李灿院士：将太阳能转化成液态甲醇可缓解我国燃料短缺，减排二氧化碳几十亿吨
搜狐财经联合《经济》杂志系列访谈——“致知100人”第133期（点击进入专题）
氢能作为实现“碳中和”战略的重要组成部分，备受全球主要国家和地区的青睐。过去半年，全国各地氢能产业园规划建设，各省市氢能政策陆续出台，布局氢能产业的公司越来越多。
“绿色氢能，就是利用可再生能源、太阳能、风能、水能等从水分解制取的氢能，它将是未来解决二氧化碳排放的根本路径。”中国科学院院士李灿日前在“2021长三角（张家港）国际氢能产业人才峰会”中对搜狐财经《致知100人》表示。
李灿与搜狐财经《致知100人》对话
李灿表示，未来氢能将在我国的能源结构中扮演越来越重要的角色。我国要实现碳达峰、碳中和，一方面要提升可再生能源的比例，另一方面还要解决刚性二氧化碳的排放。通过“绿色氢能”和“液态阳光甲醇”可以实现规模化减碳，将提高可再生能源比例与减碳结合起来，完成双碳的目标。
近20年来，李灿一直致力于新能源和可再生能源研究。2001年，李灿便带头开始“人工光合成太阳燃料”的研究工作：利用太阳能等可再生能源生产“绿色”氢能、并将二氧化碳加氢转化为甲醇等液体燃料，这也是液态太阳燃料（即液态阳光）合成的技术路线。
2020年1月，由李灿所在的中国科学院大连化学物理研究所主导研发的“液态阳光”示范项目投料试车成功，生产出液体甲醇产品。这是全球范围内直接太阳燃料规模化合成的最早尝试之一。
把太阳能变成液体燃料，科学家们形象地称其为“液态阳光”甲醇。李灿表示，生产“液态阳光”甲醇，可以回收二氧化碳，实现二氧化碳减排。此外，如以甲醇代替煤炭作为燃料，排放的PM2.5将减少80%以上，氮氧化物减少90%以上。
“如果能把部分可再生能源电力逐渐转化为燃料，比如氢能和甲醇，代替汽油、柴油，就能缓解我们国家液体燃料短缺的问题，减少能源依赖进口，同时能实现碳达峰、碳中和目标。”
规模化发展“液态阳光”优势显著，李灿算了一笔“生态经济账”，每吨甲醇可转化1.375吨二氧化碳，目前我国每年的甲醇产能约为8000万吨，若全部应用“液态阳光”技术路线，则每年可转化上亿吨二氧化碳。同时，合成1吨甲醇可储存6000多度电，电解水制氢每吨氢相当于储存3.3万度电，这意味着该路线也可作为规模化化学储能的技术手段。
“我们已经在上海做了一个示范工程。目前在张家港正在做一个加氢站。我们准备把加氢站用到冬奥会上去，这将会是一个新的技术。”李灿说。
“未来绿氢不光可以供给燃料电池，应用前景非常广。”李灿表示，通过“液态阳光甲醇”的途径，可以把它作为直接燃料。另外甲醇还可以用于合成烯烃、芳烃、含氧化合物，我们国家对于这方面的需求量是巨大的。如果把这些方面都利用起来，“液态阳光甲醇”可以解决减排的二氧化碳可达几十亿吨级。
本期访谈嘉宾：中国科学院院士、物理化学家 李灿
出品 | 搜狐商学院
编辑 | 郑青春
主编 | 王德民
以下为对话精编：
搜狐财经：我国提出要在2030年实现碳达峰，还有2060年前实现碳中和，如何看待氢能在实现碳达峰、碳中和中的重要性？
李灿：氢能，这里主要是指绿色氢能，将成为实现碳达峰、碳中和的路径之一。
实现碳中和就要努力消除消纳人类活动中排放出来的二氧化碳，碳中和不一定是零碳排放，使净排放和净消纳的碳量相等就是碳中和。绿色氢能，就是从可再生能源、太阳能、风能、水能中制取的氢能，它将是解决这些已经排放的二氧化碳的最根本的路径，目前看没有其他更优的路可走。
