星期五 甲醇是最佳的储氢形式

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　　碳中和、碳达峰，如今已成为时下最热的话题。如何科学减碳、减排与碳循环，用科技开启“净零”未来，成为顶尖科学家们关注的焦点。

　　在11月2日上午举行的世界顶尖科学家碳大会：双碳治理论坛——通往“双碳目标”的科技之路上，多位顶尖科学家就什么才是最好的储能形式这一问题，进行了学术争论。氢能还是甲醇，这是经济、科技和社会层面都不可忽略的复杂问题。

清洁能源的反面

　　“为实现碳中和，清洁能源的使用势在必行。”1997年诺贝尔物理学奖得主朱棣文认为，如果清洁能源能占全球能源消耗总量70%—80%，那么清洁能源在实现碳中和方面将起到重要作用。

　　以光伏、风电等为代表的清洁能源既不产生污染，也取之不尽。但为什么这么多年来始终无法完全替代化石能源？

　　“如果我国电网目标是全面替代火电，以清洁能源为主，那么电力稳定性很难被保障。”澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学化学系讲席教授刘科则对此持保留态度。他说，由于风电和太阳能会受到季节和环境的影响，供能非常不稳定，并入电网需要废弃大量电能，也因此被称为“垃圾电”。

　　此外，中国的可再生能源增量巨大，但总量不到2亿吨标煤，约是火电总发电量的12%。

　　解决稳定性，最好的方法就是配套储能。将风电光伏的富余电力储存起来，才能有效解决稳定性和调峰能力，进一步降低对火电的依赖。

　　然而，很难想象的是，抽水储能的方法发明上千年来，至今依然是全球应用最广泛、也是唯一能大规模应用的储能方法。利用富余的电力将低洼处的水抽到高处，将能量以势能的形式储存起来。但这一方法不但效率很低，而且会受到地理因素的局限，因为在很多地区水资源很匮乏。

　　而人类科技发展的产物——蓄电池的储能虽然很高，但限制因素也很明显，就是价格太高，电池产能不足。世界一年的电池产能甚至无法满足日本东京一天的电量供给。与此同时，过多的锂电池使用还会带来环保等一系列问题。这也是电池储能从铅蓄电池发明以来规模依旧不足抽水储能规模十分之一的原因。

　　在2019年诺贝尔化学奖得主、锂电池的发明者斯坦利·惠廷厄姆看来，电池成本和能量密度的缺陷，归根到底都是技术不足。他期待未来会有更出色的电池材料可以弥补这些缺陷。

甲醇与氢能之争

　　除了风电、光伏，氢能也被认为是实现碳中和的重要技术路线之一。但自然界没有天然的氢气储备，通常是用电解水的方法制备而来，因此，氢能本质也是一种化学储能方法。

　　而近年来也有专家认为，甲醇才是最好的化学储能方式。刘科就是甲醇储能的坚定拥护者。他表示，相比氢气，甲醇作为液体燃料便于长期储存，便于海运及管道运输，运输成本很低。“短期来看，中国北方内陆可用丰富的煤炭资源制甲醇，沿海地区利用国外丰富的天然气制甲醇，海运成本每吨只有约50元。长远来看，可用太阳能、风能生产的电进行电解水反应，将生成的氢气和二氧化碳合成甲醇。”

　　此外，氢能源发展不仅由于受限于加氢站基础设施建设，而且还受限于昂贵的高压氢气价格，尤其是氢气的运输成本占总氢气成本的60%以上。而甲醇则没有这些问题，因为人类已经建成遍布全球各地的液体燃料加注设施。

　　事实上，氢能和甲醇并不是一对矛盾。“甲醇也是最佳的储氢形式。”刘科说，基于甲醇制氢技术，未来可车载制氢，也可加氢站内制氢，现制现用，避免了氢气的大量运输和储存，可以彻底解决安全性和成本等问题。

　　甲醇储能的这一想法也得到了2015年麦克阿瑟才奖得主、上海科技大学物质科学与技术学院创始院长杨培东的大力支持。他的研究方向是基于纳米颗粒的太阳能电池，和被称为“液体阳光”的人工光合作用装置。通过人工模拟光合作用，使用二氧化碳的催化剂和纳米材料技术，可以将太阳能转化成甲醇等化学材料。据介绍，人工光合作用的储能效率已经从最初还不到1%，如今已经高达4%左右。未来，杨培东希望可以提升到15%的理想转化率。

　　对此，朱棣文并不完全认同。他提醒说：“对于绿色科技而言，首先要考虑的就是成本，要考虑技术的适应性问题。尽管技术前景很好，但如果无法降低成本，那么是很难实现应用的。”

　　当技术优势还无法以决定性优势压倒其他技术路线时，在成本和性能之间找一个平衡点，才是我国清洁能源发展和实现碳中和的良策。

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