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2025-10-23 10:51
利用可再生能源制氫、將二氧化碳加氫轉化為綠色甲醇，是實現碳中和目標的重要技術路徑。該甲醇由太陽能轉化而來，又被形象地稱為“液態陽光”。
全球第一個液態陽光技術大規模工業化示范項目——二氧化碳加綠氫制甲醇技術示范項目已于2024年11月在內蒙古鄂爾多斯開工建設，預計2026年9月建成投產。
該項目由中煤集團聯合中國科學院大連化學物理研究所啟動，總投資約40億元，投產后預計每年可生產10萬噸液態陽光甲醇。
綠色甲醇作為清潔能源潛力巨大
二氧化碳加綠氫制甲醇技術是水泥、鋼鐵、化工等行業實現碳減排的有力手段，也是二氧化碳資源化利用的典型過程，同時是一種長周期、大規模的儲能技術。
首先，隨著可再生能源發電裝機量的增加，電網的穩定性受到前所未有的挑戰，將可再生能源制氫進而合成為甲醇的思路得到了政府和企業的大力支持，被認為是就地消納的良好途徑。
其次，液體燃料甲醇的使用在節約煤炭、石油等不可再生能源的同時，也緩解了能源危機，促進了能源領域的可持續發展。
再次，對于水泥、鋼鐵等行業的二氧化碳減排，按照目前技術只有依靠碳捕獲和封存來實現，而二氧化碳加綠氫制甲醇技術提供了新的資源化利用路徑，因此在今后較長一段時間內，可催生水泥-化工聯產、鋼鐵-化工聯產等新發展模式。未來，隨著生物質碳資源的開發、直接空氣捕獲二氧化碳技術的進步，以及海運領域等自回收二氧化碳技術的進步，液態陽光甲醇將更具生命力。
數據顯示，2024年，我國甲醇表觀消費量超過1億噸/年，但絕大多數來源于煤制甲醇。據預測，若當前甲醇合成全部由液態陽光甲醇替代，則每年可實現3億噸至4億噸的二氧化碳減排。
在燃料領域，綠色甲醇正逐漸被視為一種具有巨大潛力的低碳清潔能源。在道路交通領域，綠色甲醇可與汽油混合或直接用于傳統內燃機汽車，也可用于混合動力與燃料電池汽車。在海運行業，由于綠色甲醇不含硫分且氮氧化物排放低，它有潛力替代現有的高碳排放船用燃料。在航空業，綠色甲醇通過轉化，能夠作為可持續的航空燃料，為航空領域提供環保的能源解決方案。
政策方面，2023年12月31日，工業和信息化部等三部門關于印發《加快工業領域清潔低碳氫應用實施方案》的通知，提出“大力發展氫碳耦合制綠色甲醇”；2024年7月15日，國家發展改革委、國家能源局印發的《煤電低碳化改造建設行動方案（2024-2027年）》，提出“二氧化碳加氫制甲醇等化工利用技術”；2024年8月21日，國家能源局印發《關于組織開展綠色液體燃料技術攻關和產業化試點的通知》，提出“以捕集的二氧化碳、可再生能源制氫為原料，通過催化合成生產綠色甲醇”；2024年10月30日，國家發展改革委等六部門印發《關于大力實施可再生能源替代行動的指導意見》，提出“探索建設風光氫氨醇一體化基地”。
液態陽光全流程突破三大關鍵技術
二氧化碳加綠氫制甲醇技術示范項目主要包括，可再生能源風光發電、電解水制儲氫和二氧化碳加綠氫制綠色甲醇（含二氧化碳捕集精制）三個部分，針對液態陽光全流程系統的三個關鍵技術，開展研究和示范。
一是高效堿性電解水制氫裝置的大型化研究與示范。當前，堿性電解水制氫單槽規模約1000 Nm3H2/h，單位制氫能耗約4.7至6.0 kWh/Nm3H2，該項目擬示范全球最領先堿性電解水制氫技術，要求單槽規模不低于1200 Nm3H2/h（其中2臺規模達到1500 Nm3H2/h），通過開展低能耗、高穩定性新一代電解水催化劑的研發及電解水系統的優化集成設計，突破制約高效堿性電解水制氫的材料和技術瓶頸，研發了鎳基底上原子級分散的過渡金屬電解水制氫催化劑，實現單槽千立方/小時以上規模化制氫生產，能量轉化效率超過82%，單位制氫能耗降低至4.3 kWh/Nm3H2以內。此外，在光伏制氫或風電制氫中，由于風光發電的間歇性、波動性等特點，常規可再生能源配套電解槽有效制氫小時數約2000小時，經濟制氫波動范圍約50%至110%，該項目創新性地組合風光發電、電化學儲能及制儲氫設施，并采用“削峰填谷”策略，使電解槽有效制氫小時數達到5055小時，并通過多臺套制氫裝置切換運行方式保持制氫裝置經濟運行范圍，極大地提高了電解槽的利用率和穩定性。
二是大規模二氧化碳加綠氫制甲醇關鍵技術研究與示范。二氧化碳加綠氫制甲醇技術，目前在全球范圍內均處于千噸級中試階段，該項目擬示范全球首套10萬噸/年二氧化碳加綠氫制甲醇工業化項目，針對二氧化碳加綠氫制甲醇技術，發明新型鋅鋯氧化物固溶體催化劑，提高了優異的甲醇選擇性和穩定性；開發二氧化碳加綠氫制綠色甲醇成套工藝技術和核心反應器，實現二氧化碳轉化率大于98.5%，甲醇選擇性大于99.5%，催化劑穩定性超過5000小時。
三是電-氫-醇一體化智能化管控技術研究與示范。從風光資源分析入手，通過具有自主知識產權的多因素綜合尋優策略方法實現風光資源、制氫和儲氫的合理配置，充分發揮風光互補特性和儲氫裝置儲能能力，在實現低成本供氫的同時提升供氫穩定度至60%-110%，克服風光不穩定性對化工生產的影響。該項目制氫裝置的配置容量為平均需求供氫量的1.6倍，利用風光制氫一體化調控平臺充分發揮可再生能源發電能力、儲氫裝置強大的儲氫能力、電化學儲能設施靈活性運行能力和現有化工裝置強大的氫氣消納能力，在制氫裝置富余時段，制氫裝置可為電網提供調峰輔助服務，為地區可再生能源的上網消納提供強大的調峰支持。
（作者單位：中國科學院大連化學物理研究所）
