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来源:新材料在线发布时间:2022-04-10837浏览
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“由于低成本甲醇可作为最好的氢能载体，在线制氢可用于分布式供电。这是另一条实现碳中和的优选路径。”——澳大利亚国家工程院外籍院士刘科前不久，在由深圳市科学技术协会主办，深圳市高层次人才联谊会、深圳市新材料行业协会承办的“2021年深圳市新材料新能源技术和产业发展论坛”上，澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学创新创业学院院长刘科作了《碳中和的现实和路径》的主题报告。
“2020年，中国二氧化碳排放大约103亿吨。其中，煤炭、石油、天然气燃烧产生的排放达到95亿吨，约占总排放的92%。”这是一组严峻的数据，面对这一形势，该如何实现碳中和这一艰巨任务，刘科院士在现场展开了深入浅出地分析。
增加能效是实现碳中和的最低成本路径之一
目前，我国每年人均碳排放量约为7.4吨，减碳压力巨大。
刘科院士认为，传统能源如煤炭、石油、天然气等，在中短期内依旧是中国主要能源。尽管目前国内在大力探索风能、太阳能、CO2转化为化学品、碳捕获与封存技术（CCS）、碳捕集、利用与封存技术(CCUS)等技术，以提高能效，增加减碳贡献，但对目前天量排放的CO2，以上减碳技术的效果在近期内是相当有限的。
我国的风能、太阳能等减碳市场虽然增量较大，但目前的总发电量仅相当于1.92亿吨标煤发电量，只占煤电发电量的12.5%左右。
“提高能效需要关注的是综合的、最低成本的路径。”
刘科院士介绍了先进的减碳技术，他表示，碳捕集、利用与封存技术(CCUS)是碳捕获与封存技术（CCS）新的发展趋势，即把生产过程中排放的二氧化碳进行捕获、提纯，继而投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存的一种技术。该技术具备实现大规模温室气体减排与化石能源低碳利用的协同作用，对减排能够产生极大的积极作。虽然在理论上CCUS技术能够实现二氧化碳的大规模捕集，但是在实际应用中CCUS存在成本高、无法彻底固碳、自然界捕集难等难题。
电动车是否能有效减碳？
“风能发电过程中，只有1/4的时间比煤发电便宜；太阳能发电过程中，只有1/5的时间比煤发电便宜。那么除去风电、太阳能稳定发电的时间，一天中需要有约4/5或者5/6的时间要靠电池储电，这是难以想象的。”刘科院士分析指出。
数据显示，目前全世界电池生产商1年多的电池产能仅能满足东京全市1天的供电。不仅如此，业内关于电动车和燃油车的全生命周期内，碳排放量熟多熟少的争议接连不断。
“一项数据调查显示，汽车全生命周期中每个环节产生的碳排放量，计入每辆电动车的碳排放量中，那么电动车实际排碳量约高出燃油车的70%。”
据了解，基于全生命周期的角度来衡量汽车产品的碳排放量，主要核算边界包括：原材料的获取阶段、汽车产品生产阶段、汽车产品使用阶段和回收处理阶段。因此，一辆汽车的碳排放量应综合各个环节产生的碳排放情况，而非片面地看应用环节的碳排放数据。
刘科院士表示，“虽然数据有待考察，但是至少让我们知道，如果不进行能源转型，光靠单一地发展电动车来推动，对减碳的贡献是非常有限的。”
绿色甲醇——煤化工+可再生能源：有效的减碳方案
在减碳路径中，除电动车以外，氢能也是近期的一大热门话题。刘科院士从氢能入手，另辟思路，推出新的减碳方案。
以氢燃料电池为例，其具有发电效率高、可减少对石油的依赖、排放为水蒸气等优势。但是，它存在三大痛点亟待解决：
1.储氢、运氢成本高。由于氢气的能量密度低，储罐及管路，均需要用特殊材料防止氢气的侵蚀渗透。
2.安全隐患大。氢气被称为“炼油厂的魔鬼”，是封闭空间爆炸极限最宽的气体(4~74%)。假如需要普及带高压的H2罐燃料电池车，那么出于安全考虑，已建成的地下停车场则需要进行改造。
3.加氢站占地面积大，基础设施投资高昂。加氢站周围一定范围内的不能作为居住用地，并且需要约5亩地的面积。
但这些痛点并非不可解决。刘科院士提出“燃料电池氢供应链解决方案”，即车载甲醇制氢并与燃料电池系统集成。“甲醇是非常好的液体储氢、运氢载体，1L甲醇的产氢量是1L液氢的两倍。”
绿色甲醇工艺
“由于低成本甲醇可作为最好的氢能载体，在线制氢可用于分布式供电。这是另一条实现碳中和的优选路径。”
刘科院士指出，分布式能源广泛用于基站供电、充电桩建设、数据中心等场合，和光伏、风能等不稳定可再生能源可形成互补。一方面可以让现有的煤制甲醇实现近零碳排放，另一方面可通过太阳能、风能、核能电解水制备绿色环保的氢气和氧气。以此形成良性循环的产业链条，让煤制甲醇厂摆脱二氧化碳（CO2）排放问题，逐步实现甲醇取代汽油、柴油。
基于此，他还提出利用甲醇和水分布式制氢发电，推动氢燃料电池汽车发展，或将氢燃料电池发展为电动车的“充电宝”，做成增程式的混合动力，以此降低交通运输业的二氧化碳（CO2）排放，也可以解决部分石油能源稀缺的问题。
“因为太阳能、风能、电解水既可以生产制备甲醇需要的氢气，又可以生产煤气化制甲醇需要的氧气，而且微矿分离技术可以用廉价的劣质煤结合太阳能、风能等绿色能源一起制甲醇，成本上更具有竞争力。”
“通过把中国强大的太阳能、风能发电的能力释放出来，把这类能源以绿色甲醇液体的形式储存下来，是值得去探索的另外一条储能战略，让太阳能，风能在减碳中发挥重要作用。”刘科院士分析道。
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