1月17日，新年伊始，全球首套千噸級(jí)規(guī)模太陽(yáng)燃料合成示范項(xiàng)目在蘭州新區(qū)綠色化工園區(qū)試車成功。該項(xiàng)目邁出了將太陽(yáng)能等可再生能源轉(zhuǎn)化為液體燃料工業(yè)化生產(chǎn)的第一步。
太陽(yáng)燃料合成是指利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等可再生能源發(fā)電，進(jìn)而電解水制備綠氫、將二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化制甲醇等液體燃料，把可再生能源存儲(chǔ)在液體燃料中。簡(jiǎn)言之就是利用太陽(yáng)能等可再生能源、二氧化碳和水，生產(chǎn)清潔可再生的甲醇等液體燃料（故又被形象地稱為“液態(tài)陽(yáng)光”）。這將是未來(lái)解決二氧化碳排放的根本途徑之一，也是將間歇分散的太陽(yáng)能等可再生能源收集儲(chǔ)存的一種儲(chǔ)能技術(shù)，是“道法自然光合作用”，實(shí)現(xiàn)人工光合成綠色能源的一種過(guò)程。
該項(xiàng)目基于我所李燦院士團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的兩項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)：高效、低成本、長(zhǎng)壽命規(guī)?；姶呋纸馑茪浼夹g(shù)和廉價(jià)、高選擇性、高穩(wěn)定性二氧化碳加氫制甲醇催化技術(shù)。
項(xiàng)目采用堿性電解水制氫技術(shù)。雖然電解水制氫技術(shù)過(guò)去已經(jīng)有實(shí)際應(yīng)用，但一般規(guī)模較?。ㄔ?0-200標(biāo)方/小時(shí)），單位制氫能耗較高（約4.7-5.0方氫/度電)。李燦團(tuán)隊(duì)基于長(zhǎng)期對(duì)光、電催化分解水的研究，研發(fā)了具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型電解水制氫催化劑，與蘇州競(jìng)立制氫設(shè)備有限公司合作，制造規(guī)?；?000標(biāo)方/小時(shí)）電解水制氫設(shè)備，單位制氫能耗降低至4.0-4.2方氫/度電，大幅降低了電解水制氫的成本，是目前世界上規(guī)?；瘔A性電解水制氫的最高效率。二氧化碳加氫制甲醇技術(shù)則采用李燦團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的固溶體雙金屬氧化物催化劑（ZnO-ZrO2），該催化劑可實(shí)現(xiàn)二氧化碳高選擇性、高穩(wěn)定性加氫合成甲醇。其中單程甲醇選擇性大于90%，催化劑運(yùn)行3000小時(shí)性能衰減小于2%。
該項(xiàng)目由太陽(yáng)能光伏發(fā)電、電解水制氫、二氧化碳加氫合成甲醇三個(gè)基本單元構(gòu)成，華陸工程科技有限責(zé)任公司主持完成了項(xiàng)目設(shè)計(jì)，總占地約289畝，其中光伏發(fā)電占地259畝，總投資約1.4億元，其中光伏發(fā)電約5000萬(wàn)元。項(xiàng)目配套建設(shè)總功率為10 MW光伏發(fā)電站，經(jīng)逆變-整流后，為2臺(tái)1000標(biāo)方/小時(shí)電解水制氫設(shè)備提供電力。
該項(xiàng)目對(duì)緩解我國(guó)能源安全問(wèn)題乃至全球生態(tài)文明建設(shè)具有重大戰(zhàn)略意義。它一方面探索中國(guó)西部地區(qū)豐富的太陽(yáng)能等可再生能源的優(yōu)化利用模式，將太陽(yáng)能等可再生能源轉(zhuǎn)化為液體燃料甲醇，提供了一條特高壓輸電之外的有效利用可再生能源的路徑，為解決我國(guó)許多地區(qū)“棄光、棄風(fēng)、棄水”問(wèn)題提供了新的策略。另一方面，太陽(yáng)燃料甲醇又是綠氫載體，可助于解決氫能儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)陌踩y題。
此外，該項(xiàng)目將二氧化碳作為碳資源，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的積極減排，生產(chǎn)的太陽(yáng)燃料甲醇為綠色甲醇，不同于傳統(tǒng)煤、天然氣所制得的甲醇，實(shí)現(xiàn)了零碳排放。綠色甲醇的生產(chǎn)是目前國(guó)際上興起的碳捕獲儲(chǔ)存（CCS）以及進(jìn)而發(fā)展的碳捕獲及資源化利用（CCSU）的發(fā)展方向，為推進(jìn)低碳、清潔的能源革命提供了創(chuàng)新的技術(shù)路線。
該項(xiàng)目得到了蘭州新區(qū)黨工委和管委會(huì)的大力支持，蘭州新區(qū)石化產(chǎn)業(yè)投資有限公司資助并承接了工程建設(shè)，各方緊密合作，僅用18個(gè)月，實(shí)現(xiàn)了從實(shí)驗(yàn)室研究成果走向工業(yè)化示范，是產(chǎn)學(xué)研成功合作的一個(gè)典范。
我國(guó)原油嚴(yán)重依賴進(jìn)口，而另一方面，可再生能源資源豐富，潛力巨大。據(jù)國(guó)家電網(wǎng)研究院報(bào)告，2050年，可再生能源發(fā)電量將超過(guò)50%。如何利用可再生能源替代化石燃料、保障液體燃料供給，成為關(guān)系我國(guó)能源安全的重要課題。太陽(yáng)燃料合成提供了從可再生能源發(fā)電到綠色液體燃料生產(chǎn)的全新途徑。
可再生能源的發(fā)展，將經(jīng)歷與傳統(tǒng)能源并存、互補(bǔ)和替代的轉(zhuǎn)化過(guò)程。隨著可再生能源發(fā)電成本進(jìn)一步降低，太陽(yáng)燃料生產(chǎn)成本有望大幅降低，規(guī)模化太陽(yáng)燃料生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；疾东@及資源化利用（CCSU），從而規(guī)模化消納包括太陽(yáng)能在內(nèi)的各種可再生能源，實(shí)現(xiàn)億噸級(jí)減排二氧化碳、年產(chǎn)億噸級(jí)太陽(yáng)燃料甲醇成為可能。這將在踐行習(xí)總書(shū)記關(guān)于社會(huì)主義生態(tài)文明建設(shè)系列重要論述、保障我國(guó)能源安全的同時(shí)，積極完成我國(guó)對(duì)于國(guó)際氣候談判減排的承諾。
該項(xiàng)目的前期基礎(chǔ)研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及中國(guó)科學(xué)院潔凈能源先導(dǎo)專項(xiàng)（A類）項(xiàng)目的資助。（文/圖 王集杰、劉鐵峰）
