重要一步！“液態(tài)陽(yáng)光”來了！來感受科技的浪漫

　　碳達(dá)峰、碳中和是今年兩會(huì)期間的熱詞。“碳達(dá)峰”是指在某一個(gè)時(shí)點(diǎn)，二氧化碳的排放不再增長(zhǎng)達(dá)到峰值，之后逐步回落。而“碳中和”指的是，在一定時(shí)間內(nèi)，通過植樹造林、節(jié)能減排等途徑，抵消自身所產(chǎn)生的二氧化碳排放量，實(shí)現(xiàn)二氧化碳“零排放”。這一目標(biāo)依靠現(xiàn)有路徑難以完全實(shí)現(xiàn)，必須尋求新的突破。

　　距離內(nèi)蒙古鄂爾多斯市西北部100多公里的杭錦旗，種了890多萬株樟子松、楊樹等旱地里易于生長(zhǎng)的喬木，占地近50萬畝。這些樹是附近一家企業(yè)種植的。

　　他們?yōu)槭裁匆ㄟ@么大心思來種樹呢？原來，企業(yè)年產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品120萬噸，碳排放將近上千萬噸。樹林是實(shí)施減排的一條有效途徑，但是第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)給這片樹林做的項(xiàng)目審定，年均減排只有8.93萬噸，盡管8年種樹期間已經(jīng)投入4億元，但還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法消化二氧化碳的排放量。

　　企業(yè)副總裁李俊誠(chéng)最大的壓力來自于他自己算的一筆經(jīng)濟(jì)賬。按目前建議征收二氧化碳排放稅每噸50-100元計(jì)算，幾百萬乃至上千萬的碳稅將是企業(yè)發(fā)展最棘手的難題。

　　考慮再三，2015年，他們決定在精細(xì)化學(xué)品項(xiàng)目園區(qū)3公里外的地方，建設(shè)太陽(yáng)能光伏項(xiàng)目，用清潔能源為煤化工供電，但一年減排量也僅有10萬噸，加上碳匯林消耗8.93萬噸二氧化碳，企業(yè)多年來做出的努力還不及碳排放的零頭。

　　直到2016年，當(dāng)李俊誠(chéng)遇到康鵬和他的電化學(xué)方法制氫技術(shù)時(shí)，困擾企業(yè)多年的減排難題終于有了新的解決方案。康鵬的研究理論是：二氧化碳和水共同進(jìn)入反應(yīng)器，在電極板表面與催化劑結(jié)合。在電能的作用下，催化劑將二氧化碳和水分解為一氧化碳和氫氣，也就是合成氣。

　　合成氣具有廣泛的用途，是重要的化工原料，經(jīng)過后續(xù)反應(yīng)可生成油品，也可以制作其他產(chǎn)品如甲醇、塑料等。二氧化碳變廢為寶能生產(chǎn)出終端化工產(chǎn)品，這讓李俊誠(chéng)興奮不已。很快，就在精細(xì)化工廠區(qū)內(nèi)，康鵬的二氧化碳電化學(xué)利用裝置的示范項(xiàng)目啟動(dòng)了。

　　經(jīng)過整整三年時(shí)間的研發(fā)，2020年8月，二氧化碳電化學(xué)利用正式開車運(yùn)行，累計(jì)運(yùn)行1800小時(shí)，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，各運(yùn)行條件得到了有序的測(cè)試。2020年11月，二氧化碳電解制合成氣中試項(xiàng)目順利通過現(xiàn)場(chǎng)考核。

　　專家測(cè)算，利用杭錦旗伊泰化工120萬噸煤制油項(xiàng)目的二氧化碳產(chǎn)品氣作為原料氣，每年可處理30噸二氧化碳，可生產(chǎn)45kNm3（千標(biāo)方）合成氣，這也標(biāo)志著二氧化碳電解技術(shù)邁向工程化階段。企業(yè)測(cè)算，現(xiàn)在大概是7度電能轉(zhuǎn)化一方二氧化碳，雖然現(xiàn)在的電價(jià)成本高，但對(duì)二氧化碳的排放，這是最能解決核心問題的辦法和路徑。

　　數(shù)據(jù)顯示，2019年，我國(guó)二氧化碳排放總量占全球29%，二氧化碳減排任務(wù)十分艱巨。而全球化石能源資源枯竭趨勢(shì)正在顯現(xiàn)，早在本世紀(jì)初，中國(guó)的科學(xué)家們就開始了新的探索。

　　早在2001年，全國(guó)政協(xié)委員李燦就開始了人工光合成太陽(yáng)燃料的研究工作。太陽(yáng)一個(gè)小時(shí)給予地球的能量，幾乎抵得上地球一年的能源消耗。模擬自然光合作用，實(shí)現(xiàn)人工合成綠色能源，李燦的研究正是基于這個(gè)大膽的設(shè)想：模仿植物，構(gòu)建人工裝置，可控地進(jìn)行人工光和作用，吸收太陽(yáng)光，將水分解為氫氣和氧氣，或直接將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)燃料，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的循環(huán)利用。

