2020年10月15日，由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、蘭州新區石化產(chǎn)業(yè)投資集團有限公司和華陸工程科技有限責任公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的千噸級液態(tài)太陽(yáng)燃料合成示范項目（“液態(tài)陽(yáng)光”）成功技術(shù)鑒定。該項目發(fā)明了兩項先進(jìn)催化技術(shù)，電解水制氫和二氧化碳催化合成綠色甲醇，集成創(chuàng )新了液態(tài)太陽(yáng)燃料合成全流程工藝裝置，具有完全自主知識產(chǎn)權，整體技術(shù)處于國際領(lǐng)先。該項目將二氧化碳作為碳資源進(jìn)行轉化，首次將太陽(yáng)能規模轉化為液體燃料，提供了高壓輸電之外的太陽(yáng)能利用新途徑，為我國實(shí)現碳中和目標提供了切實(shí)可行的全新技術(shù)。

一、項目背景

（一）項目是降低溫室效應的技術(shù)支撐

研究表面：二氧化碳排放大量排放是造成溫室效應和氣候變化異常的主要因素。2020年，全球排放二氧化碳400億噸，中國約占30%，位居世界第一。2020年9月22日，習近平在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì )一般性辯論上、黨的十九屆五中全會(huì )、十四五規劃、2021年全國兩會(huì )等多個(gè)會(huì )議上，強調中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現碳中和。如何實(shí)現二氧化碳的減排既是一個(gè)社會(huì )環(huán)境問(wèn)題，更是更多的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，本項目就是具體的碳中和技術(shù)支撐。

（二）項目的實(shí)施是國家能源安全的技術(shù)保障

2018年以來(lái)，我國對外原油對外依存度超過(guò)70%，國際形勢的復雜變化對我國能源安全存在較大的風(fēng)險。同時(shí)， 2019年底，全國發(fā)電裝機容量20億千瓦，其中可再生能源總裝機容量的40.8%，成為全球可再生能源利用規模最大的國家。如何利用可再生能源以替代化石資源，已成為關(guān)系我國能源安全與綠色發(fā)展的重要課題，而清潔能源又被認為是后疫情時(shí)期世界經(jīng)濟新的增長(cháng)點(diǎn)。當前，一方面氫能產(chǎn)業(yè)在全世界范圍引起了高度重視，在2020年4月國家能源局公布的能源法征求意見(jiàn)稿中，氫能被正式列為能源范疇，作為低碳和零碳能源被視為極具發(fā)展潛力的清潔能源。另一方面，甲醇經(jīng)濟正悄然興起，甲醇作為一種可代替汽油的液體燃料和基礎化工原料，越來(lái)越受到重視。2019年，工信部等八個(gè)部委聯(lián)合發(fā)布了甲醇汽車(chē)應用的指導意見(jiàn)，進(jìn)一步推進(jìn)甲醇經(jīng)濟的發(fā)展。

（三）項目是西部地區可再生能源的高附加值轉化

近十幾年來(lái)，我國充分利用風(fēng)能和光能優(yōu)勢，在風(fēng)電、光伏發(fā)電和光熱發(fā)電等可再生能源開(kāi)發(fā)利用方面，進(jìn)行了大量的技術(shù)和資金投入。在西部地區的內蒙古、新疆、甘肅及青海等地區，投資幾百億元建設了大量的風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電場(chǎng)和光熱發(fā)電場(chǎng)，趟出一條“追風(fēng)逐日”新路，給企業(yè)和地方帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟效益。截止2020年11月底，甘肅省電力總裝機容量超過(guò)5500萬(wàn)千瓦，其中可再生能源總裝機容量的超過(guò)60%。由于甘肅及西部地區經(jīng)濟欠發(fā)達，就地消納能力有限，主要靠專(zhuān)用特高壓電網(wǎng)進(jìn)行外送，受到外部發(fā)展的制約因素較多，造成“棄風(fēng)棄光棄水”現象較為嚴重。如何解決可再生能源的利用率，提高可再生能源的附加值和應用領(lǐng)域是當前西部地區亟待解決的技術(shù)問(wèn)題、經(jīng)濟問(wèn)題和社會(huì )問(wèn)題。

二、項目技術(shù)介紹

（一）可再生能源包括：風(fēng)電、水電、光伏和光熱、核能及生物質(zhì)發(fā)電等。

（二）項目先進(jìn)技術(shù)核心

本項目利用10MW的光伏發(fā)電，采用中國也是世界上最大的電解槽1000Nm3/h，選用李燦院士團隊研制的先進(jìn)催化劑，使得每標方氫氣能耗由5度點(diǎn)降低到4.3度，降低能耗14%以上。

然后將電解水制得氫氣與捕集的二氧化碳按1:3（摩爾比）進(jìn)行混合，經(jīng)2級壓縮后，在固定床合成塔中再利用高性能的ZnO/ZrO催化劑合成液態(tài)的60%粗甲醇。二氧化碳加氫合成甲醇單元采用較為廉價(jià)的耐候性先進(jìn)催化劑（耐硫化物和氮氧化物等），單程轉化率達到14%，甲醇的選擇性達到98.5%，顯著(zhù)提高了二氧化碳加氫合成甲醇的收率。

