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[专家学者] 李灿课题组:全球首套规模化太阳燃料合成示范项目试车成功

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发表于 2020-1-17 17:15:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
1月17日,全球首套千吨级规模太阳燃料合成示范项目在兰州新区绿色化工园区试车成功。该项目迈出了将太阳能等可再生能源转化为液体燃料工业化生产的第一步。
  太阳燃料合成是指利用太阳能、风能、水能等可再生能源发电,进而电解水制备绿氢、将二氧化碳加氢转化制甲醇等液体燃料,把可再生能源存储在液体燃料中。简言之就是利用太阳能等可再生能源、二氧化碳和水,生产清洁可再生的甲醇等液体燃料(故又被形象地称为“液态阳光”)。这将是未来解决二氧化碳排放的根本途径之一,也是将间歇分散的太阳能等可再生能源收集储存的一种储能技术,是“道法自然光合作用”,实现人工光合成绿色能源的一种过程。

全球首套规模化太阳燃料合成

全球首套规模化太阳燃料合成
  该项目基于中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员李灿团队开发的两项关键创新技术:高效、低成本、长寿命规模化电催化分解水制氢技术和廉价、高选择性、高稳定性二氧化碳加氢制甲醇催化技术。
  项目采用碱性电解水制氢技术。虽然电解水制氢技术过去已经有实际应用,但一般规模较小(在50-200标方/小时),单位制氢能耗较高(约4.7-5.0度电/方氢)。李灿团队基于长期对光、电催化分解水的研究,研发了具有我国自主知识产权的新型电解水制氢催化剂,与苏州竞立制氢设备有限公司合作,制造规模化(1000标方/小时)电解水制氢设备,单位制氢能耗降低至4.0-4.2度电/方氢,大幅降低了电解水制氢的成本,是目前世界上规模化碱性电解水制氢的最高效率。二氧化碳加氢制甲醇技术则采用李灿团队自主研发的固溶体双金属氧化物催化剂(ZnO-ZrO2),该催化剂可实现二氧化碳高选择性、高稳定性加氢合成甲醇。其中单程甲醇选择性大于90%,催化剂运行3000小时性能衰减小于2%。
  该项目由太阳能光伏发电、电解水制氢、二氧化碳加氢合成甲醇三个基本单元构成,华陆工程科技有限责任公司主持完成了项目设计,总占地约289亩,其中光伏发电占地259亩,总投资约1.4亿元,其中光伏发电约5000万元。项目配套建设总功率为10 MW光伏发电站,经逆变-整流后,为2台1000标方/小时电解水制氢设备提供电力。
  该项目一方面探索了中国西部地区丰富的太阳能等可再生能源的优化利用模式,将太阳能等可再生能源转化为液体燃料甲醇,提供了一条特高压输电之外的有效利用可再生能源的路径。另一方面,太阳燃料甲醇又是绿氢载体,可助于解决氢能储存和运输的安全难题。此外,该项目将二氧化碳作为碳资源,实现二氧化碳的积极减排,生产的太阳燃料甲醇为绿色甲醇,不同于传统煤、天然气所制得的甲醇,实现了零碳排放。
  该项目得到兰州新区党工委和管委会的大力支持,兰州新区石化产业投资有限公司资助并承接了工程建设,各方紧密合作,仅用18个月,实现了从实验室研究成果走向工业化示范。
  该项目的前期基础研究工作得到国家自然科学基金委、科技部重点研发计划及中科院洁净能源先导专项(A类)的资助。


       液态太阳燃料是利用太阳能将二氧化碳变废为宝的产物,它的合成原理是利用太阳能将水和二氧化碳转化为甲醇等燃料,该过程可以循环利用水和二氧化碳,更加方便地将分散的太阳能长期储存和利用起来。由于甲醇是由太阳能而生产,太阳能以化学能形式储存在甲醇分子之中,所以把由太阳能转化二氧化碳和水合成的甲醇称为太阳燃料,又因为甲醇在一般情况下以液态形式存在,故将其称为液态太阳燃料。
       植物经过上亿年的进化,形成了复杂而高效的自然光合体系和光合作用机理:其光反应系统(PSII,PSI)利用太阳能实现水氧化放氧和高能物质(NADPH, ATP等)的合成,暗反应则在无光的条件下由生物酶催化利用这些高能物质转化二氧化碳合成碳水化合物。整个过程是通过光反应和暗反应的密切协同合作来完成的。而液态太阳燃料人工合成的第一步是太阳能分解水制氢,第二步将二氧化碳加氢转化为甲醇等燃料,这可谓“道法自然”的过程。
       甲醇是重要的化学中间体,以甲醇作为原料可进一步生产汽油、柴油,可以制取烯烃、芳烃等大宗化学品。因此,液态太阳燃料合成这一过程的实现,将会从根本上改变目前能源结构、减轻化工产业过度依赖化石资源的现状,形成新兴能源产业,重构能源版图,这对于根本上改善生态环境,拯救人类居住的地球家园具有重大而深远的意义。
       李灿,男,汉族,1960年1月生于甘肃省。理学博士,中国科学院大连化学物理研究所研究员,博士生导师。2003年当选中国科学院院士,2005年当选第三世界科学院院士,2008年当选欧洲人文和自然科学院外籍院士、英国皇家化学学会会士。任中国科学院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室(筹)主任,中法催化联合实验室中方主任,英国石油公司与中国科学院大连化学物理研究所能源创新实验室主任,兼任中国科学技术大学材料与化学学院院长。主要从事催化材料、催化反应和催化光谱表征方面的研究,研制了具有自主知识产权的国内第一台用于催化材料研究的紫外共振拉曼光谱仪。

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