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劉科：綠色甲醇及e-Fuel-長時儲氫儲電助力碳中和
發布時間 : 2024-04-19 瀏覽次數 : 447 次
綠色甲醇作為實現碳中和的路徑之一，其可再生性、清潔性和高效性得到了充分認可。而中國已建成的龐大液體基礎設施為實現碳中和目標提供了得天獨厚的條件，是通往低碳未來的可行之路。本文系盤古智庫學術委員會副主任委員、澳大利亞國家工程院外籍院士、南方科技大學創新創業學院院長劉科演講內容。文章來源于“氫啟未來網”。
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綠色甲醇作為實現碳中和的路徑之一，其可再生性、清潔性和高效性得到了充分認可。通過大力發展綠色甲醇產業，中國不僅能夠減少對化石燃料的依賴，降低溫室氣體排放，還能推動能源結構的優化和升級，為構建綠色低碳的能源體系奠定堅實基礎。
主題為“拓綠色贛線 競創新賽道”的中國（江西）新能源、新材料產業鏈大會于2024年3月15日在江西南昌舉辦。南方科技大學創新創業學院院長、澳大利亞國家工程院外籍院士劉科在大會上進行了題目為《綠色甲醇及e-Fuel-長時儲氫儲電助力碳中和》的報告。
發展長時儲能是可再生能源發展的關鍵技術
風能、太陽能存在著隨機性高、波動性大的問題，需要解決長時儲能技術難點。
劉科分析稱，減碳的關鍵在于改變能源結構，將風能和太陽能等不穩定的可再生能源用綠色甲醇存儲，風光以綠色甲醇儲存構建“綠色甲醇的管網與綠電為主的新型電網的能源體系”，將成為最合理的能源解決方案之一。這不僅為解決中國石油短缺問題提供了新的途徑，同時也是實現碳中和目標的有效手段。
“中國的風能、太陽能發展潛力大，但儲能技術限制其發展，完全依賴電池儲能，無法解決碳中和要求的大規模長時儲能問題，需要尋找儲能新思路。”劉科院士指出，中國已建成的液體基礎設施能夠通過經濟高效的方式過渡到新型液體能源，從而降低能源基礎設施的轉型成本。“今后液體燃料不一定是用汽油，但液體一定是人類最佳的能源載體。風能和太陽能能上網最好上網，因為直接上網永遠是效率最高，成本最低的新能源利用途徑；但因風能，太陽能的間歇性，不可能全部上網；對上不了網的綠電，只有轉化成綠色液體、利用好已有的液體管網及儲運體系，才能解決人類未來的綠色能源及碳中和問題。”
在這一路徑中，劉科院士特別指出，關鍵在于如何高效利用現有的液體基礎設施，通過經濟且高效的方式，逐步過渡到新型電力加綠色液體能源體系。這不僅能夠有效降低能源基礎設施的轉型成本，還能確保能源供應的穩定性和連續性，為中國的能源安全和可持續發展提供有力保障。
液體能源是人類最佳的能源載體液體燃料體積能量密度高，便于管道運輸及海運，運輸成本低廉，便于長期儲存，同時液體燃料加注便捷、基礎設施建設成本低，這也是人類當初選擇燃油車的原因之一。
劉科院士也表示，氫燃料電池車發電效率高，其推廣可降低對石油的依賴、并且其使用排放為水，無污染。隨量產規模的增加，可進一步降低生產成本。且近年來隨燃料電池所需要使用的貴金屬的使用量明顯下降、貴金屬回收技術趨于成熟等技術突破，氫能應用更具有了推廣性，但使用氫氣作為能源載體，氫氣儲運仍是需要解決的難題；人類花了大量的研發但因氫自身的如下性質決定很難發明低成本的氫氣儲運技術，否則早就發明了：
1. 氫氣儲運成本高：儲存能量密度低、儲罐和管路需要特殊材料防止氫氣侵蝕滲透2. 安全隱患大：氫氣特性不穩定，易爆炸3. 加氫站面積大，基礎設施建設投資高
結合上述提到的內容，劉科院士提出了基于可再生能源的綠色甲醇技術和氫能技術。
綠色甲醇和綠色氨作為氫的液體載體，有助于實現氫能的大規模應用，同時也有助于電動車的應用。電動車技術在不斷進步，但并存在著應用場景的挑戰。在氣候溫暖、路況平緩的城市，電動車具有明顯優勢。而在需要長途行駛，特別是在山區或寒冷地區，電動車的耗電速度快，而醇電混動技術則更具優勢。對于載重卡車而言，采用綠色甲醇或醇電混動技術相較于純電動技術也更具優勢。
