12月1日，張家口長城·國際可再生能源論壇在張家口舉辦。會上，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員，中國科學(xué)院院士李燦，做了題為《可再生能源規(guī)?；瘍δ堋G色氫能與液態(tài)陽光甲醇》的演講。從生產(chǎn)成本、盈利模式等角度提出了風(fēng)電、光伏等可再生能源制氫替代“新能源+儲能”的發(fā)展構(gòu)思。
目前，最可再生能源制氫最關(guān)鍵等問題是轉(zhuǎn)化效率，技術(shù)的穩(wěn)定性，以及能不能規(guī)?；?/span>
“現(xiàn)在看上去轉(zhuǎn)化效率做的非常好，現(xiàn)在我們國家光電轉(zhuǎn)化20%以上，電解水的技術(shù)，現(xiàn)在超過了80%。這個是世界上最好的技術(shù)，這樣下來太陽能到制氫已經(jīng)達(dá)到16%以上，以前DOE等等做很多經(jīng)濟(jì)評估提到，無論是風(fēng)、光還是水，能夠到10%以上的制氫效率就有商業(yè)化價值，長遠(yuǎn)看很有價值?！崩顮N表示。
以下為演講全文：
李燦：我今天講可再生資源規(guī)?；瘍δ?，大家都非常關(guān)心可再生資源很重要的卡脖子問題——儲能問題。今天提到的綠色氫能液態(tài)陽光甲醇，儲能技術(shù)很多，方方面面。
電解水制氫這個技術(shù)，已經(jīng)很老了，不是現(xiàn)在就有，但是問題是效率和規(guī)模化還是一個大問題，現(xiàn)在能夠流行的，能夠可能未來在規(guī)?；瘧?yīng)用的大概有三個技術(shù)，一個是堿性水電解，還有高溫固體氧化物技術(shù)，還有固體聚合物水電解。
堿性水電解目前已經(jīng)有能耗高，效率低，但是廉價，從原料上可以做的很大，穩(wěn)定性比較好。留下的問題是能不能把效率做高，規(guī)模做大；酸性電解水體系也是相對趨于成熟，但是單套規(guī)模比較小，壽命目前來看也還不是那么長；繼續(xù)在努力之中，固體氧化物電解水技術(shù)放大尚不成熟，尚在實驗室階段，也是非常有希望的，特別配核電，可以把核電的余熱很好的利用起來。
總結(jié)起來要發(fā)展一個好的電解水制氫需要大規(guī)模低能耗，高穩(wěn)定性，光解決一個低能耗，穩(wěn)定性不高不行，要把這三個大規(guī)模的點能耗相關(guān)的，一般規(guī)模大了能耗不容易上去，高穩(wěn)定性，因為工作條件比較苛刻，因為在強(qiáng)酸要么在強(qiáng)堿里面，要求比較高，規(guī)?；笠?guī)模的市場匹配，最起碼每方一千以上，越大越好。
這三個要求是我們學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同提出來，2020年十大重大工程難題之一。最近這些年來一直在攻克，光催化電催化，光電催化的技術(shù)，這些技術(shù)不光要滿足剛才講的三點，而且要滿足可再生資源的特征，間歇性不穩(wěn)定性，特別是光伏白天有，晚上沒有。
我們的技術(shù)最近在小室中室到放大實驗室基本解決了問題，我們可以通過制氫，能夠可再生資源的波動，能夠適應(yīng)條件。大家可以看到，在多云的時候，光伏發(fā)電的效率是波動非常大的，下面的是電解水的槽子，制氫的能力也是跟著它波動。
這個非常好，不需要儲能，為什么要儲能？因為電要輸送出去，一定要上高壓線和特高壓線，一定要穩(wěn)定，這個要求必須要用儲能的技術(shù)來把波動的電能穩(wěn)定下來，但是這個不需要，這個就是直接發(fā)電多，就產(chǎn)氫多，發(fā)電少就少產(chǎn)氫，存儲便利。
這個技術(shù)克服以后，對整個解決波動的間歇性的可再生資源意義重大。晴天的時候，從早上八點開始，到下午日落，可再生資源發(fā)電的規(guī)律是看的很清楚。下面的制氫的規(guī)律也是一樣的，吻合的非常好。所以基本上用這樣的技術(shù)可以解決可再生資源的儲能問題，棄光棄風(fēng)棄電的問題。
制氫很重要，可再生資源制氫就是綠氫。它有優(yōu)點，缺點也很明顯，體積密度很小，不得不有液氫和高壓來做，能耗很大，而且安全性問題也非常大。
