氢能与甲醇经济 山西能源革命的重要组成部分

当前，能源主要解决两个问题，一是中国石油不够，二是环境污染。对交通运输业来讲，人们更多地寄望于用电动车取代燃油车。但电动车因电池能量密度低，电池回收技术没有突破，环境隐患大，液体燃料储运成本低，规模经济内燃机量产后成本大降等原因未能战胜燃油车。于是，人们又把目光转向氢燃料电池车。理由是：氢燃料电池车发电效率高、降低对石油的依赖、排放为水蒸气、未来有前景。但限制氢能发展的根本问题在于氢是最小的分子，容易泄露，建设加氢站，基础设施投资高昂，运氢成本高，加氢站占地面积大，安全隐患也大。
　　于是，我们提出“燃料电池氢供应链解决方案”，理由是：甲醇是非常好的液体储氢、运氢载体，1L甲醇的产氢量是1L液氢的2倍。发展甲醇能源符合中国煤炭为主能源结构的国情，甲醇是常温常压下含氢量最丰富的液态能源，来源广泛，二次能源，常温常压为液态，方便储运，配套基础设施完善，容易利用现有加油站改造，较汽柴油安全系数高，不易爆，生产工艺成熟，设备成本低，是氢能转换的最佳媒介。基于甲醇的氢燃料发电便是当下可用的5G电源供应和分布式能源技术。
　　由此可见，因地制宜低成本生产甲醇、推动甲醇经济，是新能源汽车燃料供应端的重要举措。短期内醇氢燃料发电系统能够满足5G基站供电等分布式能源需求；中短期内能够满足车辆增程器的需求；长期可以直接驱动车辆运行。
　　我们发现汽车对雾霾有“贡献”，但不是最重要的，中国主要的污染还是散煤污染。要解决污染问题，就要把煤搞干净以后再去烧，就需要在煤燃烧前把可燃物及含污染物的矿物质分离开，生产出高热值的清洁固体燃料/原料和一种天然矿源土壤改良剂用的关键原料（含有农作物生长所需的重要营养矿物质及微量元素）。
　　其中，煤炭中不可燃的颗粒和有机肥结合做成土壤改良剂，解决土地酸化和板结等问题，可燃的制成超净类液体燃料给甲醇当原料，利用微矿分离技术处理劣质煤制类液体燃料，降低煤制氢气和甲醇的成本，且液体燃料能量密度高，输送成本极低，不仅能解决交通问题，还能够根本解决煤炭输送导致的环境问题、治安问题，是“北煤南运”的极佳选择。
　　这个技术对山西未来的发展至关重要，既可以从源头上解决燃煤造成的雾霾等环境污染问题，还可以逐步解决化肥导致的土壤酸化、板结、食品安全等问题，逐步解决使用化肥造成的大量氨排放问题。清洁固体燃料颗粒则可用于配制类液体燃料，解决石油不够问题。
　　总之，发展可再生能源，是中国能源结构转型的大势所趋，而消纳可再生能源是其重大挑战。氢能作为清洁的“二次能源”可以通过管道掺氢技术实现跨省消纳，而推动“甲醇经济”，通过甲醇转化制氢，将是解决氢能储运问题的方案之一。

（来源：山西日报；作者：南方科技大学清洁能源研究院院长，澳大利亚国家工程院外籍院士刘科）