(zhuǎn)型到綠色、低碳能源。而且在石油公司現(xiàn)在普遍困難的時(shí)候，BP表現(xiàn)相對(duì)比較從容，因?yàn)樘崆稗D(zhuǎn)型，所以有更多的商機(jī)。
與國(guó)際上像BP這些有前瞻性的企業(yè)相比，國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)一般都是逼得沒(méi)辦法了才考慮轉(zhuǎn)型，但我相信我國(guó)能源轉(zhuǎn)型是大趨勢(shì)。所以我對(duì)“液態(tài)陽(yáng)光”很樂(lè)觀，很多企業(yè)來(lái)談合作，我告訴他們目前看可能盈利不那么明顯，跟當(dāng)下市場(chǎng)煤化工甲醇的價(jià)格比，“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇稍貴一些，不過(guò)已經(jīng)接近市場(chǎng)甲醇的價(jià)格。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：行業(yè)起步階段很難有經(jīng)濟(jì)性的，技術(shù)成熟還有一個(gè)規(guī)?；膯?wèn)題?！耙簯B(tài)陽(yáng)光”規(guī)模化降本的預(yù)期怎樣？
李燦院士：規(guī)模化市場(chǎng)應(yīng)用是降低成本的一個(gè)重要途徑，因?yàn)橐?guī)?；糯蠛铣煽梢越档鸵淮涡栽O(shè)備投資成本，單位產(chǎn)量的成本就可以下降，所以從1000噸到10萬(wàn)噸放大，設(shè)備成本不是線(xiàn)性增加的，這樣的話(huà)，放大到10萬(wàn)噸乃至百萬(wàn)噸就可以大幅降低單位產(chǎn)量的成本。
另一方面，技術(shù)也在不斷進(jìn)步，比如說(shuō)二氧化碳加氫技術(shù)，電解水制氫技術(shù)都還有改進(jìn)的空間，成本會(huì)進(jìn)一步下降。更值得注意的是，隨著可再生電力成本的下降，“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇的價(jià)格會(huì)大幅下降。
目前，我國(guó)風(fēng)電、光伏裝機(jī)量迅速增加，可再生電力發(fā)展很快，電解成本必然會(huì)進(jìn)一步下降。最近報(bào)道的數(shù)據(jù)令人吃驚，原來(lái)提出2030年碳達(dá)峰的時(shí)候光伏風(fēng)電總裝機(jī)量要達(dá)到12億千瓦，這個(gè)數(shù)字去年已經(jīng)達(dá)到了，去年還有一個(gè)數(shù)字也是具有轉(zhuǎn)折性意義，2022年水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能光伏、生物質(zhì)等可再生能源發(fā)電裝機(jī)12.1億千瓦，超過(guò)煤電裝機(jī)11.2億千瓦，這將改變?nèi)藗兊挠^念。
傳統(tǒng)能源領(lǐng)域的專(zhuān)家和同行們認(rèn)為，可再生能源一時(shí)半會(huì)起不了什么作用，火電是能源壓艙石，因?yàn)檫^(guò)去80%以上都是火電，所以火電很重要。但實(shí)際上近十余年可再生能源發(fā)展得非?？?，尤其光伏、風(fēng)電，能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的速度非?？臁?/p>
