李燦：太陽(yáng)燃料將緩解我國(guó)能源安全問(wèn)題

在近日舉辦的能源發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院李燦院士發(fā)表了《太陽(yáng)燃料將緩解我國(guó)能源安全問(wèn)題》的主題演講，探討未來(lái)能源發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，分享潔凈能源領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和融合發(fā)展的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為能源新體系建設(shè)出謀劃策。本文節(jié)選自中國(guó)科學(xué)報(bào)，以饗讀者。

太陽(yáng)燃料將緩解我國(guó)能源安全問(wèn)題

/李燦中國(guó)科學(xué)院院士

化石資源是寶貴的材料資源，我們正在過(guò)度消費(fèi)子孫的財(cái)富。與此同時(shí)，過(guò)度利用化石資源造成了嚴(yán)峻的環(huán)境生態(tài)問(wèn)題。發(fā)展清潔能源是人類實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明的必由之路。

太陽(yáng)能是其他可再生能源的源頭，風(fēng)能、水能和生物質(zhì)能均源于太陽(yáng)能。太陽(yáng)能豐富、清潔，可再生、潛力巨大，它在地球上的量也足以保障全世界人類未來(lái)發(fā)展的需要。

太陽(yáng)能的科學(xué)轉(zhuǎn)化和利用主要包括太陽(yáng)能發(fā)電和太陽(yáng)燃料合成。太陽(yáng)能發(fā)電可滿足固定能源需求，光伏、光熱發(fā)電、風(fēng)電已大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。目前我國(guó)是生產(chǎn)和裝配光伏組件最多的國(guó)家，對(duì)世界可再生能源的發(fā)展已經(jīng)做出巨大的貢獻(xiàn)。

如今，我們更加關(guān)心的是，太陽(yáng)能如何轉(zhuǎn)化成和化石能源一樣的燃料？這相當(dāng)于把太陽(yáng)能集中儲(chǔ)存起來(lái)以滿足移動(dòng)能源的需求，是一個(gè)實(shí)現(xiàn)低碳和無(wú)碳燃料的過(guò)程，也是從自然光合作用到人工光合成的一個(gè)過(guò)程，屬于化學(xué)與物理、生物、材料科學(xué)交叉的前沿科學(xué)領(lǐng)域。

太陽(yáng)燃料，也稱液態(tài)陽(yáng)光，其本質(zhì)就是利用太陽(yáng)能等可再生能源將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料，不但不排放、而且減排二氧化碳， 這是人類追求的生態(tài)文明的最高境界。

從化石燃料到太陽(yáng)燃料，是能源發(fā)展中真正意義的變革性跨越。但在科學(xué)上卻也面臨變革難題化石燃料合成和轉(zhuǎn)化過(guò)程多涉及熱力學(xué)下坡反應(yīng)和熱催化過(guò)程，多側(cè)重在碳資源（煤、石油、天然氣等）的轉(zhuǎn)化和化學(xué)反應(yīng)，作為能源資源的化石燃料無(wú)法擺脫二氧化碳排放等環(huán)境生態(tài)問(wèn)題。

而太陽(yáng)燃料合成所涉及的是熱力學(xué)爬坡反應(yīng)，需要光、電催化的科學(xué)基礎(chǔ)，其轉(zhuǎn)化的資源是水、二氧化碳和太陽(yáng)能為代表的可再生能源。它道法自然，回歸生態(tài)平衡，環(huán)境綠色友好。在中國(guó)西部正在進(jìn)行的千噸級(jí)太陽(yáng)燃料合成工業(yè)化示范工程，就是基于我們發(fā)展的分解水制氫技術(shù)和二氧化碳加氫合成甲醇的技術(shù)。

太陽(yáng)燃料合成的主要途徑有光催化、光熱催化、光電催化以及電催化。太陽(yáng)燃料合成是一個(gè)化學(xué)儲(chǔ)能的過(guò)程，可以將分散的太陽(yáng)能收集、長(zhǎng)期儲(chǔ)存。太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的意義重大，一方面可將太陽(yáng)能作為燃料使用，更重要的是這是一個(gè)新的儲(chǔ)能策略，可解決可再生能源的間歇性問(wèn)題，以及用戶使用能源的隨機(jī)性問(wèn)題。

另外，將太陽(yáng)能等可再生能源儲(chǔ)存為太陽(yáng)燃料（甲醇燃料），既能長(zhǎng)期儲(chǔ)存，隨時(shí)可以使用，又易于安全運(yùn)輸，且是氫能載體，可作為燃料電池氫源，有利于解決氫能經(jīng)濟(jì)中“制、儲(chǔ)、運(yùn)、加”的安全性問(wèn)題。

基于太陽(yáng)燃料的合成技術(shù)，我們提出了太陽(yáng)燃料加氫站或稱液態(tài)陽(yáng)光加氫站的策略，其優(yōu)勢(shì)很明顯可解決高壓加氫站安全問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)油、醇、氫共站，減少二氧化碳排放，實(shí)現(xiàn)燃料電池全生命周期綠色清潔的目標(biāo)，還可以擴(kuò)展為其他化學(xué)儲(chǔ)氫路線，適合在社區(qū)和現(xiàn)行加油站建設(shè)等。該技術(shù)被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的加氫站技術(shù)，建議盡快在可再生能源供給體系中進(jìn)行布局。

我國(guó)可再生能源資源稟賦條件優(yōu)越，完全可以通過(guò)大力發(fā)展可再生能源解決能源和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，特別是通過(guò)太陽(yáng)燃料的策略，發(fā)展甲醇經(jīng)濟(jì)、氫能經(jīng)濟(jì)。實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排和二氧化碳的碳資源化，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上均是可行的?？裳袌?bào)告表明，如果可再生能源發(fā)電的價(jià)格為每千瓦時(shí)0．2元，太陽(yáng)燃料甲醇和煤化工甲醇的價(jià)格持平，若采用棄電（棄光、棄風(fēng)）制甲醇，則太陽(yáng)燃料甲醇的成本優(yōu)勢(shì)更大。

總之，可再生能源逐步替代化石能源已成為必然趨勢(shì)，太陽(yáng)液態(tài)燃料是其中的重要途徑之一，將在人類社會(huì)生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)展中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。