由于低成本甲醇可作為最好的氫能載體，在線(xiàn)制氫可用于分布式供電。這是另一條實(shí)現(xiàn)碳中和的優(yōu)選路徑?！拇罄麃唶?guó)家工程院外籍院士劉科
近日，在由深圳市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主辦，深圳市高層次人才聯(lián)誼會(huì)、深圳市新材料行業(yè)協(xié)會(huì)承辦的“2021年深圳市新材料新能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”上，澳大利亞國(guó)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(zhǎng)劉科作了《碳中和的現(xiàn)實(shí)和路徑》的主題報(bào)告。
“2020年，中國(guó)二氧化碳排放大約103億噸。其中，煤炭、石油、天然氣燃燒產(chǎn)生的排放達(dá)到95億噸，約占總排放的92%。”這是一組嚴(yán)峻的數(shù)據(jù)，面對(duì)這一形勢(shì)，該如何實(shí)現(xiàn)碳中和這一艱巨任務(wù)，劉科院士在現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)了深入淺出地分析。
目前，我國(guó)每年人均碳排放量約為7.4噸，減碳?jí)毫薮蟆?/span>
劉科院士認(rèn)為，傳統(tǒng)能源如煤炭、石油、天然氣等，在中短期內(nèi)依舊是中國(guó)主要能源。盡管目前國(guó)內(nèi)在大力探索風(fēng)能、太陽(yáng)能、CO2轉(zhuǎn)化為化學(xué)品、碳捕獲與封存技術(shù)（CCS）、碳捕集、利用與封存技術(shù)(CCUS)等技術(shù)，以提高能效，增加減碳貢獻(xiàn)，但對(duì)目前天量排放的CO2，以上減碳技術(shù)的效果在近期內(nèi)是相當(dāng)有限的。
我國(guó)的風(fēng)能、太陽(yáng)能等減碳市場(chǎng)雖然增量較大，但目前的總發(fā)電量?jī)H相當(dāng)于1.92億噸標(biāo)煤發(fā)電量，只占煤電發(fā)電量的12.5%左右。
“提高能效需要關(guān)注的是綜合的、最低成本的路徑?！?/span>
劉科院士介紹了先進(jìn)的減碳技術(shù)，他表示，碳捕集、利用與封存技術(shù)(CCUS)是碳捕獲與封存技術(shù)（CCS）新的發(fā)展趨勢(shì)，即把生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化碳進(jìn)行捕獲、提純，繼而投入到新的生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行循環(huán)再利用或封存的一種技術(shù)。該技術(shù)具備實(shí)現(xiàn)大規(guī)模溫室氣體減排與化石能源低碳利用的協(xié)同作用，對(duì)減排能夠產(chǎn)生極大的積極作。雖然在理論上CCUS技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化碳的大規(guī)模捕集，但是在實(shí)際應(yīng)用中CCUS存在成本高、無(wú)法徹底固碳、自然界捕集難等難題。
“風(fēng)能發(fā)電過(guò)程中，只有1/4的時(shí)間比煤發(fā)電便宜；太陽(yáng)能發(fā)電過(guò)程中，只有1/5的時(shí)間比煤發(fā)電便宜。那么除去風(fēng)電、太陽(yáng)能穩(wěn)定發(fā)電的時(shí)間，一天中需要有約4/5或者5/6的時(shí)間要靠電池儲(chǔ)電，這是難以想象的?！眲⒖圃菏糠治鲋赋觥?/span>
數(shù)據(jù)顯示，目前全世界電池生產(chǎn)商1年多的電池產(chǎn)能僅能滿(mǎn)足東京全市1天的供電。不僅如此，業(yè)內(nèi)關(guān)于電動(dòng)車(chē)和燃油車(chē)的全生命周期內(nèi)，碳排放量熟多熟少的爭(zhēng)議接連不斷。
“一項(xiàng)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，汽車(chē)全生命周期中每個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放量，計(jì)入每輛電動(dòng)車(chē)的碳排放量中，那么電動(dòng)車(chē)實(shí)際排碳量約高出燃油車(chē)的70%。”