原本預(yù)定2030年要實(shí)現(xiàn)的可再生能源裝機(jī)量目標(biāo)已經(jīng)達(dá)到，接下來(lái)還有7年，快速上風(fēng)光資源，它帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題需要解決，一下子增加這么多風(fēng)光發(fā)電，消納成了新的問(wèn)題，即便是上了網(wǎng)也消納不了。許多地區(qū)如內(nèi)蒙、新疆一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的可再生電力不容易輸出來(lái)，那么“液態(tài)陽(yáng)光”就成為一個(gè)解決方案，相當(dāng)于把這些可再生電力、這些風(fēng)光能源資源儲(chǔ)存起來(lái)，不一定必須上網(wǎng)，液態(tài)陽(yáng)光甲醇室溫常壓下是液體，易于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，既可以作為交通動(dòng)力燃料，也可以作為化學(xué)產(chǎn)品或材料產(chǎn)品的中間體。
我們國(guó)家每年從煤化工產(chǎn)甲醇近萬(wàn)噸，如果利用“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇能把這部分煤制甲醇給替代下來(lái)，這個(gè)貢獻(xiàn)就不得了，現(xiàn)在，甲醇作為汽車(chē)燃料的呼聲很高，“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇可作為原料替代汽油，成為新增的綠色零碳燃料。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：雙碳目標(biāo)下儲(chǔ)能發(fā)展很快，您認(rèn)為電化學(xué)儲(chǔ)能與“液態(tài)陽(yáng)光”哪個(gè)方案對(duì)解決光伏、風(fēng)電的消納更現(xiàn)實(shí)？
李燦院士：現(xiàn)在國(guó)家為了解決可再生能源消納的問(wèn)題，要求風(fēng)光發(fā)電必須配儲(chǔ)能，讓儲(chǔ)能來(lái)解決光伏風(fēng)電的波動(dòng)性，其實(shí)效果不明顯。
為了了解光伏配儲(chǔ)能的效果，我專(zhuān)門(mén)去西部考察了光伏發(fā)電工廠(chǎng)，他們按照要求配了20%的電池儲(chǔ)能（鋰電池），項(xiàng)目的工程師告訴我們目前這個(gè)20%起到的作用就是相當(dāng)于延長(zhǎng)了兩個(gè)小時(shí)發(fā)電。還是解決不了晝夜不連續(xù)的問(wèn)題，而“液態(tài)陽(yáng)光”策略可以離網(wǎng)制氫，因此可以利用不容易上網(wǎng)的光伏風(fēng)電合成甲醇，相當(dāng)于把這部分電儲(chǔ)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)存于甲醇中，可以更大規(guī)模儲(chǔ)能，初步估算10 萬(wàn)噸-甲醇/年規(guī)?？蓛?chǔ)存600兆瓦光伏-風(fēng)電的電量。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：現(xiàn)在看起來(lái)國(guó)內(nèi)強(qiáng)制配儲(chǔ)的機(jī)制不如歐洲，歐洲機(jī)制是補(bǔ)貼綠色甲醇或綠氨與傳統(tǒng)甲醇或合成氨之間的差價(jià)，同時(shí)，碳稅價(jià)格很高，將近100歐元/噸，對(duì)推進(jìn)綠氫替代有很強(qiáng)的引導(dǎo)作用，國(guó)內(nèi)強(qiáng)制配儲(chǔ)的辦法太過(guò)簡(jiǎn)單，可能只顧“配”不顧“儲(chǔ)”?！耙簯B(tài)陽(yáng)光”的價(jià)值體現(xiàn)在哪些方面？推動(dòng)綠氫和液態(tài)陽(yáng)光的機(jī)制怎樣？
李燦院士：在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)特高壓不方便而且成本太高，如果將這些地區(qū)的電力轉(zhuǎn)換為綠氨或氯色甲醇都可以作為氫基能源來(lái)儲(chǔ)存。尤其是甲醇規(guī)模化運(yùn)輸?shù)絻?nèi)地，可以做化工，可以直接做能源，也可以作為氫能的載體，從甲醇中把氫放出來(lái)比較容易，所以，“液態(tài)陽(yáng)光”或也稱(chēng)綠色甲醇，有三種屬性，可以說(shuō)是一石三鳥(niǎo)。