這個過程里面，兩個關(guān)鍵技術(shù)，所有的重大戰(zhàn)略都要有非常好的技術(shù)支撐，第一解決了大規(guī)模的高效的光伏、風(fēng)電的電解水制氫的過程。第二個發(fā)展了一種高效高選擇性的二氧化碳加氫制甲醇，單程一次過去是90%的甲醇，如果用循環(huán)反應(yīng)，最后所有的二氧化碳都99%的轉(zhuǎn)化率到了甲醇，這就是我們技術(shù)的先進(jìn)性。
這個工作是我們應(yīng)該是第一個在中國也是全世界第一套直接利用太陽能來生產(chǎn)液態(tài)陽光的千噸級的示范工程，整個關(guān)鍵技術(shù)都是我們自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，全部設(shè)備是國產(chǎn)化的。這個千噸級示范工程以后，我們要做更大規(guī)模的往下走，千噸級只是做技術(shù)的示范，這是現(xiàn)場的合成甲醇的塔的示意圖，2020年1月我們就成功了，2020年10月份，我們受到石化聯(lián)合會光學(xué)和光學(xué)兩個領(lǐng)域的專家的認(rèn)可。
大家一講儲能，傳統(tǒng)把電能變成一種形式的化學(xué)，比如離子電池等等，這種東西儲存起來，最終還是電能的形式要放出去，比如白天光伏多余的儲存起來，到晚上還是電能的形式輸出出去，這樣是好的。但是帶來的問題是要規(guī)?；统杀具€是有一定的困難，問題是要輸出去的還是電能，剛才我們講我們國家的電能不缺，慢慢達(dá)到飽和。
但是我們國家還有能源需求，可再生資源還要發(fā)展，就要有化學(xué)能，所以我們這條路線，電能的化學(xué)能，化學(xué)能輸出化學(xué)能，輸出甲醇，氫能，這是一個新的思路，用化學(xué)能作為一個儲能，而且這個儲能是一個更加大規(guī)模的，可以長期儲能的。
上面有一個數(shù)字，如果生產(chǎn)一噸甲醇，會有六千到八千度電，如果生產(chǎn)百萬噸甲醇，就有60到80億度電，規(guī)模很大，百萬噸甲醇在化工過程來講是完全可以實現(xiàn)的，不是很大的工程。這樣我們就可以解決可再生資源長期以來的問題，可再生資源是供給端是隨機(jī)的，需求端也是隨機(jī)的，把這兩端隨機(jī)解決了，把隨機(jī)產(chǎn)生的電能變成太陽燃料，長期儲存起來，這個緩沖體系解決下游能源需求。有的今天用的多就多用甲醇，有的地方不用就先放在這，價格低的時候放在這，這個對商家來講最喜歡的事情，所以解決了兩端的問題。
這個成本價格怎么樣？有三個方面，一個是轉(zhuǎn)化效率，技術(shù)的穩(wěn)定性，能不能規(guī)?；F(xiàn)在看上去轉(zhuǎn)化效率做的非常好，現(xiàn)在我們國家光電轉(zhuǎn)化20%以上一點問題沒有，電解水的技術(shù)，現(xiàn)在超過了80%。這個是世界上最好的技術(shù)，這樣下來太陽能到制氫已經(jīng)達(dá)到16%以上，以前DOE等等做很多經(jīng)濟(jì)評估，無論是風(fēng)、光還是水，能夠到10%以上的制氫效率就有商業(yè)化價值，長遠(yuǎn)看很有價值。現(xiàn)在我們已經(jīng)超過16%，穩(wěn)定性，現(xiàn)在講我們兩個催化劑都可以做到5到10年，規(guī)模到千方級別，正努力到萬方，還有一個是可再生資源自己發(fā)電的成本，現(xiàn)在可再生資源發(fā)電，剛才杜院長也提到了，發(fā)電成本直線往下走，因為風(fēng)電或者光伏，原料是不花錢的，就是技術(shù)，只要技術(shù)不斷的改進(jìn)，成本就一直往下走?，F(xiàn)在光伏發(fā)電，在過去的十幾年里面降了90%，還在往下走，另外電解槽，我們也做了很大的降價的空間，效率上去了，規(guī)模上去了，單套產(chǎn)能上去了，制備成本就降下來了。
整個電解水制氫是60%是可再生資源發(fā)電的成本，再加上35%的電解水成本，這兩個成本都往下降，整個電解水制氫的成本肯定往下降?，F(xiàn)在實際上剛性成本告訴大家一個情況，光伏發(fā)電已經(jīng)接近到我們國家接近了一毛多錢一度，現(xiàn)在上網(wǎng)還在四毛五毛，在局部地區(qū)已經(jīng)到兩毛五到三毛，在國際上的招標(biāo)價格在一毛錢以下，1.3美分，就是一毛錢左右，非常低。