本項目總投資1.41億元，于2018年7月啟動(dòng)立項，2019年3月開(kāi)工建設，2019年12月初步建成1000噸/年甲醇規?；痉堆b置，2020年1月17日第一次試車(chē)，生產(chǎn)出60%的粗甲醇，項目初步成果于2020年4 月列入中科院2020年一季度“科技成果轉移轉化亮點(diǎn)工作”名單。經(jīng)過(guò)6至7個(gè)月的完善工作，確定了最近的工藝路線(xiàn)和技術(shù)參數，穩定運行1個(gè)多月（超過(guò)1000小時(shí)）， 2020年10月8日裝置順利通過(guò)72小時(shí)現場(chǎng)考核，2020年10月15日通過(guò)了中國石化聯(lián)合會(huì )組織的鑒定驗收，鑒定專(zhuān)家包括何鳴元院士、韓布興院士、丁奎嶺院士等12名行業(yè)技術(shù)專(zhuān)家，項目取得了（電解水制氫催化劑、二氧化碳加氫合成甲醇催化劑和利用不穩定的光伏發(fā)電-堿性電解水制氫-二氧化碳催化加氫制甲醇耦合）3項完全知識產(chǎn)權的國際領(lǐng)先的先進(jìn)技術(shù)，建成了全球首套規?；ㄇ嵓墸┖铣删G色甲醇示范裝置，為大規模儲存可再生能源、規?；枚趸继峁┝饲袑?shí)可行的新技術(shù)，對催生清潔能源新興產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)綠色、生態(tài)發(fā)展，實(shí)現碳中和，具有重要意義。

三、項目前景

（一）綠氫的應用前景

利用可再生能源發(fā)電、電解水制氫俗稱(chēng)“綠氫”，綠氫可用于氫燃料電池作為車(chē)用動(dòng)力，可用于氫氣冶金，可在天然氣中加入15—17%，作為民用燃料等作為清潔能源。

光伏發(fā)電成本較大，盡管該示范項目采用了先進(jìn)的催化劑，能耗由常規的5.0kwh/Nm3降低到4.3kwh/Nm3，以上網(wǎng)電價(jià)0.3元/ kwh計，單位制氫成本約為1.30元，高于天然氣制氫的0.6元（藍氫）和煤制氫的0.8元（灰氫）。隨著(zhù)光伏發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步，現階段光伏發(fā)電成本估計為0.15元/ kwh，到2030年中國光伏發(fā)電成本可降低至0.1元/ kwh，這樣綠氫的成本將低于藍氫，其應用前景將更加廣闊。

電解水制氫的銷(xiāo)售價(jià)格為4.2元/標方，一標方氫氣等于89.3g，綠氫的成本即47元/kg，全國加氫站的標準是35元/kg，故加氣站加注的氫氣需要政府補貼。

在目前技術(shù)條件下，1kg氫氣可供小汽車(chē)行駛100公里，一般燃油車(chē)跑相同的里程大約耗費7升油，以目前油價(jià)計算，花費40元至50元。也就是說(shuō)，氫能使用成本與汽油已相當接近了。

（二）二氧化碳合成甲醇產(chǎn)業(yè)化前景

二氧化碳加氫合成甲醇的生產(chǎn)成本較高，以10萬(wàn)噸/年二氧化碳加氫合成綠色甲醇項目投資5億元進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化運行成本估算如下：

生產(chǎn)1噸綠色甲醇需消耗氫氣2200m3和二氧化碳1.4噸，采用先進(jìn)的電解水制氫裝置及最優(yōu)的光伏、風(fēng)電及水電等可再生能源以0.15元/KWh供電，氫氣Nm3/ H2的成本4.3*0.15=0.645(元)，每噸甲醇消耗氫氣的成本2200*0.645=1419（元），二氧化碳最佳的捕集成本及運費約350元，每噸甲醇消耗二氧化碳的成本1.4*350=490（元）。兩項合計：每噸綠色甲醇原材料成本1419+490=1909（元），再加上人工成本、生產(chǎn)成本、設備折舊及資金成本等，每噸綠色甲醇的價(jià)格約3000元。

采用本項科技成果開(kāi)發(fā)生產(chǎn)綠色甲醇，較煤制甲醇和天然氣制甲醇成本大約高800—1000元?，F階段，項目不具備產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化的條件，若近期國家有關(guān)部門(mén)出臺碳中和碳交易等優(yōu)惠政策，消納二氧化碳不僅不計成本，還有收入。同時(shí)，有支持綠色甲醇產(chǎn)業(yè)、利用光伏及風(fēng)電等可再生能源等措施和稅收優(yōu)惠等，以市場(chǎng)價(jià)銷(xiāo)售綠色甲醇有一定補助等，可推進(jìn)本項科技成果的產(chǎn)業(yè)化落地，促進(jìn)可再生能源的利用，為碳達峰碳中和提供良好的技術(shù)支撐。

我國煤制甲醇項目存在大量的二氧化碳排放問(wèn)題，每生產(chǎn)1噸甲醇將排放約3噸的二氧化碳，該行業(yè)如不采取碳中和技術(shù)，其將受到極大地限制。