第一是儲(chǔ)氫功能，甲醇運(yùn)輸?shù)綉?yīng)用場(chǎng)地，在攝氏300度左右與水汽重整就可以把氫放出來(lái)，儲(chǔ)氫量達(dá)到18%以上（包括水中釋放的氫），比液氨的儲(chǔ)氫量還高；第二是它可以大規(guī)模的消納可再生能源；第三是它可以解決我們國(guó)家液體燃料短缺的問(wèn)題，因?yàn)槲覀儑?guó)家進(jìn)口石油的一大部分是用來(lái)生產(chǎn)燃油（汽油、柴油等），如果能夠用甲醇（由甲醇也可制汽油、柴油）來(lái)替代汽油、柴油，那我們對(duì)石油的進(jìn)口依賴(lài)度就會(huì)得到緩解。
特別是第二點(diǎn)，“液態(tài)陽(yáng)光”消納可再生能源的作用意義重大，因?yàn)橛行┢h(yuǎn)地區(qū)的荒地具備光伏風(fēng)電發(fā)電條件，但沒(méi)有輸電系統(tǒng)，發(fā)電上不了網(wǎng)。即便可以上網(wǎng)，也沒(méi)有辦法消納，西部的可再生能源發(fā)電都往東部輸送，東部將來(lái)也沒(méi)那么大的消納市場(chǎng)。青海的、新疆的、甘肅的、寧夏的都往東部輸，這種供給幾乎無(wú)限，但東部的消納卻是有限的。而原有的火電也不能一下降下來(lái)，火電的退出是個(gè)慢過(guò)程，但是，光伏風(fēng)電的發(fā)展太快了。
體制機(jī)制是推動(dòng)創(chuàng)新變革最核心的要素，尤其在中國(guó)，所有科技和產(chǎn)業(yè)變革都離不開(kāi)一個(gè)好的機(jī)制，科研機(jī)構(gòu)也特別希望在綠色經(jīng)濟(jì)上有更加高效合理的機(jī)制。為了推動(dòng)“液態(tài)陽(yáng)光”，我也多次與能源局和發(fā)改委溝通，每次的提案都能得到客客氣氣的答復(fù)，但并沒(méi)有具體的行動(dòng)，所以在實(shí)際推動(dòng)這些項(xiàng)目的過(guò)程中遇到很多困難。我們還要繼續(xù)呼吁。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：“液態(tài)陽(yáng)光”與傳統(tǒng)甲醇價(jià)格差多少？碳稅機(jī)制對(duì)“液態(tài)陽(yáng)光”的影響怎樣？
李燦院士：2020年的時(shí)候，我們團(tuán)隊(duì)做了一個(gè)經(jīng)濟(jì)評(píng)估，“液態(tài)陽(yáng)光”當(dāng)時(shí)要比煤化工甲醇貴1500-2000元/噸左右，但是近兩年光伏、風(fēng)電的電價(jià)是不斷的往下走，現(xiàn)在來(lái)算的話(huà)就沒(méi)那么大差別了。
如果用煤化工來(lái)制甲醇的話(huà)，每噸甲醇要排放三噸以上的二氧化碳。如果國(guó)家要推行碳稅的話(huà)，現(xiàn)在的碳稅價(jià)大概是50-60元/噸，將來(lái)還要提高，如果一噸甲醇要排三噸二氧化碳大約一兩百塊錢(qián)，如果這一兩百塊錢(qián)加到現(xiàn)在煤化工制甲醇的成本上，許多煤化工甲醇企業(yè)就沒(méi)辦法生存了，因?yàn)槊夯ぜ状嫉睦麧?rùn)大概就是每噸兩三百塊錢(qián)，所以從發(fā)展的眼光來(lái)看的話(huà)，傳統(tǒng)甲醇是沒(méi)辦法與“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇競(jìng)爭(zhēng)的。當(dāng)然現(xiàn)在我們國(guó)家碳稅還沒(méi)有推起來(lái)，如果碳稅真的要實(shí)施的話(huà)，“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇優(yōu)勢(shì)就非常明顯了。