還要解決另外一個問題，現(xiàn)在氫能非常熱，氫能可再生資源技術(shù)，氫能儲存運輸是很大問題，液態(tài)陽光甲醇就是一個非常好的來解決氫的安全性問題，把甲醇用水重整，這個路線是通的，把氫氣放出來，這個放出來以后，儲氫的效率至少是12%，如果是運輸里面不要加水，到現(xiàn)場加水，算甲醇18.75%，每噸甲醇可以放出187公斤的氫氣，這個量不得了，因為商業(yè)化有一個目標(biāo)，儲氫的目標(biāo)有7%就可以用了，現(xiàn)在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過7%。
所以太陽燃料甲醇，就可以解決氫燃料制儲運安全問題，甲醇來自于太陽原料，從原料就是一個清潔綠色的技術(shù)。至于這樣的思路，我們馬上進(jìn)行加氫站的構(gòu)思，我們先看一個現(xiàn)行的加氫站，運到加氫站，然后用高壓儲存罐儲存。
我們把液態(tài)陽光的甲醇用車?yán)郊託湔?，沒有安全性問題，相當(dāng)于汽油柴油拉的過程，我們跟加油站是一樣的，放在那里儲存起來，然后運的時候，我們把甲醇儲存的時候，經(jīng)過催化過程，把氫氣放出來，用多少產(chǎn)多少，不用在加氫站儲存很高壓的大量的氫氣罐，解決第一個安全問題，最重要是把運輸?shù)陌踩珕栴}解決，運輸甲醇大家知道是很方便的，車可以拉幾十噸甲醇，但是要拉幾百公斤的氫氣麻煩大了，氫氣罐高壓氣罐在很多地方有限制，現(xiàn)在加氫站的成本，除了制氫的原料成本以外，很大一塊是運輸，運輸成本可以加一倍，這樣還有一個好處就是我們把氫氣二氧化碳分離出來以后，液化二氧化碳，再運回去，再運到液態(tài)陽光廠里面去，又把它變成甲醇，二氧化碳成了載能分子，整個循環(huán)，二氧化碳的運輸也是沒有什么安全性問題，很靠譜的事情。
最后把清潔氫可以運到我們的氫燃料電池里面去。這樣一個技術(shù)路線，我們很快行動，很快進(jìn)行工業(yè)化示范，大家也看到這樣的優(yōu)點，就是它解決了高壓加氫站的安全性問題，儲存運輸?shù)陌踩詥栴}，可再生資源變成液態(tài)陽光的全過程，二氧化碳可以回收作為低碳零碳甚至負(fù)碳過程，二氧化碳不斷循環(huán)就是負(fù)碳過程，這個技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)解決了，這個技術(shù)還可以擴(kuò)展到其他的制氫，比如甲苯合成氨，這樣的加氫站可以到社區(qū)里面去，很安全。
最后總結(jié)一下，我們今天講的氫能和液態(tài)陽光甲醇是新的儲能形式，解決可再生資源間歇性的問題。這樣可以解決一些邊遠(yuǎn)地區(qū)不能上網(wǎng)難以上網(wǎng)的可再生資源，解決棄風(fēng)、棄光棄水的問題，還可以除特高壓輸電之外的另外一種規(guī)模化輸送能源的途徑，我們西氣東運的管道和火車可以把甲醇拉過去，不用建特高壓線，這樣的過程把二氧化碳溫室氣體，一種廢氣資源化利用，通過CCSU碳捕獲轉(zhuǎn)化使用這樣的過程，還可以用現(xiàn)代化工過程耦合起來，不光是自身，是化學(xué)品和精細(xì)化學(xué)品綠色化學(xué)合成。實現(xiàn)規(guī)?；瘻p排二氧化碳，使億噸級減碳成為可能，作為綠色燃料，部分替代汽油儲油，緩解我們國家固體能源安全，作為綠色氫能的載體，可以緩解制、儲、運、加安全性和成本問題，并使燃料電池碳足跡是綠色的。我做綠色氫能，做液態(tài)陽光工作做了將近20年，2001年我們國家加入WTO年代，沒有人提可再生資源綠色氫能，就像杜院長講的，微不足道的時候，我們就開始做這個工作，這個照片是我們的博士后，已經(jīng)畢業(yè)上百個了，基礎(chǔ)研究得到了國家基金委，中國科學(xué)院國家九四三，國際上公司，國內(nèi)的公司等給予了很多支持，沒有他們的支持，沒有年輕人的努力，我們是不能取得這些成績的，在這里也是一并感謝他們。
來源：北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)
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