碳排放主要来源于煤电、以及其他化石燃料发电，还有交通领域使用的天然气、汽油、柴油等，这是最大的碳排放来源。另一块是来自煤化工、石油化工、炼油、冶金、合成氨、水泥、电石等行业刚性排放的二氧化碳。
自然吸收二氧化碳有植树造林、海洋等方式，但这是有限的。提高非化石能源、可再生能源的比例是最根本的做法。另外，在目前以化石能源为主导的情况下，节能减排，降低GDP单位能源损耗，也能降低二氧化碳的排放。
按照计划，2030年，我国的非化石能源占一次能源消费比重要达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上，就要使化石能源占比降到75%以下，其中煤发电降到40%以下。到2060年，这个量还要下降，煤发电只占到20%左右。所以要大幅度发展风电、光伏发电，现在看发展势头非常好。
单靠降低煤电、火电的排放量还不够，刚性二氧化碳的排放量也非常大，大概有40到50亿吨。要解决这块的排放量，就要加上 CCUS（碳捕获、利用与封存）技术。通过绿色氢能和液态阳光甲醇可以实现规模化减碳技术。这样就可以将提高可再生能源比例与减碳结合起来，完成双碳的目标。
搜狐财经：相比于其他形式的发电，氢能有哪些比较突出的优势？
李灿：现在社会的终端能源里面，用电不到30%。各行各业更多用的是天然气、煤气。开车还是开飞机、开轮船。还有很多其他能源的形式。其他的能源往往都与化石能源有关，基本都要排放二氧化碳，所以氢能可以解决这些行业排放二氧化碳方面的问题。
搜狐财经：您多年来一直致力于太阳能转化与利用的科学研究，目前我国在太阳燃料上的研究处于怎样的阶段？太阳能的应用主要有哪些？
李灿：我们在技术这一块已经走在前面了。我国有可能成为国际上第一个规模化运用这种技术的国家，其他国家还没有那么大规模的行动起来。
以太阳能为代表的可再生能源，比如风电、光伏发电、生物质、水电，都是来自于太阳能。太阳能是所有可再生能源的来源。太阳能的量非常丰富，太阳照到地球表面一小时的太阳能就可以满足全球一年的能源需求。有这么好的资源禀赋，关键是要发展先进的技术把太阳能利用起来，达到碳中和碳达峰。
我们在光伏、风电、水电的利用方面已经规模化发展。商业化应用也是国际上应用最多、装机量最多的国家。如果我国要在2030年的风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。总体上看，我国电能供应基本可以满足需求。
能否把这一块电力逐渐转化成燃料，现在欧美洲国家也在研究。如果把光伏、风电、水电变成燃料，比如氢能，就能缓解我国液体燃料短缺的问题，同时能实现碳达峰、碳中和。
这里面最关键的就是制氢的过程。把电力变成化学能，关键就是把水分解成氢气和氧气，这也是储能的反应。制作一吨的氢，相当于储存了3.3万度电。太阳能可以集中储存起来，实现低碳和无碳的燃料。现在从太阳能到发电，到电解水制氢，已经到应用阶段了，这是大家目前非常重视的技术。
搜狐财经：太阳能制氢，如何解决二氧化碳的排放问题？
李灿：利用太阳能等可再生能源制备绿氢、将二氧化碳加氢气分子转化为甲醇等液体燃料，相当于把可再生能源存储在液体燃料中。太阳能制氢的效率可以达到16%以上，这是世界上最高的效率。这个过程相当于把太阳能储存在氢里面，氢能可以储存成液态甲醇。这种“清洁甲醇”也就是液态阳光，可以替代汽油，广泛应用于化学工业。
“液态阳光”过程可以实现规模化减碳技术，合成每吨甲醇可以转化1.375吨二氧化碳，中国现在甲醇产能是8000万吨的甲醇，如果生产8000万吨甲醇可以转化上亿吨的二氧化碳。