歐洲10月1日剛剛公布了對(duì)中國(guó)兩年的邊界碳稅預(yù)備期，就是說(shuō)到2026年的時(shí)候正式要對(duì)中國(guó)實(shí)施邊境碳稅，如果實(shí)施這個(gè)政策的話(huà)，我們中國(guó)出口大概平均要上浮30%的關(guān)稅。其次，對(duì)于高排放產(chǎn)品甚至不允許出口，所以從這個(gè)意義上來(lái)講，綠氫、綠色甲醇這些方向是非常有前景的，盡管現(xiàn)在成本高，但必須要走這條路。不是說(shuō)綠色低碳成本高可以繞道而行，而是沒(méi)有別的更好的路可走。
5 碳中和：捕集與排放相抵達(dá)到近零排放
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：綠色甲醇主要有哪些應(yīng)用？
李燦院士：一方面作為材料中間體，例如各種材料，各種化學(xué)品，將來(lái)的綠色化、清潔化、低碳化產(chǎn)品大多可以由綠色甲醇出發(fā)合成，可以從綠氫開(kāi)始到綠色甲醇，綠色甲醇往下可以生產(chǎn)各種東西。比如生產(chǎn)烯烴、芳烴、可降解高分子等。
另一方面，綠色甲醇將來(lái)更多可作為碳中和燃料，比如吉利汽車(chē)正在推甲醇汽車(chē)，他們已經(jīng)進(jìn)行了多年的甲醇做燃料的汽車(chē)驗(yàn)證，現(xiàn)在開(kāi)始推廣甲醇汽車(chē)。今年杭州亞運(yùn)會(huì)采用甲醇燃料點(diǎn)火，這個(gè)宣傳效果很好， “液態(tài)陽(yáng)光”甲醇（也可稱(chēng)綠色甲醇）可以實(shí)現(xiàn)碳中和，這個(gè)宣傳實(shí)際上就是對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和的一個(gè)很好的科普。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：綠氫可以通過(guò)光伏和風(fēng)電來(lái)制取，那二氧化碳從哪里來(lái)呢？
李燦院士：二氧化碳的來(lái)源有很多，各種工業(yè)過(guò)程，包括火力發(fā)電、石灰、水泥、冶金行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程都有大量的二氧化碳排放，例如，水泥生產(chǎn)是通過(guò)高溫分解碳酸鈣過(guò)程，因此分解出大量二氧化碳。中煤集團(tuán)有煤化工，幾乎所有的煤化工過(guò)程都排放二氧化碳，因此他們就先上一個(gè)10萬(wàn)噸的項(xiàng)目作為煤化工行業(yè)的碳中和示范。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：您說(shuō)到碳中和，這是氫動(dòng)力和甲醇動(dòng)力很大的區(qū)別，因?yàn)闅錈o(wú)論是燃燒還是通過(guò)燃料電池發(fā)電都沒(méi)有排放，但甲醇作為動(dòng)力還是會(huì)排放二氧化碳，這個(gè)問(wèn)題怎么解決呢？
李燦院士：這是經(jīng)常問(wèn)到的一個(gè)問(wèn)題，即甲醇燃燒時(shí)排放二氧化碳的問(wèn)題，這需要從碳全生命周期來(lái)算賬，因?yàn)樵谏a(chǎn)甲醇的時(shí)候已經(jīng)捕集二氧化碳，甲醇燃燒的時(shí)候再排放等量的二氧化碳，這樣一進(jìn)一出，并沒(méi)有形成凈排放，這是一個(gè)碳中和的概念，這與用生物質(zhì)作燃料，或生物質(zhì)作原料生產(chǎn)甲醇、乙醇作燃料的道理是同樣的。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：另外，國(guó)際海事已經(jīng)將綠色甲醇定為遠(yuǎn)洋船舶的清潔燃料，國(guó)際船運(yùn)市場(chǎng)甲醇船訂單迅速增加。馬士基要求挺苛刻，它要求二氧化碳的來(lái)源要么是生物質(zhì)，要么是空氣中直接捕集，按照他們的要求“液態(tài)陽(yáng)光”也不能算綠色甲醇啦？
