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中科院士李燦:太陽能燃料甲醇可解氫能“制儲運加”難題

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2020-8-25     瀏覽次數(shù):    

中國科學院院士、中科院大連化學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是儲能技術,應用中具有多重優(yōu)勢。

李燦表示,氣候變化可導致嚴重的后果,近年來頻發(fā)的洪災、森林大火等極端天氣都與之相關,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%儲氫質量密度工業(yè)化標準非常困難,目前仍是基礎研究重點。而太陽燃料是解決這一難題的新思路。氫能的應用領域并不局限于燃料電池應用,綠氫在煤化工、石油化工綠色發(fā)展中應用廣泛,而綠氫合成甲醇也可替代汽油在交通領域的應用。

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電、水電、生物質等多種可再生能源。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逐步接近工業(yè)化應用,但光催化還處在基礎研究階段。

李燦表示,從規(guī)模、設備投資、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、風電、甚至核電,“電催化分解水制綠氫是綠色能源轉成綠氫的最為有效的途徑”。在電解水制氫三種主流技術中,液體堿性水電解和固體聚合物SPE水電解技術較為成熟,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。李燦認為,判定電解水制氫能否大規(guī)模應用在綠氫生產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)模可做到1000Nm3H2/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。而針對棄風、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。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,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,預計今年9月建成。


來源:中國改革報

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