2020年10月15日，由中國科學院大連化學物理研究所、蘭州新區(qū)石化產(chǎn)業(yè)投資集團有限公司和華陸工程科技有限責任公司聯(lián)合開發(fā)的千噸級液態(tài)太陽燃料合成示范項目（“液態(tài)陽光”）成功技術(shù)鑒定。該項目發(fā)明了兩項先進催化技術(shù)，電解水制氫和二氧化碳催化合成綠色甲醇，集成創(chuàng)新了液態(tài)太陽燃料合成全流程工藝裝置，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，整體技術(shù)處于國際領(lǐng)先。該項目將二氧化碳作為碳資源進行轉(zhuǎn)化，首次將太陽能規(guī)模轉(zhuǎn)化為液體燃料，提供了高壓輸電之外的太陽能利用新途徑，為我國實現(xiàn)碳中和目標提供了切實可行的全新技術(shù)。

一、項目背景

（一）項目是降低溫室效應(yīng)的技術(shù)支撐

研究表面：二氧化碳排放大量排放是造成溫室效應(yīng)和氣候變化異常的主要因素。2020年，全球排放二氧化碳400億噸，中國約占30%，位居世界第一。2020年9月22日，習近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上、黨的十九屆五中全會、十四五規(guī)劃、2021年全國兩會等多個會議上，強調(diào)中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。如何實現(xiàn)二氧化碳的減排既是一個社會環(huán)境問題，更是更多的科學技術(shù)問題，本項目就是具體的碳中和技術(shù)支撐。

（二）項目的實施是國家能源安全的技術(shù)保障

2018年以來，我國對外原油對外依存度超過70%，國際形勢的復雜變化對我國能源安全存在較大的風險。同時， 2019年底，全國發(fā)電裝機容量20億千瓦，其中可再生能源總裝機容量的40.8%，成為全球可再生能源利用規(guī)模最大的國家。如何利用可再生能源以替代化石資源，已成為關(guān)系我國能源安全與綠色發(fā)展的重要課題，而清潔能源又被認為是后疫情時期世界經(jīng)濟新的增長點。當前，一方面氫能產(chǎn)業(yè)在全世界范圍引起了高度重視，在2020年4月國家能源局公布的能源法征求意見稿中，氫能被正式列為能源范疇，作為低碳和零碳能源被視為極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础Ａ硪环矫妫状冀?jīng)濟正悄然興起，甲醇作為一種可代替汽油的液體燃料和基礎(chǔ)化工原料，越來越受到重視。2019年，工信部等八個部委聯(lián)合發(fā)布了甲醇汽車應(yīng)用的指導意見，進一步推進甲醇經(jīng)濟的發(fā)展。

（三）項目是西部地區(qū)可再生能源的高附加值轉(zhuǎn)化

近十幾年來，我國充分利用風能和光能優(yōu)勢，在風電、光伏發(fā)電和光熱發(fā)電等可再生能源開發(fā)利用方面，進行了大量的技術(shù)和資金投入。在西部地區(qū)的內(nèi)蒙古、新疆、甘肅及青海等地區(qū)，投資幾百億元建設(shè)了大量的風電場、光伏發(fā)電場和光熱發(fā)電場，趟出一條“追風逐日”新路，給企業(yè)和地方帶來了巨大的經(jīng)濟效益。截止2020年11月底，甘肅省電力總裝機容量超過5500萬千瓦，其中可再生能源總裝機容量的超過60%。由于甘肅及西部地區(qū)經(jīng)濟欠發(fā)達，就地消納能力有限，主要靠專用特高壓電網(wǎng)進行外送，受到外部發(fā)展的制約因素較多，造成“棄風棄光棄水”現(xiàn)象較為嚴重。如何解決可再生能源的利用率，提高可再生能源的附加值和應(yīng)用領(lǐng)域是當前西部地區(qū)亟待解決的技術(shù)問題、經(jīng)濟問題和社會問題。

二、項目技術(shù)介紹

（一）可再生能源包括：風電、水電、光伏和光熱、核能及生物質(zhì)發(fā)電等。

（二）項目先進技術(shù)核心

本項目利用10MW的光伏發(fā)電，采用中國也是世界上最大的電解槽1000Nm3/h，選用李燦院士團隊研制的先進催化劑，使得每標方氫氣能耗由5度點降低到4.3度，降低能耗14%以上。

然后將電解水制得氫氣與捕集的二氧化碳按1:3（摩爾比）進行混合，經(jīng)2級壓縮后，在固定床合成塔中再利用高性能的ZnO/ZrO催化劑合成液態(tài)的60%粗甲醇。二氧化碳加氫合成甲醇單元采用較為廉價的耐候性先進催化劑（耐硫化物和氮氧化物等），單程轉(zhuǎn)化率達到14%，甲醇的選擇性達到98.5%，顯著提高了二氧化碳加氫合成甲醇的收率。