李燦院士：馬士基的這個(gè)要求并不合理，這是西方人根據(jù)他們自己的情況提出的要求。西方發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)完成工業(yè)化過(guò)程，他們集中排放二氧化碳的工業(yè)過(guò)程已經(jīng)很少了，他們集中排放二氧化碳的場(chǎng)景比中國(guó)少，所以他們要求從空氣里捕集二氧化碳，他們自己可以從空氣中捕集二氧化碳（實(shí)際上還沒(méi)有做起來(lái)），也要求其他國(guó)家從空氣中捕集。而發(fā)展中國(guó)家像中國(guó)，還有許多剛性集中排放二氧化碳的工業(yè)過(guò)程和能源轉(zhuǎn)化過(guò)程，所以先解決這些過(guò)程的二氧化碳排放是更有效的減碳的做法。
另外利用生物質(zhì)的道理也是一樣的，生物質(zhì)是捕獲空氣二氧化碳長(zhǎng)出來(lái)的物質(zhì)，燃燒的時(shí)候二氧化碳又排出去了，所以生物質(zhì)是零碳燃料或碳中和燃料，因?yàn)闅W洲和北美他們是有生物質(zhì)資源，很多生物質(zhì)資源也是汽化成一氧化碳，二氧化碳再加氫轉(zhuǎn)化成甲醇。但中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家的情況是現(xiàn)在有大量的高濃度二氧化碳正在排放。按照他們的要求就意味著讓高濃度二氧化碳排出去，再?gòu)目諝庵胁东@下來(lái)，這實(shí)際上成本更高。
所以，馬士基要求的這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是在發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，在發(fā)展中國(guó)家應(yīng)該修改。比如水泥行業(yè)如果不允許排二氧化碳，就不可能造出水泥，但是如果將排放到空氣里的二氧化碳，再捕集下來(lái)成本很高，但是，二氧化碳從水泥廠(chǎng)直接捕集就比較容易，因?yàn)樗鼭舛群芨摺?/p>
所以馬士基所提的規(guī)定更適合于歐洲，但他們沒(méi)有考慮中國(guó)這些發(fā)展中國(guó)家的具體情況，現(xiàn)在直接排放二氧化碳的場(chǎng)景還很多，中國(guó)應(yīng)該把直接高排放量的問(wèn)題先解決了，再解決從空氣里搜集二氧化碳的問(wèn)題。把高濃度的二氧化碳排放到空氣中，再費(fèi)很大的成本把它捕獲下來(lái)，這不是一種愚蠢的做法嗎？當(dāng)然，我們應(yīng)該逐步淘汰和關(guān)閉那些源頭上高強(qiáng)度排放二氧化碳的工業(yè)過(guò)程。
雖然捕集空氣中二氧化碳比較困難，成本很高，但以后可能需要從空氣中捕集二氧化碳，努力降低空氣中二氧化碳的濃度。現(xiàn)在的科技對(duì)于每個(gè)國(guó)家二氧化碳的排放量的總量可以測(cè)得很準(zhǔn)確。另外，根據(jù)一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)總量和化石能源消耗量也可以估算其二氧化碳排放總量。所以監(jiān)測(cè)和估算一個(gè)國(guó)家的二氧化碳排放量很容易，不必到各工廠(chǎng)去查看，而是通過(guò)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)和GDP總量和能耗總量就可知道。比如，煤化工，排了多少二氧化碳，不需要從煙囪里面去查，從財(cái)務(wù)報(bào)表就可以知道一家企業(yè)的碳排放。你每年產(chǎn)品產(chǎn)量是多少，就知道你排了多少二氧化碳
回到我們談到的成本問(wèn)題，現(xiàn)在一些看得較遠(yuǎn)的企業(yè)家他們算的是綜合賬，他們會(huì)提前布局減碳項(xiàng)目。因?yàn)槲磥?lái)出口的產(chǎn)品的碳排放量要從碳足跡追蹤產(chǎn)品生產(chǎn)的過(guò)程直到到源頭。如果交通領(lǐng)域推廣使用“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇燃料起來(lái)的話(huà)，從碳足跡看它是碳中和的，而煤化工甲醇不僅生產(chǎn)過(guò)程排放二氧化碳，燃燒過(guò)程還凈排放二氧化碳，不能實(shí)現(xiàn)碳中和。
