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劉科：綠色甲醇及e-Fuel-長時儲氫儲電助力碳中和
發(fā)布時間 : 2024-04-19 瀏覽次數(shù) : 982 次
綠色甲醇作為實現(xiàn)碳中和的路徑之一，其可再生性、清潔性和高效性得到了充分認可。而中國已建成的龐大液體基礎(chǔ)設(shè)施為實現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供了得天獨厚的條件，是通往低碳未來的可行之路。本文系盤古智庫學(xué)術(shù)委員會副主任委員、澳大利亞國家工程院外籍院士、南方科技大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院院長劉科演講內(nèi)容。文章來源于“氫啟未來網(wǎng)”。
本文大約3000字，讀完約7分鐘。
綠色甲醇作為實現(xiàn)碳中和的路徑之一，其可再生性、清潔性和高效性得到了充分認可。通過大力發(fā)展綠色甲醇產(chǎn)業(yè)，中國不僅能夠減少對化石燃料的依賴，降低溫室氣體排放，還能推動能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和升級，為構(gòu)建綠色低碳的能源體系奠定堅實基礎(chǔ)。
主題為“拓綠色贛線 競創(chuàng)新賽道”的中國（江西）新能源、新材料產(chǎn)業(yè)鏈大會于2024年3月15日在江西南昌舉辦。南方科技大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院院長、澳大利亞國家工程院外籍院士劉科在大會上進行了題目為《綠色甲醇及e-Fuel-長時儲氫儲電助力碳中和》的報告。
發(fā)展長時儲能是可再生能源發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)
風(fēng)能、太陽能存在著隨機性高、波動性大的問題，需要解決長時儲能技術(shù)難點。
劉科分析稱，減碳的關(guān)鍵在于改變能源結(jié)構(gòu)，將風(fēng)能和太陽能等不穩(wěn)定的可再生能源用綠色甲醇存儲，風(fēng)光以綠色甲醇儲存構(gòu)建“綠色甲醇的管網(wǎng)與綠電為主的新型電網(wǎng)的能源體系”，將成為最合理的能源解決方案之一。這不僅為解決中國石油短缺問題提供了新的途徑，同時也是實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的有效手段。
“中國的風(fēng)能、太陽能發(fā)展?jié)摿Υ?，但儲能技術(shù)限制其發(fā)展，完全依賴電池儲能，無法解決碳中和要求的大規(guī)模長時儲能問題，需要尋找儲能新思路?！眲⒖圃菏恐赋觯袊呀ǔ傻囊后w基礎(chǔ)設(shè)施能夠通過經(jīng)濟高效的方式過渡到新型液體能源，從而降低能源基礎(chǔ)設(shè)施的轉(zhuǎn)型成本?！敖窈笠后w燃料不一定是用汽油，但液體一定是人類最佳的能源載體。風(fēng)能和太陽能能上網(wǎng)最好上網(wǎng)，因為直接上網(wǎng)永遠是效率最高，成本最低的新能源利用途徑；但因風(fēng)能，太陽能的間歇性，不可能全部上網(wǎng)；對上不了網(wǎng)的綠電，只有轉(zhuǎn)化成綠色液體、利用好已有的液體管網(wǎng)及儲運體系，才能解決人類未來的綠色能源及碳中和問題?！?
在這一路徑中，劉科院士特別指出，關(guān)鍵在于如何高效利用現(xiàn)有的液體基礎(chǔ)設(shè)施，通過經(jīng)濟且高效的方式，逐步過渡到新型電力加綠色液體能源體系。這不僅能夠有效降低能源基礎(chǔ)設(shè)施的轉(zhuǎn)型成本，還能確保能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和連續(xù)性，為中國的能源安全和可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。
液體能源是人類最佳的能源載體液體燃料體積能量密度高，便于管道運輸及海運，運輸成本低廉，便于長期儲存，同時液體燃料加注便捷、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本低，這也是人類當(dāng)初選擇燃油車的原因之一。
劉科院士也表示，氫燃料電池車發(fā)電效率高，其推廣可降低對石油的依賴、并且其使用排放為水，無污染。隨量產(chǎn)規(guī)模的增加，可進一步降低生產(chǎn)成本。且近年來隨燃料電池所需要使用的貴金屬的使用量明顯下降、貴金屬回收技術(shù)趨于成熟等技術(shù)突破，氫能應(yīng)用更具有了推廣性，但使用氫氣作為能源載體，氫氣儲運仍是需要解決的難題；人類花了大量的研發(fā)但因氫自身的如下性質(zhì)決定很難發(fā)明低成本的氫氣儲運技術(shù)，否則早就發(fā)明了：
1. 氫氣儲運成本高：儲存能量密度低、儲罐和管路需要特殊材料防止氫氣侵蝕滲透2. 安全隱患大：氫氣特性不穩(wěn)定，易爆炸3. 加氫站面積大，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資高
結(jié)合上述提到的內(nèi)容，劉科院士提出了基于可再生能源的綠色甲醇技術(shù)和氫能技術(shù)。
綠色甲醇和綠色氨作為氫的液體載體，有助于實現(xiàn)氫能的大規(guī)模應(yīng)用，同時也有助于電動車的應(yīng)用。電動車技術(shù)在不斷進步，但并存在著應(yīng)用場景的挑戰(zhàn)。在氣候溫暖、路況平緩的城市，電動車具有明顯優(yōu)勢。而在需要長途行駛，特別是在山區(qū)或寒冷地區(qū)，電動車的耗電速度快，而醇電混動技術(shù)則更具優(yōu)勢。對于載重卡車而言，采用綠色甲醇或醇電混動技術(shù)相較于純電動技術(shù)也更具優(yōu)勢。
目前的電動車，雖然在表面上是電力驅(qū)動，但由于電網(wǎng)中近70%的電力來源于煤炭發(fā)電，因此，實際上可以說它們?nèi)匀皇情g接地依賴煤炭。這種現(xiàn)實揭示了電動車在環(huán)保方面的局限性，尤其是在煤炭發(fā)電占主導(dǎo)地位的能源結(jié)構(gòu)下。而綠色甲醇作為一種替代能源，主要依賴于太陽能和風(fēng)能等可再生能源。這種生產(chǎn)方式使得綠色甲醇成為真正意義上的清潔能源載體。從環(huán)保角度來看，太陽能或風(fēng)能驅(qū)動的綠色甲醇無疑是更為優(yōu)越的選擇，在推動能源轉(zhuǎn)型、應(yīng)對氣候變化等方面發(fā)揮積極作用。
綠色甲醇是綠氫良好的儲運載體，能夠解決電動車的里程焦慮、溫度低以及快充站建設(shè)等痛點，同時解決燃料電池汽車能源加注的困難，為燃料電池車提供更為安全、加注便捷的氫源，推動碳中和背景下的汽車業(yè)轉(zhuǎn)型。
“很多人說“零碳”，但“零碳”是不對的。這個世界二氧化碳不能太多，但人類生存需要植物的二氧化碳光合作用生成淀粉、纖維素等。因此，需要有一定量的二氧化碳。而把今天的煤炭/石油經(jīng)濟改為綠色經(jīng)濟，中國的碳中和問題就可以解決了，而且成本是可控的，不像儲電那么貴?！?