　　但研究并不是一帆風(fēng)順。直到2016年，李燦院士團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種雙金屬固溶體氧化物催化劑，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳高選擇性、高穩(wěn)定性加氫合成甲醇，相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際著名刊物上，并為隨后的工廠化提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

　　而李燦院士的人工光合成太陽(yáng)燃料的路徑也越發(fā)清晰：第一步就是要把光變成能量，目前可以采用光伏發(fā)電的形式；第二步就是電解水制氫；第三步就是二氧化碳加氫制作甲醇。

　　實(shí)驗(yàn)中李燦團(tuán)隊(duì)還經(jīng)過這樣的測(cè)算：電解水制氫每噸氫相當(dāng)于儲(chǔ)存3.3萬度電，將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，是最有效的化學(xué)儲(chǔ)能反應(yīng)；與煤炭和石油相比，二氧化碳與制氫甲醇燃料具有燃燒清潔、溫室氣體排放少的特點(diǎn)。如以甲醇代替煤炭作為燃料，排放的PM2.5將減少80%以上，氮氧化物減少90%以上。

　　李燦院士“液態(tài)陽(yáng)光”項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室研發(fā)成功的消息不脛而走。位于西部的蘭州新區(qū)馬上要建設(shè)一個(gè)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，為園區(qū)里的精細(xì)化工提供用電和用氣，而這個(gè)項(xiàng)目所排放的二氧化碳正需要“液態(tài)陽(yáng)光”來制成甲醇。因?yàn)橛辛诉@樣前瞻性的規(guī)劃和考量，所以在2019年，蘭州新區(qū)配套了一系列優(yōu)惠政策和土地資源，第一時(shí)間搶到“液態(tài)陽(yáng)光”。

　　整個(gè)項(xiàng)目總投資1.4億，總占地約289畝，其中配套建設(shè)總功率為10MW的光伏發(fā)電占地259畝，為電解水制氫設(shè)備提供電力。2019年12月，70多臺(tái)設(shè)備陸續(xù)制作完成準(zhǔn)備進(jìn)廠。

　　2020年1月，“液態(tài)陽(yáng)光”示范項(xiàng)目投料試車，進(jìn)料3個(gè)小時(shí)后生產(chǎn)出液體甲醇產(chǎn)品。經(jīng)過權(quán)威機(jī)構(gòu)測(cè)評(píng)，甲醇有機(jī)物含量達(dá)到99.5%，這也標(biāo)志著我國(guó)利用可再生能源制備液體燃料邁出了工業(yè)化的第一步。

　　這是全球范圍內(nèi)第一次直接太陽(yáng)燃料規(guī)模化合成的嘗試。該項(xiàng)目若滿負(fù)荷運(yùn)行，每年可生產(chǎn)甲醇1500噸，消耗二氧化碳2000噸，消納太陽(yáng)能發(fā)電1500萬度。

　　專家估算，目前我國(guó)年甲醇產(chǎn)能約8000萬噸，如果采用太陽(yáng)燃料甲醇合成路線，則每年可減排二氧化碳上億噸。

　　按照測(cè)算，每噸甲醇所需氫氣的成本為2000元，每噸甲醇所需成本約為2500元。所以，電價(jià)的成本決定著“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　二氧化碳電化學(xué)技術(shù)和“液態(tài)陽(yáng)光”技術(shù)，肩負(fù)起二氧化碳減排的重任，兩項(xiàng)技術(shù)雖然目前尚處于大規(guī)模應(yīng)用的初級(jí)階段，但隨著電解水制氫技術(shù)的大規(guī)模化應(yīng)用，綠色氫能的成本逐步下降。并借助二氧化碳減排的收益，綠色氫能和“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇將具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，將成為完成碳中和目標(biāo)的主要路徑之一。

　　作為全國(guó)政協(xié)委員，李燦在今年的提案中大力推廣以“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇為燃料的汽車。如果我國(guó)大部分汽車采用甲醇燃料，就可替代數(shù)億噸汽油，緩減我國(guó)石油進(jìn)口的能源安全問題，相應(yīng)的減排十億噸級(jí)二氧化碳。

　　全國(guó)政協(xié)委員 中國(guó)科學(xué)院院士 李燦

　　半小時(shí)觀察：“碳中和”行動(dòng)展現(xiàn)大國(guó)責(zé)任與擔(dān)當(dāng)

　　從碳達(dá)峰到碳中和，歐美的過渡期約為50到70年，而中國(guó)碳中和目標(biāo)隱含的過渡時(shí)長(zhǎng)僅為30年，但這一選擇將把全球?qū)崿F(xiàn)碳中和的時(shí)間提前5到10年。

　　作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和比發(fā)達(dá)國(guó)家的難度更大，然而這既是中國(guó)積極應(yīng)對(duì)氣候變化、推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，也是貫徹新發(fā)展理念、推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的必然要求。

　　因此，碳達(dá)峰、碳中和所引領(lǐng)的能源革命不止是一場(chǎng)技術(shù)革命、消費(fèi)革命、生產(chǎn)革命，也是體制、機(jī)制的革命，需要更多的政策支持、更多元的綠色發(fā)展路徑。我們期待著未來，看到更多的綠色成績(jī)。