6 能源結(jié)構(gòu)變化引發(fā)第四次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：我還有一個(gè)觀點(diǎn)，院士，我覺(jué)得中國(guó)的重化工業(yè)會(huì)因?yàn)榭稍偕茉吹姆植际教攸c(diǎn)，出現(xiàn)第四次的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。中國(guó)“一五”期間建立的工業(yè)基礎(chǔ)是基于東北地區(qū)的煤炭資源，第一次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移是備戰(zhàn)時(shí)期往“三線(xiàn)”地區(qū)轉(zhuǎn)移；第二次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移是往沿海地區(qū)，這一次是基于市場(chǎng)化；第三次往經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)轉(zhuǎn)移，是污染的轉(zhuǎn)移；第四次就是因?yàn)槟茉唇Y(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化。就您講到的二氧化碳與氫的這種良性循環(huán)，它必然要把這些化工企業(yè)都集中到一些可再生能源集中地，這樣循環(huán)起來(lái)就會(huì)比較經(jīng)濟(jì)。
李燦院士：你這個(gè)觀點(diǎn)很好，與我的觀點(diǎn)高度一致。我與西部的領(lǐng)導(dǎo)交流，就講這個(gè)觀點(diǎn)。今年我到西部去考察，我給甘肅省的科技廳、酒泉、玉門(mén)、張掖、金昌的科技部門(mén)和企業(yè)家做了報(bào)告，其中一個(gè)觀點(diǎn)就是西部豐富的可再生能源將是西部振興的希望所在。西部有這么好的風(fēng)光資源，建議應(yīng)該強(qiáng)化就地轉(zhuǎn)化、進(jìn)而轉(zhuǎn)型產(chǎn)業(yè)和引進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)。
國(guó)家倡導(dǎo)開(kāi)發(fā)大西部，要讓西部振興起來(lái)，拿什么振興？西部的風(fēng)光資源當(dāng)然盡量向東部輸出，但風(fēng)光發(fā)電裝機(jī)量迅速增加，即便能輸出，東部也用不完，所以，消納可再生能源電力成為大問(wèn)題。何況，由于光伏風(fēng)電的波動(dòng)性和間歇性，也不容易都能上網(wǎng)。所以建議西部地區(qū)應(yīng)該就地利用可再生能源，發(fā)展綠色、低碳新興產(chǎn)業(yè)。建議大力發(fā)展離網(wǎng)技術(shù)，就地轉(zhuǎn)化利用可再生能源，降低因上網(wǎng)而配備儲(chǔ)能的成本。另一方面，建議國(guó)家出臺(tái)政策，應(yīng)該鼓勵(lì)東部高耗能產(chǎn)業(yè)向西部轉(zhuǎn)移，諸如長(zhǎng)三角、珠三角的能源企業(yè)可以向西部發(fā)展，既緩解國(guó)家能源安全問(wèn)題，又客觀上推動(dòng)西部振興。
我們想一想，西部的資源大省幾十年沒(méi)有富起來(lái)。山西、內(nèi)蒙、新疆這些富煤的省為國(guó)家做出了巨大的貢獻(xiàn)，為改革開(kāi)放這幾十年的快速發(fā)展做了很大的貢獻(xiàn)，但是產(chǎn)業(yè)依然比較落后，經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要靠資源、靠賣(mài)煤，一旦煤價(jià)跌下來(lái)，經(jīng)濟(jì)馬上就下行了。而江蘇、浙江并沒(méi)有煤、石油這些資源，但它們發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展得很好。