全球首套直接液态太阳燃料规模化合成于2020年1月在兰州新区试车成功。2020年10月份，石化联合会组织专家验收鉴定，建议尽快推进10万吨级以上工业化，今年正在部署。
液态太阳燃料合成示范装置实现了从太阳能、水和二氧化碳直接合成甲醇，实现绿色规模化生产，同时也可以解决可再生能源间歇性问题。如果我们把所有其他的光伏风电、水电、弃风弃光弃水的电很好的利用起来，就可以消耗GW级以上的电力。通过“液态阳光”合成甲醇代替汽油柴油燃料，则可以减排亿吨级二氧化碳，可以有效缓解我国对外能源进口的依赖问题。
搜狐财经：如何看待“液态阳光”和“绿氢”的应用前景？
李灿：把绿氢用到氢燃料电池只是其中一个方面，绿氢是解决碳排放的主要技术。通过绿氢，我们可以进行氢冶金、水泥建材，另外绿氢还可以应用在化学工业。这些行业之所以排放二氧化碳，因为它们用煤来制氢，然后进行石油化工。如果把制氢的过程用“绿氢”来替代，就没有二氧化碳排放的问题。
所以未来，绿氢不光是供给燃料电池，它使用面非常大，氢能的前景非常广阔。有些不可避免的刚性排放的二氧化碳，可以用绿氢来解决。
通过“液态阳光甲醇”的途径，可以把它作为直接燃料，现在甲醇汽车已经开始推广了。另外甲醇还可以用在烯烃、芳烃、含氧化合物的合成，我们国家对于这方面的需求量是巨大的。如果把这些都利用起来，液态阳光甲醇可以解决减排的二氧化碳可达几十亿吨级。
目前我国二氧化碳排放量很高，排世界第一，必须采取行之有效措施来解决。用可再生能源实现二氧化碳资源化，即通过加氢合成甲醇等太阳燃料。这个过程中，需要的关键技术的基础学科是催化，光催化、电催化、生物催化。我所在的实验室是我国第一个催化重点实验室，过去三十年一直致力于催化研究。从过去的热催化、石油化工催化，慢慢过渡到电催化、光催化，力争根本上解决二氧化碳的问题。
搜狐财经：如何降低太阳能制氢的成本？
李灿： 一是要降低太阳能发电的成本，比如太阳能发电，太阳能光伏、太阳能风电、太阳能水电技术不断地进步，让它越来越便宜。二是要降低把电变成氢能的成本，比如电解水、光解水。
这两个成本降下来，太阳能到氢能的成本就彻底降下来。降下来后，氢能的成本甚至要低过现在火电、煤电或者是天然气的成本。
搜狐财经：如何看待液态阳光制氢、储氢的安全性问题？
李灿：液态阳光甲醇，可以长期安全稳定的储存。将电能储存成液态阳光甲醇可以解决电能不稳定性间歇的问题。
液态阳光甲醇是理想的化学储氢分子。这个放氢的量可以达到18.75%。一吨的甲醇可以放出187公斤的氢气。这样大家担心制氢、储存的安全性问题，可以通过“液态阳光甲醇”这个技术实现。
可再生能源制氢和太阳燃料，可以解决加氢站制、储、运、加的成本和安全性问题，实现零碳甚至负碳过程。据我们估算，一公斤氢成本不到30块钱，甲醇的使用非常便宜。这样的加氢站，因为储存的是甲醇，而不是氢气，比较安全，可以建在社区里面。加氢站还可以和现在的汽油站放在一起。
我们已经在上海做了一个示范工程。现在我们正在张家港做一个加氢站。我们准备把加氢站用到冬奥会上去，这将会是一个新的技术。
搜狐财经：我国的氢能产业也在进行区域的布局。如何解决氢能基础设施建设方面的问题？
李灿：基础设施要加快建设，如果这个跟不上，也会成为限制氢能发展的限制因素。但是这也是相辅相成的，氢能的产业不断地发展，基础设施跟着往前走，但要超前地去做加氢站，很多人不去做，做了又没用，它后面的产业还没跟上来。
所以它是一个随着产业、随着市场的需求，逐步往前推进的过程，现在已经建了很多加氢站。这些加氢站现在建得不一定合理，但是经过市场的运行以后，过一段时间它有一个优化重新布局的过程。