中国科学院院士李灿：液态阳光甲醇——实现“双碳”的全新路径

利用太阳能、风能等可再生能源分解水制绿氢，再由绿氢加二氧化碳在催化剂作用下合成出甲醇，用以替代化石能源，实现碳的循环利用——中国科学院院士、中科院大连化学物理研究所研究员李灿及其团队历时20载攻克的液态阳光甲醇技术，将这一梦想变为现实。随着该技术工业化验证的完成，早日实现“碳达峰、碳中和”有了一条全新路径。目前，采用该技术的10万吨级工业化生产项目正在推进。

李灿介绍，针对以上排碳结构，火电可用非化石能源、可再生能源、核电替代；交通领域可用电动车、氢燃料电池，通过绿氢在源头上阻断二氧化碳排放，使用液态阳光甲醇燃料。解决工业刚性排放的任务更艰巨，急需发展兼顾经济发展和实现碳中和的技术路径，可以考虑通过CCS(碳捕获与封存)、CCU(碳捕集与利用)技术解决，特别是CCU技术可以在减碳的同时获得一定的经济效益。液态阳光甲醇技术就是一种CCU技术，其主要过程通过风、光、水等可再生能源产生绿电，绿电电解水生产绿氢，绿氢和二氧化碳生产绿甲醇，绿甲醇燃烧可实现碳中和。甲醇是化学工业的基础平台原料，由甲醇可以生产各种化学品，如烯烃、芳烃，实现永久储碳。

绿氢由可再生能源发电并电解水制备(也可通过光催化分解水制备)，其制备过程不排放二氧化碳。旦氢能利用的过程产物是水，也不排放二氧化碳。因此，绿氢在实现“双碳”目标过程中将发挥重要作用。李灿介绍，制备绿氢的过程非常具有挑战性。他的团队这些年探索了多种路子，一直致力于太阳能分解水制氢的基础研究，包括光催化分解水、光电催化分解水、热化学循环分解水、光伏发电然后电解水制氢。目前，前3种技术仍处在基础研究和应用基础研究阶段，光伏发电然后电解水制氢技术已达到工业化应用阶段。用绿电分解水制氢，1吨氢气约等于33000千瓦时电能，是最有效的化学储能及能源转化反应，实现电能到氢能的转换。虽然绿氢可以从源头阻断二氧化碳的生成，是实现工业碳中和的根本路径。但是，氢能大规模储存及运输的安全和成本问题非常突出，限制了其发展。而甲醇是理想的化学储氢分子，可解决氢能大规模储存及运输的安全和成本问题。1吨甲醇经水汽重整可释放187.5千克的氢气，储氢密度高于液态氢，也比其他化学储氢的储氢量高，因此越来越受到关注。目前高压氢气的成本非常高，原因之一是运输储存成本高，通过高压气瓶输运氢气，大约100千米就把氢气的成本翻一倍。但甲醇容易储存和运输，成本也较低，容易被消费者接受。因此，甲醇作为优异的绿氢载体，可作为车载供氢、企业规模化供氢及加氢站储氢、供氢的技术，可解决氢能大规模储存及运输的安全和成本问题。

李灿介绍，液态太阳燃料合成示范项目集成了液态太阳燃料合成全流程工艺技术，具有完全自主知识产权，整体技术国际领先。该技术有3个创新：一是研发了镍基地上原子级分散的过渡金属电解水制氢催化剂，实现单槽千立方/小时以上规模化制氢生产，能量转化效率超过82%；二是针对二氧化碳加氢制甲醇，发明了新型锌锆氧化物固溶体催化剂，表现出了优异的甲醇选择性和稳定性；三是成功耦合了光伏-碱性电解水制氢-二氧化碳加氢制甲醇三个单元，解决了各单元之间的匹配和连续化运行问题，可适应光伏发电间歇性、波动性的特点。

位于兰州新区的液态阳光甲醇合成示范项目现场全景。(周小勇 摄)

在保障能源安全、推进甲醇燃料规模应用的进程中，应特别鼓励甲醇能源制备产业逐步由化石燃料甲醇技术向可再生能源绿色甲醇技术转变。这意味着，需要从甲醇能源生产的源头开展 “液态阳光”甲醇规模化生产，以此提高我国绿色甲醇产能占比。

此前，交通运输部、铁路局、民运航空局、邮政局联合印发《积极发展新能源和清洁能源运输工具实施意见》中指出，将依托交通强国建设试点，有序开展氢燃料电池、可再生合成燃料车辆、船舶的试点。车辆交通和船运领域开始推广使用绿色甲醇。

国际海运组织开始要求船运使用低碳绿色(甲醇)燃料。马士基已经开始在全球部署船舶绿色甲醇燃料生产、供应体系，它提出的目标是到2030年使用500万吨。近日，法国达飞轮船的6艘15000TEU甲醇双燃料集装箱船订单“花落”大船集团，将在2025年下半年予以交付。由此可见，绿色甲醇在船运领域的应用势头很猛，业内应予以高度关注。

据介绍，液态阳光甲醇加氢站已在今年初被选作张家口冬奥会新能源示范技术。目前，液态阳光甲醇制氢的成本可低于30元/千克，有一定竞争力，能实现油、醇、氢共站新局面。

二是最好能建立绿色甲醇燃料制备企业名单发布机制，按生产“液态阳光”甲醇占比排名，引导甲醇燃料消费企业和行业优先采购名单企业和排名靠前企业制造的甲醇。政府则通过阶梯碳税补贴的方式，鼓励名单企业和排名靠前的企业。

三是希望尽快开通“液态阳光”甲醇产业建设绿色通道。通过国家绿色金融框架激励机制、绿色金融和财税配套政策，对符合《准入条件》《管理办法》而获得绿色甲醇燃料制备名单的企业，优先给予可再生能源资源，开通可再生能源建设项目审批绿色通道;鼓励和支持企业利用自有资金和社会资金，建设“液态阳光”甲醇项目。