“液态阳光”产业化脚步渐近

本文转自：中国科学报

中国科学院院士李灿：

“液态阳光”产业化脚步渐近

■本报记者 赵广立

“‘液态阳光’产业化项目的技术路径已经走通了，现在，在不考虑碳税的前提下，其直接成本比不上煤制甲醇，但‘液态阳光’有规模效应，一旦达到10万吨级及以上的规模，其单产成本会进一步下降，特别是随着光伏风电价格的下降，其价格也会大幅下降。”近日，中国科学院院士李灿在接受《中国科学报》专访时表示，“液态阳光”产业化脚步渐近，“今年启动、明年建设，后年即可规模化生产”。

“液态阳光”产业化的技术难题已扫清

把太阳能转化为可稳定存储、易于运输的液体燃料，被科学家形象地称为“液态阳光”。当前，二氧化碳减排已成为世界各国关注的热点，科学家在碳捕捉、碳封存及其资源化利用方面做了大量探索，“液态阳光”计划是其中最让人兴奋的。

李灿向《中国科学报》介绍，“液态阳光”主要包括3个重要环节——风/光发电、电解水制氢、二氧化碳加氢合成甲醇。与此同时，“液态阳光”技术的产业化落地面临三大技术难题：风/光电等清洁能源产出不稳定；规模化电解水制氢成本高、效率偏低；利用惰性气体、温室气体二氧化碳制甲醇不仅需要高温高压的反应条件，还需要高活性、高选择性的催化剂。

“要解决上述问题，首先需要发展抗波动的电解槽体系，以容忍风力、光伏发电的波动和不稳定性。”为此，李灿带领研究团队早在2019年便在国内率先开发了千方级、抗波动高性能电解槽技术。

他告诉《中国科学报》，在这一稳态体系下，电解槽可以提高效率——接近4度电产出1立方氢。同时，稳态体系也有助于提高系统的安全系数，避免氢气和氧气混合引发爆炸。

在二氧化碳加氢制甲醇这一环节，李灿团队于2017年取得了技术突破，开发了一种二元金属氧化物（ZnO-ZrO2）固溶体催化剂，实现了二氧化碳高选择性、高稳定性加氢合成甲醇。

“液态阳光”规模化验证结果超预期

“一些技术在实验室效果好，不代表在规模化生产中表现好，这就需要中试。”李灿说，让他没想到的是，中试效果竟然比在实验室的效果还好。

2018年8月，在甘肃省兰州新区的支持下，由中国科学院大连化学物理研究所研发、兰州新区石化产业投资集团有限公司建设和运营、华陆工程科技有限责任公司设计的全球首套千吨级“液态阳光合成的规模化示范工程”宣告落地启动，于2020年试车成功并完成成果鉴定。

“实验室中，催化剂对甲醇的选择性保持在90%左右，但在规模化示范工程中其选择性在95%以上。此外，二氧化碳的转化率也非常高，因为我们在萃取甲醇之后，会将二氧化碳循环注入系统，使几乎所有的二氧化碳都能转化成甲醇。”李灿对《中国科学报》表示，他们迈出了太阳能等可再生能源转化为液体燃料工业化生产的第一步。

李灿透露，目前，全球首个10万吨级“液态阳光”燃料合成项目正在内蒙古鄂尔多斯建设，预计最快可在2025年建成。

“到了10万吨级这个规模，‘液态阳光’项目的经济性和效益就开始占优了。”李灿算了一笔账，传统煤制甲醇的价格大概在2500元/吨~3000元/吨，而随着规模的扩大和风/光电价的进一步走低（降到0.2元以下），“液态阳光”制甲醇的成本很快就能跟煤制甲醇持平，这还是在没有考虑“碳税”收益问题的前提下。未来若收紧温室气体排放管控，各国可能会对碳排放收取费用，这就是“碳税”。相比“液态阳光”，传统的煤制甲醇每生产1吨甲醇差不多要排放3吨~4吨二氧化碳，将来，传统煤制甲醇不得不考虑碳税带来的成本上升问题。

李灿指出，相比之下，“液态阳光”每生产1吨甲醇，可转化约1.4吨二氧化碳；生产10万吨甲醇，就可消纳约14万吨二氧化碳。一边是消纳，一边是排放，“液态阳光”的生态效益由此彰显。

“我们的实践证明，‘液态阳光’是一个切实可行的减碳方案，它不仅比‘碳捕捉—深埋’方案更安全、更环保，而且还有经济效益。”李灿说，“液态阳光”计划孕育着一场重大的能源革命，而随着其经济效益的凸显和产业化脚步的加快，这场能源革命已经在可期待的视野之中。