刘科:甲醇是储氢最好的载体-八卦帝

刘科:甲醇是储氢最好的载体

氢能和燃料电池内地男星 2022-06-18 09:09:15 534

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当前甲醇可以以煤、天然气为原料，未来可以先用太阳能制氢再与二氧化碳反应制取，或太阳能光催化二氧化碳和水制取，就形成了绿色甲醇。如今我国甲醇产能已达世界最高，至少为8000万吨/ 年。

本文作者系盘古智库学术委员会副主任委员、澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学创新创业学院院长刘科，文章来源于《中国石油和化工产业观察》。

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储氢，要么压缩，要么冷凝。可即使冷凝，1升液氢也就72克。而1升甲醇和水反应所得氢量是同量液氢冷凝的2倍。显然，由风能、太阳能和煤结合制出比较便宜的甲醇，通过车载甲醇制氢并与燃料电池系统集成，比直接燃烧的发动机效率高。这条碳中和路线未来是有可能实现的，前提是各种政策的调整和施行碳税。如果碳税提高了，这条线路就有经济性。

20年前，世界第一辆汽油在线转化制氢的燃料电池汽车，是我带领日本日产汽车公司（以下简称尼桑）和荷兰皇家壳牌的工程师研发制造的。

这有一个小故事。那时，日本丰田汽车公司、本田汽车公司，美国通用汽车公司都已经造出了高压氢燃料电池，尼桑发现自己落后了，找到壳牌，又找到我们（编者注：作者时任美国联合技术 - 壳牌合资公司系统工程总监）。他们希望汽车中加注的汽油可以和水、空气反应制氢，并推动燃料电池的研发，这样燃料电池的效率高，同时可以不用加氢站。几年后我们造出了第一辆汽油转化制氢的燃料电池汽车。

之所以当时没有直接做甲醇汽车，是因为那时页岩气革命还没有发生，天然气很贵，导致制备甲醇成本太高，技术存在不可预测性。当天然气价格高企时，甲醇并没有经济性。

而有了汽油制氢这一技术做铺垫，甲醇制氢比汽油转化制氢容易很多。一方面甲醇干净得多，不含硫；另一方面汽油转化需要850摄氏度以上，甲醇和水反应只要200摄氏度左右就可以了。

为什么提甲醇这条路线？

当前甲醇可以以煤、天然气为原料，未来可以先用太阳能制氢再与二氧化碳反应制取，或太阳能光催化二氧化碳和水制取，就形成绿色甲醇了。中科院大连化物所的李灿院士以及南方科技大学都在做绿色甲醇的研发，中科院已经在兰州建设了1000吨的论证示范工厂。现在，中国甲醇产能为世界最高，至少有8000万吨/ 年。另外，页岩气革命让世界发现了百余年用不完的天然气，这也意味着将有百余年用不完的甲醇。未来如果真正实施碳税了，我们也可以用风能和太阳能制氢，这样生产的甲醇就完全是绿色的了。

我个人认为，从天然能源禀赋和工业基础来看，中国有很成熟的煤制甲醇技术，只是会产生很多二氧化碳。所以要补氢才能达到甲醇合成所需要的碳氢比。如果那部分氢可以在西部用太阳能和风能制，同时副产氧气供煤气化用，就能够解决很多排放问题。

煤制甲醇工厂，空气深冷分离制氧气的空分装置等领域已有相当大的投资。未来这一领域投资省下来可以做太阳能电解水装置生产氧气和氢气供煤制甲醇用，这样煤转化成甲醇就不会排放二氧化碳。再用甲醇作为能源载体，就可以做到减碳60%以上，即利用现有的基础设施把太阳能以甲醇液体的形式储存下来。这是未来风能、太阳能储能的另外一条途径。

甲醇路线是否有经济性？

今天氢气制造很便宜，可一旦压缩到几百标准大气压的时候成本就会提高。张家口冬奥会做氢能示范，国家补贴了大量资金，目标是在未来几年氢气价格可以达到30元/千克。但是，如果在车上用甲醇，按现在的市场价格，每千克氢气的成本仅15元。

所以，一方面，甲醇制氢的成本显著降低；另一方面，甲醇常温常压下是液体，甲醇站可以用已有的液体加油站改造。例如装备6个储罐的加油站，可先替换为1个甲醇罐、5个汽柴油罐；10年后，替换为2个甲醇罐、 4个汽油罐。这样，整个能源转型就无需花花费数万亿去新建加氢站和充电桩了。

简单估算布局成本。假设加油站具备450辆车/天的加注能力、充电站24辆车/天的充电能力、小型氢气加注站30辆车/天的加注能力，若各建设1万座，改装甲醇站约需要20亿美元，新建充电站约需要830亿美元，新建加氢站约需要1.4万亿美元（还未考虑地价因素）。

电动车和燃料电池最大的问题在于基础设施的土地成本和冬天续航。现在城市土地低价很高，很多企业为了通过国家补贴在郊区新建充电站。但是，如果买一辆电动车要开车来回一个小时才能到充电站或加氢站，你会买吗？

现在我国已建成的公共充电桩利用率平均只有4%左右，充电桩铺设最多的北京、上海使用率仅为1.8%、1.5%。电动车存在里程焦虑，冬天无法满足供暖且遇冷将面临故障风险。要知道，全世界80%的大城市位于北纬25度以上的温带地区，纽约、伦敦、巴黎、莫斯科、东京、北京、多伦多，这些城市都有漫长的冬天。如果一辆汽车只能夏天开冬天开不了，你会买吗？

我曾在北京专门找电动出租车坐。上车后发现司机冬天穿着军大衣、棉靴子，不敢开暖气。我说把暖气打开，司机说他不敢。因为不开暖气只能跑100多公里，如果开了暖气马上就没电了。

如果车上储备50升甲醇就很好解决上述问题。没电的时候可以用车上的甲醇和水制氢，用氢发电。这样根本不需要再建那么多充电站和加氢站。而且甲醇和水反应只需要200摄氏度左右，余热就可以把电池维持在最佳温度，有效解决了电动车冬天的续航里程焦虑。车上永远储备50升甲醇，相当于我们晚上睡觉把手机充满电，同时还带着一个充电宝。

来源：盘古智库

文章来源于《中国石油和化工产业观察》
责任编辑：王毅博
图文编辑：丁一洺

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