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中科院士李灿:太阳能燃料甲醇可解氢能“制储运加”难题

   日期:2020-08-25     来源:中国改革报    浏览:2766    评论:0    
中国科学院院士、中科院大连化学物理研究所研究员李灿在研讨会上发表了题为“可再生能源电解水制氢及液体太阳燃料合成进展与展望”的演讲。他指出,氢能发展初衷就是要解决低碳、生态等问题,可再生能源制氢是未来发展的方向,而太阳燃料甲醇技术是储能技术,应用中具有多重优势。

李灿表示,气候变化可导致严重的后果,近年来频发的洪灾、森林大火等极端天气都与之相关,有研究表明,甚至气候变化会引发冰川和冻土中的病毒复活。而造成气候变化的重要原因是人类工业革命开始大规模过度开发利用化石资源,造成二氧化碳等温室气体和污染物排放,破坏了生态平衡。

李灿认为,氢能的发展不能背离初衷,站在低碳、生态角度,长远看,用光伏、风电、水电、核电制绿氢是未来发展方向。在氢储运方面,要达到美国DOE制定的7%储氢质量密度工业化标准非常困难,目前仍是基础研究重点。而太阳燃料是解决这一难题的新思路。氢能的应用领域并不局限于燃料电池应用,绿氢在煤化工、石油化工绿色发展中应用广泛,而绿氢合成甲醇也可替代汽油在交通领域的应用。

李灿介绍,地球能源来自太阳能,广义的太阳能包含了常见的风电、水电、生物质等多种可再生能源。在可再生能源制氢中,直接从太阳能制取氢气包含多个技术路径,其中光解水和光电催化分解水工艺简单,理论上可以低成本获取,是很有吸引力的方向。光电催化分解水效率已经逐步接近工业化应用,但光催化还处在基础研究阶段。

李灿表示,从规模、设备投资、稳定性来看,电催化分解水已成熟,来源可以是光伏发电、水电、风电、甚至核电,“电催化分解水制绿氢是绿色能源转成绿氢的最为有效的途径”。在电解水制氢三种主流技术中,液体碱性水电解和固体聚合物SPE水电解技术较为成熟,传统的碱液电解水的效率较低、能耗较高,但稳定性好,价格相对低廉,寿命长达10年~20年;而SPE水电解规模化和稳定性还在进一步提升中。李灿认为,判定电解水制氢能否大规模应用在绿氢生产中需要解决三个问题:大规模、低能耗和高稳定性。

李灿介绍,其团队一直致力碱性电解水催化剂的研究,可以较好地解决上述三大问题。碱液电解槽规模可以做得很大,目前规模可做到1000Nm3H2/h,而通过催化剂可将能耗降至4.0KWh/Nm3~4.2KWh/Nm3,远超业界平均水平,稳定性在实验室可达到8000小时~1万小时,工业化验证效果也非常不错。

就可再生能源制氢成本来看,电价和电解水效率影响成本最大,这两点在目前都已发生很大变化。如果采用0.25元/KWh电价,制氢成本可与天然气制氢相当。而针对弃风、弃光、弃水的电已低于这个电价。电价若在0.15元/KWh,制氢成本可与煤制氢相当。据李灿介绍,我国西南地区汛期大规模弃水电价甚至可以低于这个价格。另外,可再生能源制氢实现零碳排放过程,社会效益和生态效益巨大。

对于氢的储存运输难题,李灿团队采用二氧化碳加氢制甲醇进行储存,提出了太阳燃料、液态阳光的思路。兰州新区液态太阳燃料项目2018年启动,今年1月试车成功。李灿表示,该项目采用10MW光伏电解水制氢,采用电解水制氢装置,单套规模达1000Nm3H2/h,利用新研发的电解水电极催化剂,能量效率达80%以上,绿氢与从化工企业收集来的二氧化碳进而合成甲醇。

太阳燃料甲醇使用广泛,既是优良燃料,又可用作汽油替代燃料,也可用在锅炉供热。其质量储氢密度可高达18.75%,且储存和运输安全。

与传统加氢站不同,李灿提出,使用太阳燃料甲醇为氢源的加氢站新方案,新方案具有多重优点,可缓解高压运输、储存和加氢中的安全问题,可实现二氧化碳回收和全流程清洁目标,还便于实现油、醇、氢共站的新局面。据李灿透露,太阳燃料甲醇加氢站已筹备在张家港进行示范工程,预计今年9月建成。 
 

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