本項目總投資1.41億元，于2018年7月啟動立項，2019年3月開工建設(shè)，2019年12月初步建成1000噸/年甲醇規(guī)?；痉堆b置，2020年1月17日第一次試車，生產(chǎn)出60%的粗甲醇，項目初步成果于2020年4 月列入中科院2020年一季度“科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化亮點工作”名單。經(jīng)過6至7個月的完善工作，確定了最近的工藝路線和技術(shù)參數(shù)，穩(wěn)定運行1個多月（超過1000小時）， 2020年10月8日裝置順利通過72小時現(xiàn)場考核，2020年10月15日通過了中國石化聯(lián)合會組織的鑒定驗收，鑒定專家包括何鳴元院士、韓布興院士、丁奎嶺院士等12名行業(yè)技術(shù)專家，項目取得了（電解水制氫催化劑、二氧化碳加氫合成甲醇催化劑和利用不穩(wěn)定的光伏發(fā)電-堿性電解水制氫-二氧化碳催化加氫制甲醇耦合）3項完全知識產(chǎn)權(quán)的國際領(lǐng)先的先進技術(shù)，建成了全球首套規(guī)?；ㄇ嵓墸┖铣删G色甲醇示范裝置，為大規(guī)模儲存可再生能源、規(guī)?；枚趸继峁┝饲袑嵖尚械男录夹g(shù)，對催生清潔能源新興產(chǎn)業(yè)，推動綠色、生態(tài)發(fā)展，實現(xiàn)碳中和，具有重要意義。

三、項目前景

（一）綠氫的應(yīng)用前景

利用可再生能源發(fā)電、電解水制氫俗稱“綠氫”，綠氫可用于氫燃料電池作為車用動力，可用于氫氣冶金，可在天然氣中加入15—17%，作為民用燃料等作為清潔能源。

光伏發(fā)電成本較大，盡管該示范項目采用了先進的催化劑，能耗由常規(guī)的5.0kwh/Nm3降低到4.3kwh/Nm3，以上網(wǎng)電價0.3元/ kwh計，單位制氫成本約為1.30元，高于天然氣制氫的0.6元（藍氫）和煤制氫的0.8元（灰氫）。隨著光伏發(fā)電技術(shù)的進步，現(xiàn)階段光伏發(fā)電成本估計為0.15元/ kwh，到2030年中國光伏發(fā)電成本可降低至0.1元/ kwh，這樣綠氫的成本將低于藍氫，其應(yīng)用前景將更加廣闊。

電解水制氫的銷售價格為4.2元/標方，一標方氫氣等于89.3g，綠氫的成本即47元/kg，全國加氫站的標準是35元/kg，故加氣站加注的氫氣需要政府補貼。

在目前技術(shù)條件下，1kg氫氣可供小汽車行駛100公里，一般燃油車跑相同的里程大約耗費7升油，以目前油價計算，花費40元至50元。也就是說，氫能使用成本與汽油已相當接近了。

（二）二氧化碳合成甲醇產(chǎn)業(yè)化前景

二氧化碳加氫合成甲醇的生產(chǎn)成本較高，以10萬噸/年二氧化碳加氫合成綠色甲醇項目投資5億元進行產(chǎn)業(yè)化運行成本估算如下：

生產(chǎn)1噸綠色甲醇需消耗氫氣2200m3和二氧化碳1.4噸，采用先進的電解水制氫裝置及最優(yōu)的光伏、風電及水電等可再生能源以0.15元/KWh供電，氫氣Nm3/ H2的成本4.3*0.15=0.645(元)，每噸甲醇消耗氫氣的成本2200*0.645=1419（元），二氧化碳最佳的捕集成本及運費約350元，每噸甲醇消耗二氧化碳的成本1.4*350=490（元）。兩項合計：每噸綠色甲醇原材料成本1419+490=1909（元），再加上人工成本、生產(chǎn)成本、設(shè)備折舊及資金成本等，每噸綠色甲醇的價格約3000元。

采用本項科技成果開發(fā)生產(chǎn)綠色甲醇，較煤制甲醇和天然氣制甲醇成本大約高800—1000元?，F(xiàn)階段，項目不具備產(chǎn)業(yè)化和市場化的條件，若近期國家有關(guān)部門出臺碳中和碳交易等優(yōu)惠政策，消納二氧化碳不僅不計成本，還有收入。同時，有支持綠色甲醇產(chǎn)業(yè)、利用光伏及風電等可再生能源等措施和稅收優(yōu)惠等，以市場價銷售綠色甲醇有一定補助等，可推進本項科技成果的產(chǎn)業(yè)化落地，促進可再生能源的利用，為碳達峰碳中和提供良好的技術(shù)支撐。