目前的電動車，雖然在表面上是電力驅動，但由于電網中近70%的電力來源于煤炭發電，因此，實際上可以說它們仍然是間接地依賴煤炭。這種現實揭示了電動車在環保方面的局限性，尤其是在煤炭發電占主導地位的能源結構下。而綠色甲醇作為一種替代能源，主要依賴于太陽能和風能等可再生能源。這種生產方式使得綠色甲醇成為真正意義上的清潔能源載體。從環保角度來看，太陽能或風能驅動的綠色甲醇無疑是更為優越的選擇，在推動能源轉型、應對氣候變化等方面發揮積極作用。
綠色甲醇是綠氫良好的儲運載體，能夠解決電動車的里程焦慮、溫度低以及快充站建設等痛點，同時解決燃料電池汽車能源加注的困難，為燃料電池車提供更為安全、加注便捷的氫源，推動碳中和背景下的汽車業轉型。
“很多人說“零碳”，但“零碳”是不對的。這個世界二氧化碳不能太多，但人類生存需要植物的二氧化碳光合作用生成淀粉、纖維素等。因此，需要有一定量的二氧化碳。而把今天的煤炭/石油經濟改為綠色經濟，中國的碳中和問題就可以解決了，而且成本是可控的，不像儲電那么貴。”
劉科院士表示，二氧化碳的存在至關重要，過多或缺乏都會造成問題，因此追求零碳排放并非完全正確的方向。另一方面，廢棄已經投入數萬億美金的液體基礎設施，再去建設快充站和加氫站，既不現實也不經濟。相反，利用現有的液體基礎設施來加注綠色甲醇，能夠確保一代基礎設施服務于未來三代（內燃機、混合動力及燃料電池）汽車的需求。
“把人類已經投資幾萬億美金的液體基礎設施廢掉，再去建快充站及加氫站既不現實，也不經濟。綠色甲醇是交通領域最低成本實現碳中和的路徑。”劉科表示。
此外，綠色甲醇作為氫能載體，分布式能源熱電聯供可降低約可降低碳排放80%，能夠和光伏、風能等波動性可再生能源進行多能互補，廣泛應用于基站供電、充電樁建設、數據中心等應用場景，實現對柴油機的替代。
利用煤炭領域的碳中和技術——微礦分離技術
微礦分離技術通過制備低成本類液體燃料+土壤改良劑，源頭解決煤污染、濫用化肥及土壤生態問題，同時低成本生產甲醇、氫氣等高附加值化學品。在煤燃燒前，把可燃物及具有營養價值的礦物質分離開，生產高熱值類液體燃料和一種天然礦源土壤改良劑用的關鍵原料（含有農作物生長所需的重要營養礦物質及微量元素）。將過去“先污染、后治理”的思路轉變為“先處理、再利用”，從源頭上解決燃煤霧霾等環境污染問題。
此外，中國劣質煤儲量豐富，使用綠氧去氣化煤制成的甲醇，通過管路可運輸到家，利用分布式熱電聯供的方式，比今天的煤炭經濟可減碳約75%。因此，利用綠電與生物質或劣質煤制的綠色甲醇，能實現碳中和的綠色能源。
劉科院士在報告中強調，基于中國國情的綠色甲醇發展路線，應是綜合中國國土實況及能源稟賦，充分利用豐富的風光能源與煤炭資源，實現全生命周期的碳排放平衡，促進能源綠色化并改良土壤，解決石油資源不足及糧食短缺的問題，保障能源安全及糧食安全。
劉科院士在報告中指出，綠色甲醇，作為碳達峰和碳中和國家戰略的重要一環，扮演著風光等可再生能源長時儲能的關鍵角色。綠色甲醇能夠作為氫能載體，有效解決氫能儲運的難題，從而推動氫能源技術的進一步發展，還能作為可再生油品，替代傳統石油，實現液體燃料的清潔化和可再生利用。
通過構建以綠色甲醇為核心的“綠色低碳能源體系”，結合管道輸送這一能源儲運方式，能夠極大提升可再生能源的消納能力。同時，這一體系也促進了電動車、燃料電池、分布式能源熱電聯供等消費端系統的清潔化、低碳化和可再生化。
因此，綠色甲醇經濟的發展，不僅能夠替代煤炭石油經濟，助力實現碳達峰和碳中和的目標，還能有效降低中國的石油進口率，提高液體燃料的能源自給率，從而保障國家的能源安全。綠色甲醇，作為一種清潔、可再生的能源，將在未來的能源轉型中發揮越來越重要的作用。