據(jù)了解，基于全生命周期的角度來(lái)衡量汽車(chē)產(chǎn)品的碳排放量，主要核算邊界包括：原材料的獲取階段、汽車(chē)產(chǎn)品生產(chǎn)階段、汽車(chē)產(chǎn)品使用階段和回收處理階段。因此，一輛汽車(chē)的碳排放量應(yīng)綜合各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放情況，而非片面地看應(yīng)用環(huán)節(jié)的碳排放數(shù)據(jù)。
劉科院士表示，“雖然數(shù)據(jù)有待考察，但是至少讓我們知道，如果不進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型，光靠單一地發(fā)展電動(dòng)車(chē)來(lái)推動(dòng)，對(duì)減碳的貢獻(xiàn)是非常有限的。”
在減碳路徑中，除電動(dòng)車(chē)以外，氫能也是近期的一大熱門(mén)話(huà)題。劉科院士從氫能入手，另辟思路，推出新的減碳方案。
以氫燃料電池為例，其具有發(fā)電效率高、可減少對(duì)石油的依賴(lài)、排放為水蒸氣等優(yōu)勢(shì)。但是，它存在三大痛點(diǎn)亟待解決：
1.儲(chǔ)氫、運(yùn)氫成本高。由于氫氣的能量密度低，儲(chǔ)罐及管路，均需要用特殊材料防止氫氣的侵蝕滲透。
2.安全隱患大。氫氣被稱(chēng)為“煉油廠的魔鬼”，是封閉空間爆炸極限最寬的氣體(4~74%)。假如需要普及帶高壓的H2罐燃料電池車(chē)，那么出于安全考慮，已建成的地下停車(chē)場(chǎng)則需要進(jìn)行改造。
3.加氫站占地面積大，基礎(chǔ)設(shè)施投資高昂。加氫站周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)的不能作為居住用地，并且需要約5畝地的面積。
但這些痛點(diǎn)并非不可解決。劉科院士提出“燃料電池氫供應(yīng)鏈解決方案”，即車(chē)載甲醇制氫并與燃料電池系統(tǒng)集成?！凹状际欠浅：玫囊后w儲(chǔ)氫、運(yùn)氫載體，1L甲醇的產(chǎn)氫量是1L液氫的兩倍。”
“由于低成本甲醇可作為最好的氫能載體，在線(xiàn)制氫可用于分布式供電。這是另一條實(shí)現(xiàn)碳中和的優(yōu)選路徑?！?/span>
劉科院士指出，分布式能源廣泛用于基站供電、充電樁建設(shè)、數(shù)據(jù)中心等場(chǎng)合，和光伏、風(fēng)能等不穩(wěn)定可再生能源可形成互補(bǔ)。一方面可以讓現(xiàn)有的煤制甲醇實(shí)現(xiàn)近零碳排放，另一方面可通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能電解水制備綠色環(huán)保的氫氣和氧氣。以此形成良性循環(huán)的產(chǎn)業(yè)鏈條，讓煤制甲醇廠擺脫二氧化碳（CO2）排放問(wèn)題，逐步實(shí)現(xiàn)甲醇取代汽油、柴油。
基于此，他還提出利用甲醇和水分布式制氫發(fā)電，推動(dòng)氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展，或?qū)淙剂想姵匕l(fā)展為電動(dòng)車(chē)的“充電寶”，做成增程式的混合動(dòng)力，以此降低交通運(yùn)輸業(yè)的二氧化碳（CO2）排放，也可以解決部分石油能源稀缺的問(wèn)題。
“因?yàn)樘?yáng)能、風(fēng)能、電解水既可以生產(chǎn)制備甲醇需要的氫氣，又可以生產(chǎn)煤氣化制甲醇需要的氧氣，而且微礦分離技術(shù)可以用廉價(jià)的劣質(zhì)煤結(jié)合太陽(yáng)能、風(fēng)能等綠色能源一起制甲醇，成本上更具有競(jìng)爭(zhēng)力。”
“通過(guò)把中國(guó)強(qiáng)大的太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電的能力釋放出來(lái)，把這類(lèi)能源以綠色甲醇液體的形式儲(chǔ)存下來(lái)，是值得去探索的另外一條儲(chǔ)能戰(zhàn)略，讓太陽(yáng)能，風(fēng)能在減碳中發(fā)揮重要作用?！眲⒖圃菏糠治龅?。
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