所以，西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須要轉(zhuǎn)型，要利用好西部新能源資源優(yōu)勢(shì)，要從傳統(tǒng)能源向可再生能源等新興產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：是啊，人類(lèi)的歷史太長(zhǎng)，化石能源的發(fā)展不過(guò)一兩百年，我們總不能把這一兩百年過(guò)了就不過(guò)了吧。不過(guò)院士，我是親身經(jīng)歷從燒柴到燒煤，然后逐漸到燒天然氣、用電這樣的過(guò)程，很短的時(shí)間就經(jīng)歷了西方國(guó)家?guī)装倌甑陌l(fā)展歷程。我也在想，過(guò)去我們雖然承接了國(guó)外的成熟技術(shù)，但我們沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)工業(yè)文明，包括人的思想的洗禮，其實(shí)我們是“暴發(fā)戶(hù)”。所以，我是覺(jué)得這一次對(duì)我們來(lái)講是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，我們可以親自參與這次能源革命以及對(duì)人類(lèi)的反思，包括我們生存環(huán)境的反思，其實(shí)也是一種文化的建立，我覺(jué)得能夠生活在這個(gè)時(shí)代還是蠻幸運(yùn)的。
李燦院士：是的，我們處在大變革的時(shí)代。幾年前，我在山西能源革命的大會(huì)上作報(bào)告，曾提了這樣一個(gè)觀點(diǎn)：我們中華民族錯(cuò)過(guò)了一次工業(yè)革命，二次工業(yè)革命、三次工業(yè)革命，我們對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)起沒(méi)有貢獻(xiàn)。今天看起來(lái)，我們?cè)S多產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來(lái)了，但主要是借改革開(kāi)放的東風(fēng)。比如，計(jì)算機(jī)行業(yè)我們現(xiàn)在發(fā)展得很好，其實(shí)，國(guó)外上世紀(jì)40年代50年代就開(kāi)始研發(fā)計(jì)算機(jī)了，當(dāng)時(shí)我們還處于抗戰(zhàn)、內(nèi)戰(zhàn)和后來(lái)的百?gòu)U待興，并沒(méi)有參與貢獻(xiàn)，改革開(kāi)放以來(lái)，特別是加入WTO以來(lái)，我們經(jīng)濟(jì)以前所未有的速度發(fā)展起來(lái)，我們學(xué)得快，吸收轉(zhuǎn)化得快，我們把人家在科學(xué)源頭上發(fā)展上的技術(shù)用得好。
現(xiàn)在由于氣候變化引發(fā)的這場(chǎng)低碳能源革命轉(zhuǎn)型，堪稱(chēng)為第四次工業(yè)革命，這次工業(yè)革命的特點(diǎn)是發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家都得經(jīng)歷一次碳中和的變革和改造，這個(gè)變革把中國(guó)跟發(fā)達(dá)國(guó)家拉到了同一個(gè)起跑線(xiàn)上，從這個(gè)意義上講，我們有了新的發(fā)展機(jī)會(huì)（這是一個(gè)不成熟的觀點(diǎn)）。不然的話(huà)我們一直跟在人家后面。我們倡導(dǎo)人類(lèi)命運(yùn)共同體，大家都要共同解決氣候變化問(wèn)題，我們先把14億人口自己國(guó)家的碳中和搞好，就是對(duì)世界的巨大貢獻(xiàn)！
《產(chǎn)業(yè)觀察者》：好的，院士，您的時(shí)間差不多了，我們今天就聊到這里。謝謝您！
以下是該媒體報(bào)道地址：https://mp.weixin.qq.com/s/KxmGFjr4E_1MCIs5DCdaOQ
