中科院士李燦：太陽能燃料甲醇可解氫能“制儲運加”難題

中國科學(xué)院院士、中科院大連化學(xué)物理研究所研究員李燦在研討會上發(fā)表了題為“可再生能源電解水制氫及液體太陽燃料合成進展與展望”的演講。他指出，氫能發(fā)展初衷就是要解決低碳、生態(tài)等問題，可再生能源制氫是未來發(fā)展的方向，而太陽燃料甲醇技術(shù)是儲能技術(shù)，應(yīng)用中具有多重優(yōu)勢。

李燦表示，氣候變化可導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，近年來頻發(fā)的洪災(zāi)、森林大火等極端天氣都與之相關(guān)，有研究表明，甚至氣候變化會引發(fā)冰川和凍土中的病毒復(fù)活。而造成氣候變化的重要原因是人類工業(yè)革命開始大規(guī)模過度開發(fā)利用化石資源，造成二氧化碳等溫室氣體和污染物排放，破壞了生態(tài)平衡。

李燦認(rèn)為，氫能的發(fā)展不能背離初衷，站在低碳、生態(tài)角度，長遠看，用光伏、風(fēng)電、水電、核電制綠氫是未來發(fā)展方向。在氫儲運方面，要達到美國DOE制定的7%儲氫質(zhì)量密度工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)非常困難，目前仍是基礎(chǔ)研究重點。而太陽燃料是解決這一難題的新思路。氫能的應(yīng)用領(lǐng)域并不局限于燃料電池應(yīng)用，綠氫在煤化工、石油化工綠色發(fā)展中應(yīng)用廣泛，而綠氫合成甲醇也可替代汽油在交通領(lǐng)域的應(yīng)用。

李燦介紹，地球能源來自太陽能，廣義的太陽能包含了常見的風(fēng)電、水電、生物質(zhì)等多種可再生能源。在可再生能源制氫中，直接從太陽能制取氫氣包含多個技術(shù)路徑，其中光解水和光電催化分解水工藝簡單，理論上可以低成本獲取，是很有吸引力的方向。光電催化分解水效率已經(jīng)逐步接近工業(yè)化應(yīng)用，但光催化還處在基礎(chǔ)研究階段。

李燦表示，從規(guī)模、設(shè)備投資、穩(wěn)定性來看，電催化分解水已成熟，來源可以是光伏發(fā)電、水電、風(fēng)電、甚至核電，“電催化分解水制綠氫是綠色能源轉(zhuǎn)成綠氫的最為有效的途徑”。在電解水制氫三種主流技術(shù)中，液體堿性水電解和固體聚合物SPE水電解技術(shù)較為成熟，傳統(tǒng)的堿液電解水的效率較低、能耗較高，但穩(wěn)定性好，價格相對低廉，壽命長達10年~20年;而SPE水電解規(guī)?；头€(wěn)定性還在進一步提升中。李燦認(rèn)為，判定電解水制氫能否大規(guī)模應(yīng)用在綠氫生產(chǎn)中需要解決三個問題：大規(guī)模、低能耗和高穩(wěn)定性。

李燦介紹，其團隊一直致力堿性電解水催化劑的研究，可以較好地解決上述三大問題。堿液電解槽規(guī)?？梢宰龅煤艽?，目前規(guī)?？勺龅?000Nm3H2/h，而通過催化劑可將能耗降至4.0KWh/Nm3~4.2KWh/Nm3，遠超業(yè)界平均水平，穩(wěn)定性在實驗室可達到8000小時~1萬小時，工業(yè)化驗證效果也非常不錯。

就可再生能源制氫成本來看，電價和電解水效率影響成本最大，這兩點在目前都已發(fā)生很大變化。如果采用0.25元/KWh電價，制氫成本可與天然氣制氫相當(dāng)。而針對棄風(fēng)、棄光、棄水的電已低于這個電價。電價若在0.15元/KWh，制氫成本可與煤制氫相當(dāng)。據(jù)李燦介紹，我國西南地區(qū)汛期大規(guī)模棄水電價甚至可以低于這個價格。另外，可再生能源制氫實現(xiàn)零碳排放過程，社會效益和生態(tài)效益巨大。

對于氫的儲存運輸難題，李燦團隊采用二氧化碳加氫制甲醇進行儲存，提出了太陽燃料、液態(tài)陽光的思路。蘭州新區(qū)液態(tài)太陽燃料項目2018年啟動，今年1月試車成功。李燦表示，該項目采用10MW光伏電解水制氫，采用電解水制氫裝置，單套規(guī)模達1000Nm3H2/h，利用新研發(fā)的電解水電極催化劑，能量效率達80%以上，綠氫與從化工企業(yè)收集來的二氧化碳進而合成甲醇。

太陽燃料甲醇使用廣泛，既是優(yōu)良燃料，又可用作汽油替代燃料，也可用在鍋爐供熱。其質(zhì)量儲氫密度可高達18.75%，且儲存和運輸安全。

與傳統(tǒng)加氫站不同，李燦提出，使用太陽燃料甲醇為氫源的加氫站新方案，新方案具有多重優(yōu)點，可緩解高壓運輸、儲存和加氫中的安全問題，可實現(xiàn)二氧化碳回收和全流程清潔目標(biāo)，還便于實現(xiàn)油、醇、氫共站的新局面。據(jù)李燦透露，太陽燃料甲醇加氫站已籌備在張家港進行示范工程，預(yù)計今年9月建成。