甲醇是多種有機產(chǎn)品的基本原料和重要的溶劑，我國甲醇產(chǎn)業(yè)鏈上游生產(chǎn)原料主要包括煤、焦爐氣和天然氣等。甲醇下游應用廣泛，主要為能源與化工品。從原料上來(lái)看，甲醇的制備工藝主要包括天然氣制甲醇、煤制甲醇和焦爐氣制甲醇，目前國內主要以煤制甲醇為主，占比高達76%。此外，焦爐氣制甲醇和天然氣甲醇分別占比17%、7%。2019年我國甲醇產(chǎn)能約為8812萬(wàn)噸，同比增長(cháng)6.1%，產(chǎn)量約為6216萬(wàn)噸，同比增長(cháng)11.5%。

近年來(lái)，車(chē)用甲醇汽油（M30—M100）正在推廣示范，民用及工業(yè)用醇基燃料也再技術(shù)推廣試用；鑒于大連化物所的MTO（甲醇制烯烴技術(shù)）進(jìn)一步推廣和相關(guān)合成技術(shù)的完善，在不遠的未來(lái)，液態(tài)陽(yáng)光甲醇可替代石油和煤炭等化石能源，在合成所有人類(lèi)所需的化工產(chǎn)品同時(shí)，達到碳中和及碳循環(huán)，實(shí)現碳的零排放，減少溫室效應，構建幸福美好和諧人類(lèi)地球家園的愿景。

四、意見(jiàn)建議

（一）將綠色低碳發(fā)展模式納入甘肅省“十四五”“十五五”規劃，借助2020年12月生態(tài)環(huán)境部出臺《碳排放權交易管理辦法(試行)》，盡快制定2030年前碳排放達峰行動(dòng)方案，推動(dòng)碳達峰碳中和技術(shù)產(chǎn)業(yè)，建立碳排放“雙控”制度、專(zhuān)門(mén)的法律法規標準、激勵和約束機制等政策措施，持續推動(dòng)二氧化碳排放達峰行動(dòng)，確保碳達峰、碳中和目標如期實(shí)現，成為碳達峰碳中和示范區。

（二）推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)示范區建設，借助“液態(tài)陽(yáng)光”先進(jìn)技術(shù)，利用我省豐富的可再生能源電解水制氫，實(shí)施“壓縮氫氣”或“液氫”項目產(chǎn)業(yè)化，推廣清潔能源的適用范圍：（1）氫燃料電池車(chē)輛改裝和加氫站建設，將我省的公共服務(wù)車(chē)輛等改裝為氫燃料電池車(chē)輛，使用氫能實(shí)現零排放，加大液氫使用量。（2）軍工企業(yè)衛星發(fā)射及火箭試驗、中國航天試驗中心、酒泉衛星發(fā)射中心等采購液氫產(chǎn)品。（3）機場(chǎng)氫燃料電池叉車(chē)、擺渡車(chē)等應用，為蘭州中川國際機場(chǎng)等省內外周邊機場(chǎng)提供氫燃料，以此構建氫能產(chǎn)業(yè)集群。

（三）在國家相關(guān)政策的支持下，推進(jìn)“液態(tài)陽(yáng)光”高端科技成果產(chǎn)業(yè)化落地，支持60—100萬(wàn)噸/年綠色甲醇項目落地，最高可實(shí)現140萬(wàn)噸二氧化碳的減排。一是將我省范圍內的熱源廠(chǎng)排放的二氧化碳捕集循環(huán)利用；二是出臺約束性制度或條例，將綠色化工園區等園區有組織排放的二氧化碳捕集循環(huán)利用等；三是推廣甲醇汽油車(chē)的普及應用，并立項開(kāi)展車(chē)輛排放二氧化碳捕集技術(shù)攻關(guān)等，這將有利于我省化工行業(yè)及先進(jìn)制造業(yè)等產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大的同時(shí)，排放的二氧化碳的總量沒(méi)有增加，反而有較大幅度的減少，尤其為精細化工產(chǎn)業(yè)科技成果的轉化轉移提供更多的發(fā)展空間。

為促進(jìn)“液態(tài)陽(yáng)光”項目的高端科技成果不僅要在省外產(chǎn)業(yè)化落地，更需要在我省產(chǎn)業(yè)化推廣示范，產(chǎn)生更多的經(jīng)濟效益、生態(tài)環(huán)境效益和社會(huì )效益。懇請盡快出臺相關(guān)的支持政策，并給予配套資金支持，在我省可再生能源富集地區開(kāi)展10萬(wàn)噸/年（30萬(wàn)噸）的綠色甲醇項目，10萬(wàn)噸/年綠色甲醇項目總投資約5億元，可實(shí)現2億元的經(jīng)濟收入，解決50人的就業(yè)，達到14萬(wàn)噸的二氧化碳的減排；30萬(wàn)噸/年綠色甲醇項目總投資約9億元，可實(shí)現6億元的經(jīng)濟收入，解決100人的就業(yè)，達到42萬(wàn)噸的二氧化碳的減排。