李灿院士：绿色氢能在“双碳」亟略中的作用 | 科技导报
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功夫：2024-09-20 15:02:56
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李灿 ，催化、物理化学家 ，中国科学院院士 ，发展中国度科学院院士 ，欧洲人文和天然科学院表籍院士。现任中国科学院大连化学物理太阳能钻研部部长、中国科学技术大学资料与化学学院院长。钻研方向为太阳能光催化、光电催化分化水造氢 ，CO2资源化转化 ，人为光合成。
当前氢能受到我国甚至世界列国的高度器沉 ，我国把氢能作为能源发展的战术方向 ，世界列国也出台了氢能发展的战术路线图。氢能产业的发展对推动全球能源结构越发清洁高效和可持续发展拥有沉要战术意思 ，将推进形成能源行业的新赛路和新质出产力 ，也是我国执行双碳战术工作的抓手。氢是一种化学元素 ，通常以化学分子H2存在 ，拥有化学资料和能源物质两个方面的属性。就化学键能而言 ，氢是单元质量含能密度最高的分子 ，所以 ，氢能的发展尤其受到器沉。氢因其产活蹊径分歧而分为灰氢、蓝氢和绿氢 ；仪庵敢曰试矗ㄖ匾敲汉吞烊黄┪隙霾 ，其过程伴随大量CO2天生 ，例如 ，煤造氢过程 ，每出产1吨氢开释近20吨的CO2 ；蓝氢指化石资源转化过程副产的氢 ，或由化石资源造氢、将天生的CO2捕获封存（CCS） ，但目前大规模封存CO2还存在诸多挑战 ；绿氢指用可再生能源分化水造氢 ，此过程不排放CO2。所以 ，在“双碳」亟略下 ，我国应大力提倡绿氢 ，而逐步裁减灰氢 ，一些特殊情况下可使用蓝氢。但目前我国绿氢尚处于发展初期 ，占比还很低 ，尚没有作为能源规 ；褂 ，化学、资料工业中大部门氢来自灰氢。氢能的几次钻研热潮重要因交通领域的发展而兴盛起来 ，由于发展氢燃料电池而带头了氢能的发展。但是在“双碳」亟略的要求下 ，氢源只有利用绿氢 ，燃料电池技术能力起到碳中和的作用。绿氢是电力转化为化学能源和资料（power-to-x）的必经之路 ，也是实现碳中和的关键。绿氢的造作可通过光解水、电解水等技术实现 ，目前电解水技术已经可实现规 ；烨猓ǖサ缃獠鄄1000方-氢/时的技术已经成熟 ，甚至单槽大于3000方-氢/时）的贸易化出产。其中 ，电解碱水造氢技术的发展尤为迅速 ，其成本相对较低 ，在电解水造氢的成本中只占不到30% ，而造氢的重要成本取决于可再生电力的价值。初步估计 ，当电力成本低于0.2元/（kW·h）时 ，其造氢成本可与天然气造氢相当 ；当电力成本低于0.15元/（kW·h）时 ，其造氢成本可与煤造氢相当 ，甚至更低。氢能的发展要突破造、储、运、用几个环节的限度 ，除了造备表 ，储、运和用也极度沉要 ，由于氢气体积密度很低 ，不易大规模存储和运输 ，传统高压气瓶的步骤储放氢比力方便 ，但储氢量很低 ，必要发展轻质、耐高压、安全的储氢容器 ；衔锎⑶庠诠钠 ，即将氢与化合物反映后贮存在化合物中 ，例如 ，甲苯加氢合成甲基环己烷 ，储氢量可达6wt%以上 ，金属氢化镁储氢理论上可获得较高的储氢量（>7wt%） ，合成氨可贮存17wt%以上氢 ，出格如合成甲醇可储氢18wt%以上（蕴含水汽沉整过程中从水中获得的氢）。其中 ，甲醇和氨易于运输和贮存 ，是值得关注的储氢技术。
氢能发展的远景在于大规模利用。在我国提出“双碳」亟略前 ，氢能利用的焦点集中在交通领域（重要是氢燃料电池） ，而为相识决碳排放问题 ，绿氢的利用面大大拓展 ，能够从各类刚性排放CO2工业过程的源头上和终端利用绿氢解决问题。例如 ，冶金过程由于使用焦炭作为还原剂 ，排放大量CO2 ，而选取绿氢作为还原剂 ，则可从源头上解决冶金领域CO2排放问题 ，水泥、电力等行业的终端排放能够通过绿氢还原CO2造取化学品而得到解决。利用绿氢还原CO2造取的甲醇称为“液态阳光甲醇”（也可称为电-甲醇、绿甲醇） ，由于其氢能来自太阳能（景致电造氢） ，而甲醇在室温、常压下为液体 ，易于存储和运输 ，所以这种甲醇等效于将阳光存储为液态燃料 ，称为“液态阳光”（图1）。“液态阳光”也但是由CO2还原造得的其他燃料 ，如乙醇、汽油、航空火油等。
“液态阳光甲醇”之所以在氢能发展中受到越来越多的器沉 ，重要原因在于以下3个方面：（1）它是一种储氢技术 ，如前述在多多化合物储氢技术中 ，甲醇易于贮存和运输 ，其通过与水汽沉整易于把氢开释出来 ，且储氢量比大无数储氢化合物的量都大 ；（2）它是一种高效储能技术 ，能够将景致电经氢能贮存在甲醇中 ，可用于电网调峰 ，又可离网大规模消纳可再生能源 ，每吨甲醇储能约为6000kW·h ，10万吨“液态阳光甲醇”可消纳600~700MW光伏风电 ；（3）直接资源化转化CO2 ，每吨甲醇可转化1.375吨CO2 ，出产10万吨“液态阳光甲醇”则可转化近14万吨CO2。同样 ，“液态阳光甲醇”的成本与绿氢成本有关联 ，当可再生电力电价低于0.15元/（kW·h）时 ，“液态阳光甲醇”的成本与煤造甲醇相当 ，甚至更低（尚没有思考碳税）。1）大力发展绿氢 ，而逐步削减灰氢 ，在政策上激励用绿氢包办灰氢 ，加强绿氢造作和储运技术的钻研。
2）理性布局氢能。氢能的发展首先要布驹熹下游利用场景 ，没有规 ；汕饽艿墓ひ道贸隹 ，不成“一窝蜂”上马造氢项目。
3）氢能的发展要符合“双碳」亟略的执行 ，大部门刚性排放CO2工业（如冶金、石化、资料、交通）的碳中和指标可通过绿氢得以实现。
4）通过绿氢将CO2转化为“液态阳光甲醇”是氢能发展的沉要枢纽 ，由“液态阳光甲醇”能够拓展氢能的利用领域 ，形成绿色、低碳新质出产力。例如 ，通过“液态阳光甲醇”可实现根基化工原料、精密化学品及高端化学品的绿色、低碳化合成。
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