劉科院士表示，二氧化碳的存在至關(guān)重要，過多或缺乏都會造成問題，因此追求零碳排放并非完全正確的方向。另一方面，廢棄已經(jīng)投入數(shù)萬億美金的液體基礎(chǔ)設(shè)施，再去建設(shè)快充站和加氫站，既不現(xiàn)實也不經(jīng)濟。相反，利用現(xiàn)有的液體基礎(chǔ)設(shè)施來加注綠色甲醇，能夠確保一代基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)于未來三代（內(nèi)燃機、混合動力及燃料電池）汽車的需求。
“把人類已經(jīng)投資幾萬億美金的液體基礎(chǔ)設(shè)施廢掉，再去建快充站及加氫站既不現(xiàn)實，也不經(jīng)濟。綠色甲醇是交通領(lǐng)域最低成本實現(xiàn)碳中和的路徑?！眲⒖票硎?。
此外，綠色甲醇作為氫能載體，分布式能源熱電聯(lián)供可降低約可降低碳排放80%，能夠和光伏、風(fēng)能等波動性可再生能源進行多能互補，廣泛應(yīng)用于基站供電、充電樁建設(shè)、數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用場景，實現(xiàn)對柴油機的替代。
利用煤炭領(lǐng)域的碳中和技術(shù)——微礦分離技術(shù)
微礦分離技術(shù)通過制備低成本類液體燃料+土壤改良劑，源頭解決煤污染、濫用化肥及土壤生態(tài)問題，同時低成本生產(chǎn)甲醇、氫氣等高附加值化學(xué)品。在煤燃燒前，把可燃物及具有營養(yǎng)價值的礦物質(zhì)分離開，生產(chǎn)高熱值類液體燃料和一種天然礦源土壤改良劑用的關(guān)鍵原料（含有農(nóng)作物生長所需的重要營養(yǎng)礦物質(zhì)及微量元素）。將過去“先污染、后治理”的思路轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋忍幚?、再利用”，從源頭上解決燃煤霧霾等環(huán)境污染問題。
此外，中國劣質(zhì)煤儲量豐富，使用綠氧去氣化煤制成的甲醇，通過管路可運輸?shù)郊?，利用分布式熱電?lián)供的方式，比今天的煤炭經(jīng)濟可減碳約75%。因此，利用綠電與生物質(zhì)或劣質(zhì)煤制的綠色甲醇，能實現(xiàn)碳中和的綠色能源。
劉科院士在報告中強調(diào)，基于中國國情的綠色甲醇發(fā)展路線，應(yīng)是綜合中國國土實況及能源稟賦，充分利用豐富的風(fēng)光能源與煤炭資源，實現(xiàn)全生命周期的碳排放平衡，促進能源綠色化并改良土壤，解決石油資源不足及糧食短缺的問題，保障能源安全及糧食安全。
劉科院士在報告中指出，綠色甲醇，作為碳達峰和碳中和國家戰(zhàn)略的重要一環(huán)，扮演著風(fēng)光等可再生能源長時儲能的關(guān)鍵角色。綠色甲醇能夠作為氫能載體，有效解決氫能儲運的難題，從而推動氫能源技術(shù)的進一步發(fā)展，還能作為可再生油品，替代傳統(tǒng)石油，實現(xiàn)液體燃料的清潔化和可再生利用。
通過構(gòu)建以綠色甲醇為核心的“綠色低碳能源體系”，結(jié)合管道輸送這一能源儲運方式，能夠極大提升可再生能源的消納能力。同時，這一體系也促進了電動車、燃料電池、分布式能源熱電聯(lián)供等消費端系統(tǒng)的清潔化、低碳化和可再生化。
因此，綠色甲醇經(jīng)濟的發(fā)展，不僅能夠替代煤炭石油經(jīng)濟，助力實現(xiàn)碳達峰和碳中和的目標(biāo)，還能有效降低中國的石油進口率，提高液體燃料的能源自給率，從而保障國家的能源安全。綠色甲醇，作為一種清潔、可再生的能源，將在未來的能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮越來越重要的作用。
