氢和CO2制甲醇技术亮相央视

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发布时间：2021-05-17
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碳达峰、碳中和是今年两会期间的热词。“碳达峰”是指在某一个时点，二氧化碳的排放不再增长达到峰值，之后逐步回落。而“碳中和”指的是，在一定时间内，通过植树造林、节能减排等途径，抵消自身所产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。这一目标依靠现有路径难以完全实现，必须寻求新的突破。

距离内蒙古鄂尔多斯市西北部100多公里的杭锦旗，种了890多万株樟子松、杨树等旱地里易于生长的乔木，占地近50万亩。这些树是附近一家企业种植的。

他们为什么要花这么大心思来种树呢？原来，企业年产精细化学品120万吨，碳排放将近上千万吨。树林是实施减排的一条有效途径，但是第三方权威机构给这片树林做的项目审定，年均减排只有8.93万吨，尽管8年种树期间已经投入4亿元，但还是远远无法消化二氧化碳的排放量。

企业副总裁李俊诚最大的压力来自于他自己算的一笔经济账。按目前建议征收二氧化碳排放税每吨50-100元计算，几百万乃至上千万的碳税将是企业发展最棘手的难题。

考虑再三，2015年，他们决定在精细化学品项目园区3公里外的地方，建设太阳能光伏项目，用清洁能源为煤化工供电，但一年减排量也仅有10万吨，加上碳汇林消耗8.93万吨二氧化碳，企业多年来做出的努力还不及碳排放的零头。

直到2016年，当李俊诚遇到康鹏和他的电化学方法制氢技术时，困扰企业多年的减排难题终于有了新的解决方案。康鹏的研究理论是：二氧化碳和水共同进入反应器，在电极板表面与催化剂结合。在电能的作用下，催化剂将二氧化碳和水分解为一氧化碳和氢气，也就是合成气。

合成气具有广泛的用途，是重要的化工原料，经过后续反应可生成油品，也可以制作其他产品如甲醇、塑料等。二氧化碳变废为宝能生产出终端化工产品，这让李俊诚兴奋不已。很快，就在精细化工厂区内，康鹏的二氧化碳电化学利用装置的示范项目启动了。

经过整整三年时间的研发，2020年8月，二氧化碳电化学利用正式开车运行，累计运行1800小时，装置运行平稳，各运行条件得到了有序的测试。2020年11月，二氧化碳电解制合成气中试项目顺利通过现场考核。

专家测算，利用杭锦旗伊泰化工120万吨煤制油项目的二氧化碳产品气作为原料气，每年可处理30吨二氧化碳，可生产45kNm3（千标方）合成气，这也标志着二氧化碳电解技术迈向工程化阶段。企业测算，现在大概是7度电能转化一方二氧化碳，虽然现在的电价成本高，但对二氧化碳的排放，这是最能解决核心问题的办法和路径。

数据显示，2019年，我国二氧化碳排放总量占全球29%，二氧化碳减排任务十分艰巨。而全球化石能源资源枯竭趋势正在显现，早在本世纪初，中国的科学家们就开始了新的探索。

早在2001年，全国政协委员李灿就开始了人工光合成太阳燃料的研究工作。太阳一个小时给予地球的能量，几乎抵得上地球一年的能源消耗。模拟自然光合作用，实现人工合成绿色能源，李灿的研究正是基于这个大胆的设想：模仿植物，构建人工装置，可控地进行人工光和作用，吸收太阳光，将水分解为氢气和氧气，或直接将水和二氧化碳转化为有机燃料，实现二氧化碳的循环利用。

但研究并不是一帆风顺。直到2016年，李灿院士团队发现了一种双金属固溶体氧化物催化剂，实现了二氧化碳高选择性、高稳定性加氢合成甲醇，相关研究成果发表在国际著名刊物上，并为随后的工厂化提供了坚实的理论基础。

而李灿院士的人工光合成太阳燃料的路径也越发清晰：第一步就是要把光变成能量，目前可以采用光伏发电的形式；第二步就是电解水制氢；第三步就是二氧化碳加氢制作甲醇。

实验中李灿团队还经过这样的测算：电解水制氢每吨氢相当于储存3.3万度电，将电能转化成化学能，是最有效的化学储能反应；与煤炭和石油相比，二氧化碳与制氢甲醇燃料具有燃烧清洁、温室气体排放少的特点。如以甲醇代替煤炭作为燃料，排放的PM2.5将减少80%以上，氮氧化物减少90%以上。

李灿院士“液态阳光”项目实验室研发成功的消息不胫而走。位于西部的兰州新区马上要建设一个热电联产项目，为园区里的精细化工提供用电和用气，而这个项目所排放的二氧化碳正需要“液态阳光”来制成甲醇。因为有了这样前瞻性的规划和考量，所以在2019年，兰州新区配套了一系列优惠政策和土地资源，第一时间抢到“液态阳光”。