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氫和CO2制甲醇技術亮相央視

氫和CO2制甲醇技術亮相央視

  • 分類:行業資訊
  • 發布時間:2021-05-17
  • 訪問量:0

氫和CO2制甲醇技術亮相央視

  • 分類:行業資訊
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  • 發布時間:2021-05-17
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詳情
碳達峰、碳中和是今年兩會期間的熱詞。“碳達峰”是指在某一個時點,二氧化碳的排放不再增長達到峰值,之后逐步回落。而“碳中和”指的是,在一定時間內,通過植樹造林、節能減排等途徑,抵消自身所產生的二氧化碳排放量,實現二氧化碳“零排放”。這一目標依靠現有路徑難以完全實現,必須尋求新的突破。

距離內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的喬木,占地近50萬畝。這些樹是附近一家企業種植的。

他們為什么要花這么大心思來種樹呢?原來,企業年產精細化學品120萬噸,碳排放將近上千萬噸。樹林是實施減排的一條有效途徑,但是第三方權威機構給這片樹林做的項目審定,年均減排只有8.93萬噸,盡管8年種樹期間已經投入4億元,但還是遠遠無法消化二氧化碳的排放量。
 
企業副總裁李俊誠最大的壓力來自于他自己算的一筆經濟賬。按目前建議征收二氧化碳排放稅每噸50-100元計算,幾百萬乃至上千萬的碳稅將是企業發展最棘手的難題。
 
考慮再三,2015年,他們決定在精細化學品項目園區3公里外的地方,建設太陽能光伏項目,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,企業多年來做出的努力還不及碳排放的零頭。
 
直到2016年,當李俊誠遇到康鵬和他的電化學方法制氫技術時,困擾企業多年的減排難題終于有了新的解決方案??爹i的研究理論是:二氧化碳和水共同進入反應器,在電極板表面與催化劑結合。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,經過后續反應可生成油品,也可以制作其他產品如甲醇、塑料等。二氧化碳變廢為寶能生產出終端化工產品,這讓李俊誠興奮不已。很快,就在精細化工廠區內,康鵬的二氧化碳電化學利用裝置的示范項目啟動了。
 
經過整整三年時間的研發,2020年8月,二氧化碳電化學利用正式開車運行,累計運行1800小時,裝置運行平穩,各運行條件得到了有序的測試。2020年11月,二氧化碳電解制合成氣中試項目順利通過現場考核。
 
專家測算,利用杭錦旗伊泰化工120萬噸煤制油項目的二氧化碳產品氣作為原料氣,每年可處理30噸二氧化碳,可生產45kNm3(千標方)合成氣,這也標志著二氧化碳電解技術邁向工程化階段。企業測算,現在大概是7度電能轉化一方二氧化碳,雖然現在的電價成本高,但對二氧化碳的排放,這是最能解決核心問題的辦法和路徑。
 
數據顯示,2019年,我國二氧化碳排放總量占全球29%,二氧化碳減排任務十分艱巨。而全球化石能源資源枯竭趨勢正在顯現,早在本世紀初,中國的科學家們就開始了新的探索。
 
早在2001年,全國政協委員李燦就開始了人工光合成太陽燃料的研究工作。太陽一個小時給予地球的能量,幾乎抵得上地球一年的能源消耗。模擬自然光合作用,實現人工合成綠色能源,李燦的研究正是基于這個大膽的設想:模仿植物,構建人工裝置,可控地進行人工光和作用,吸收太陽光,將水分解為氫氣和氧氣,或直接將水和二氧化碳轉化為有機燃料,實現二氧化碳的循環利用。
 
但研究并不是一帆風順。直到2016年,李燦院士團隊發現了一種雙金屬固溶體氧化物催化劑,實現了二氧化碳高選擇性、高穩定性加氫合成甲醇,相關研究成果發表在國際著名刊物上,并為隨后的工廠化提供了堅實的理論基礎。
 
而李燦院士的人工光合成太陽燃料的路徑也越發清晰:第一步就是要把光變成能量,目前可以采用光伏發電的形式;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。
 
實驗中李燦團隊還經過這樣的測算:電解水制氫每噸氫相當于儲存3.3萬度電,將電能轉化成化學能,是最有效的化學儲能反應;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。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“液態陽光”項目實驗室研發成功的消息不脛而走。位于西部的蘭州新區馬上要建設一個熱電聯產項目,為園區里的精細化工提供用電和用氣,而這個項目所排放的二氧化碳正需要“液態陽光”來制成甲醇。因為有了這樣前瞻性的規劃和考量,所以在2019年,蘭州新區配套了一系列優惠政策和土地資源,第一時間搶到“液態陽光”。
 
整個項目總投資1.4億,總占地約289畝,其中配套建設總功率為10MW的光伏發電占地259畝,為電解水制氫設備提供電力。2019年12月,70多臺設備陸續制作完成準備進廠。
 
2020年1月,“液態陽光”示范項目投料試車,進料3個小時后生產出液體甲醇產品。經過權威機構測評,甲醇有機物含量達到99.5%,這也標志著我國利用可再生能源制備液體燃料邁出了工業化的第一步。
 
這是全球范圍內第一次直接太陽燃料規?;铣傻膰L試。該項目若滿負荷運行,每年可生產甲醇1500噸,消耗二氧化碳2000噸,消納太陽能發電1500萬度。
 
專家估算,目前我國年甲醇產能約8000萬噸,如果采用太陽燃料甲醇合成路線,則每年可減排二氧化碳上億噸。
 
按照測算,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,電價的成本決定著“液態陽光”甲醇的市場競爭力。
 
二氧化碳電化學技術和“液態陽光”技術,肩負起二氧化碳減排的重任,兩項技術雖然目前尚處于大規模應用的初級階段,但隨著電解水制氫技術的大規?;瘧?,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“液態陽光”甲醇將具有市場競爭力,將成為完成碳中和目標的主要路徑之一。
 
 
作為全國政協委員,李燦在今年的提案中大力推廣以“液態陽光”甲醇為燃料的汽車。如果我國大部分汽車采用甲醇燃料,就可替代數億噸汽油,緩減我國石油進口的能源安全問題,相應的減排十億噸級二氧化碳。
 
半小時觀察:“碳中和”行動展現大國責任與擔當
 
從碳達峰到碳中和,歐美的過渡期約為50到70年,而中國碳中和目標隱含的過渡時長僅為30年,但這一選擇將把全球實現碳中和的時間提前5到10年。
 
作為世界上最大的發展中國家,中國實現碳達峰、碳中和比發達國家的難度更大,然而這既是中國積極應對氣候變化、推動構建人類命運共同體的責任擔當,也是貫徹新發展理念、推動高質量發展的必然要求。
 
因此,碳達峰、碳中和所引領的能源革命不止是一場技術革命、消費革命、生產革命,也是體制、機制的革命,需要更多的政策支持、更多元的綠色發展路徑。我們期待著未來,看到更多的綠色成績。
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