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科学视点

李灿院士:道法自然,液态阳光有望实现能源自立

作者:中国科学家年鉴来源:中国科学家年鉴

李灿 大连化物所供图

“您的液态阳光储能方法应用起来成本是不是偏高?”

这可能是中科院院士李灿听到最多的问题,每一次他都会耐心地解释。

“现在液态阳光的成本已经处在与其他能源日趋接近的交叉点上了。随着相关技术的日趋成熟和可再生能源占比的提高,它的价格还会一路往下走,最终一定会赢。”3月6日两会会议间歇,全国政协委员、中科院大连化物所研究员李灿在连线《中国科学报》时说,液态阳光最大的一个特点就是“道法自然”,不受制于外界资源因素。

更绿色经济

“液态阳光”是什么呢?“从本质上说,就是用甲醇的形式实现太阳能的储存、运输和利用。”李灿解释,实现液态阳光分为两个步骤:由太阳能等清洁能源分解水制作“绿氢”;再由绿氢和二氧化碳反应,生成甲醇或其他燃料和化学品。

他表示,这一整套循环本质上是利用太阳光等可再生能源,将水和二氧化碳转化为液体燃料,实现减碳的同时,还具有消纳剩余新能源的作用。

李灿和团队发展了高活性的固溶体催化剂,可以高效生成甲醇。目前已经在甘肃兰州建成了全球首套千吨级液态阳光合成的规模化示范工程,于2020年试车成功并完成成果鉴定,正在开展十万吨级的液态阳光工业化。

在他看来,液态阳光可能蕴含着一场重大的能源革命,替代化石能源,最大程度减少碳排放,帮助人类实现可持续发展。

他给记者算了一笔账:“一吨甲醇相当于消纳6000多度电,一个规模在100万吨甲醇级别的中型企业,就能消纳60亿度电,储能潜力巨大。”

同时,与业界看重的氢能相比,液态阳光具有运输安全、经济等特点。李灿表示,氢的密度极低,需要特殊耐高压材料储存,即便是化学实验室一个装着几克氢的高压气瓶也有几十公斤重,非一人之力所能搬动。而运输几十吨、上万吨的氢将带来巨大的经济成本,还存在安全风险。

“而甲醇的出氢量达到18.75%,即100公斤甲醇可以放出18.75公斤氢。这些氢用高压容器压缩后一辆卡车拉不了,但一吨甲醇用常规压力的容器就可以拉走,经济性好。”他对比说。

能源不受限制

液态阳光的应用面非常广。当前如火如荼的新能源车就是应用目标之一。

李灿表示,当前市场上的新能源车主要有两类:纯电动车和氢能源车。前者所用的电并非纯绿色,而是灰色的,因为国家电网中仍有接近60%的火电;而后者所依赖的氢也是来自煤化工领域,因其目前制氢成本低于电解水。

不过,他认为,长远来看,第三条路——即绿色甲醇燃料车有着很大的发展前景。“绿色甲醇就像汽油一样可以用汽车的内燃机燃烧,但它排放的是水和氢,非常环保。”李灿表示,相关技术现在已经十分成熟。

在工信部发布的《“十四五”工业绿色发展规划》中,甲醇汽车已被纳入绿色产品,该规划还提出要促进甲醇汽车等替代燃料汽车推广。目前,甲醇燃料已在船舶航运行业开始研发推广。早在2012年至2018年,工信部还牵头组织了大规模的甲醇汽车试点运行项目,全面验证了甲醇燃料和甲醇汽车应用的环保性、适用性和可靠性。比如浙江吉利集团在贵州省已经推广了上万辆甲醇汽车。

“从战略资源角度来考虑,假如所有的汽油都用甲醇来代替,我国石油进口的问题就大大的缓解,国家能源安全就没有那么大的风险。”李灿说,而如果采用甲醇作为燃料,新能源汽车发展也无惧锂资源的制约。

那么,液态阳光的发展是否会受制于水资源压力呢?对此,李灿表示,尽管绿氢要从水里产生,但制氢所用水量并不大,9吨水可产生1吨氢(一个非常大的量)。而且电解水也可以采用净化过的矿井废水。此外,李灿团队还在策划海水电解水的研究。

目前工业领域甲醇产能每年在9000万吨,如果用液态阳光甲醇来代替,就可以减排1.2亿吨以上的二氧化碳。李灿表示,尽管近几年受到疫情影响,十万、数十万吨绿色甲醇制造已经起步。“乐观预测,2030年其减碳贡献份额将进一步增大,最终它一定会赢。”他说。

“硬科技”不能缺

作为国家战略科技力量,中国科学院近日启动“双碳行动计划”,提出“三步走”行动策略。“推动双碳目标,大连化物所也责无旁贷,要发挥更大的科技支撑作用,我们在学科上正在强化和转型。”李灿说。

据介绍,除了液态阳光,大连化物所打通储能、发电技术链条,已经做出了一批“现成的”双碳技术储备,如氢能技术、燃料电池技术、新兴太阳电池、储能等。

他同时表示,实现双碳目标,一个研究单位的力量仍然不够,一定要把科学界的优势力量都要组织起来,把每个中国人的努力调动起来,才能实现国家的战略发展。

对于一些青年人所认为的“生化环材是四大‘天坑’”专业,不愿作为未来职业发展方向。李灿表示“可以理解”,但并不认同。

他表示,生化环材都是刚性技术,也是硬核技术。往往是付出很大,但回报较低。例如从事相关专业的理工科生往往本科要奠定扎实的专业基础,才能继续成为一名优秀的研究生、博士生。而这些领域读研究生要做出巨大的努力,才可以做出原创性成果,很多博士生5年内不能完成博士学位,一些女博士生即将30岁才博士毕业,影响找对象。

他建议国家重视理工科领域的人才培养,倾斜支持相关领域的青年科技工作者。

“从国家和人类社会的发展看,这些硬核技术缺不得。”他说,现在很多青年人都想要“少花力气多挣钱”,从事商务、经济、运营等服务领域,但这些领域就像长在大地上的草,如果没了工业硬核技术的基础支撑,就无法运行。“就像网购,即便你有手机能够付款,但前提是你要有货物。”他对比说。

李灿表示,从国家层面看,刚性、硬核技术是买不来的,必须要具有自主创新能力。从个人方面来讲,科研人员总要为国家做一些实实在在、摸得着、看得见的贡献,不能玩虚的。“面对国家需求,家庭层面还是要正确导向。否则,大家都去做轻松的事情,都想要享受多一点,社会财富从哪里来?”他说。


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