我國煤制甲醇項目存在大量的二氧化碳排放問題，每生產(chǎn)1噸甲醇將排放約3噸的二氧化碳，該行業(yè)如不采取碳中和技術(shù)，其將受到極大地限制。

甲醇是多種有機產(chǎn)品的基本原料和重要的溶劑，我國甲醇產(chǎn)業(yè)鏈上游生產(chǎn)原料主要包括煤、焦爐氣和天然氣等。甲醇下游應(yīng)用廣泛，主要為能源與化工品。從原料上來看，甲醇的制備工藝主要包括天然氣制甲醇、煤制甲醇和焦爐氣制甲醇，目前國內(nèi)主要以煤制甲醇為主，占比高達76%。此外，焦爐氣制甲醇和天然氣甲醇分別占比17%、7%。2019年我國甲醇產(chǎn)能約為8812萬噸，同比增長6.1%，產(chǎn)量約為6216萬噸，同比增長11.5%。

近年來，車用甲醇汽油（M30—M100）正在推廣示范，民用及工業(yè)用醇基燃料也再技術(shù)推廣試用；鑒于大連化物所的MTO（甲醇制烯烴技術(shù)）進一步推廣和相關(guān)合成技術(shù)的完善，在不遠的未來，液態(tài)陽光甲醇可替代石油和煤炭等化石能源，在合成所有人類所需的化工產(chǎn)品同時，達到碳中和及碳循環(huán)，實現(xiàn)碳的零排放，減少溫室效應(yīng)，構(gòu)建幸福美好和諧人類地球家園的愿景。

四、意見建議

（一）將綠色低碳發(fā)展模式納入甘肅省“十四五”“十五五”規(guī)劃，借助2020年12月生態(tài)環(huán)境部出臺《碳排放權(quán)交易管理辦法(試行)》，盡快制定2030年前碳排放達峰行動方案，推動碳達峰碳中和技術(shù)產(chǎn)業(yè)，建立碳排放“雙控”制度、專門的法律法規(guī)標準、激勵和約束機制等政策措施，持續(xù)推動二氧化碳排放達峰行動，確保碳達峰、碳中和目標如期實現(xiàn)，成為碳達峰碳中和示范區(qū)。

（二）推進氫能產(chǎn)業(yè)示范區(qū)建設(shè)，借助“液態(tài)陽光”先進技術(shù)，利用我省豐富的可再生能源電解水制氫，實施“壓縮氫氣”或“液氫”項目產(chǎn)業(yè)化，推廣清潔能源的適用范圍：（1）氫燃料電池車輛改裝和加氫站建設(shè)，將我省的公共服務(wù)車輛等改裝為氫燃料電池車輛，使用氫能實現(xiàn)零排放，加大液氫使用量。（2）軍工企業(yè)衛(wèi)星發(fā)射及火箭試驗、中國航天試驗中心、酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心等采購液氫產(chǎn)品。（3）機場氫燃料電池叉車、擺渡車等應(yīng)用，為蘭州中川國際機場等省內(nèi)外周邊機場提供氫燃料，以此構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)集群。

（三）在國家相關(guān)政策的支持下，推進“液態(tài)陽光”高端科技成果產(chǎn)業(yè)化落地，支持60—100萬噸/年綠色甲醇項目落地，最高可實現(xiàn)140萬噸二氧化碳的減排。一是將我省范圍內(nèi)的熱源廠排放的二氧化碳捕集循環(huán)利用；二是出臺約束性制度或條例，將綠色化工園區(qū)等園區(qū)有組織排放的二氧化碳捕集循環(huán)利用等；三是推廣甲醇汽油車的普及應(yīng)用，并立項開展車輛排放二氧化碳捕集技術(shù)攻關(guān)等，這將有利于我省化工行業(yè)及先進制造業(yè)等產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大的同時，排放的二氧化碳的總量沒有增加，反而有較大幅度的減少，尤其為精細化工產(chǎn)業(yè)科技成果的轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移提供更多的發(fā)展空間。

為促進“液態(tài)陽光”項目的高端科技成果不僅要在省外產(chǎn)業(yè)化落地，更需要在我省產(chǎn)業(yè)化推廣示范，產(chǎn)生更多的經(jīng)濟效益、生態(tài)環(huán)境效益和社會效益。懇請盡快出臺相關(guān)的支持政策，并給予配套資金支持，在我省可再生能源富集地區(qū)開展10萬噸/年（30萬噸）的綠色甲醇項目，10萬噸/年綠色甲醇項目總投資約5億元，可實現(xiàn)2億元的經(jīng)濟收入，解決50人的就業(yè)，達到14萬噸的二氧化碳的減排；30萬噸/年綠色甲醇項目總投資約9億元，可實現(xiàn)6億元的經(jīng)濟收入，解決100人的就業(yè)，達到42萬噸的二氧化碳的減排。