李燦院士：“液態陽光”產業化腳步漸近

“‘液態陽光’產業化項目的技術路徑已經走通了，現在，不考慮碳稅前提下，主要是直接成本比不上煤制甲醇。但‘液態陽光’有規模效應，一旦來到10萬噸級及以上規模，它的單產成本會進一步下降，特別是隨光伏風電價格下降，其價格會大幅下降。”

4月28日，中國科學院院士、大連市人民政府參事、中國科學院大連化學物理研究所太陽能研究部部長李燦在接受《中國科學報》獨家專訪時表示，“液態陽光”產業化腳步漸近，“今年啟動、明年建設，后年即可規模化生產”。

李燦院士在中關村論壇上。主辦方供圖

“液態陽光”產業化的技術難題已掃清

把太陽能轉化為可穩定存儲、易于運輸的液體燃料，被科學家們形象地稱為“液態陽光”。當前，二氧化碳減排已成為世界各國關注的熱點問題，科學家們在碳捕捉、碳封存以及資源化利用方面作了大量探索，“液態陽光”計劃是其中最讓人興奮的一個。

李燦向《中國科學報》介紹說，“液態陽光”主要包括三個重要環節：風/光發電、電解水制氫、二氧化碳加氫合成甲醇。其中，通過風力、光伏等清潔能源發電用于電解制得的氫氣又稱為“綠氫”。 

與此同時，“液態陽光”技術的產業化落地也面臨著三大技術難題：風/光電等清潔能源的產出不穩定，規模化電解水制氫成本；此外，相比工業上常用的一氧化碳制甲醇，利用惰性、溫室氣體二氧化碳制甲醇不僅需要高溫高壓的反應條件，還需要高活性高選擇性的催化劑。 

“首先需要發展抗波動的電解槽體系，能夠容忍風力、光伏發電的波動和不穩定性”為此，李燦帶領的研究團隊早在2019年在國內率先開發了千方級、抗波動高性能電解槽技術。 

他告訴《中國科學報》，在這一穩態體系下，電解槽可以提高效率至接近4度電產出1立方氫。同時，穩態體系也有助于提高系統的安全系數，避免氫氣和氧氣混合引發爆炸。 

在二氧化碳加氫制甲醇這一環節，李燦團隊早于2017年就取得了技術突破，開發了一種二元金屬氧化物（ZnO-ZrO2）固溶體催化劑，實現了二氧化碳高選擇性、高穩定性加氫合成甲醇。該成果于2017年10月發表于《科學進展》上。 

“液態陽光”規模化驗證結果超預期

“一些技術在實驗室效果好，但不代表在規模化生產中也表現很好，這就需要中試。”李燦告訴記者，讓他沒想到的是，中試效果竟然比在實驗室的結果還要好。

2018年8月，在甘肅省蘭州新區的支持下，由中國科學院大連化學物理研究所研發、蘭州新區石化產業投資集團有限公司建設和運營、華陸工程科技有限責任公司設計的全球首套千噸級“液態陽光合成的規模化示范工程”宣告落地啟動，并于2020年試車成功并完成成果鑒定。 

“實驗室的結果，催化劑對甲醇的選擇性保持在90%左右，但在規模化示范工程中其選擇性在95%以上；二氧化碳的轉化率也非常高，因為我們在萃取了甲醇之后，會將二氧化碳循環注入系統，結果是幾乎所有的二氧化碳都能轉化成甲醇。”李燦對《中國科學報》表示，這一成功示范，邁出了太陽能等可再生能源轉化為液體燃料工業化生產的第一步。

他透露，目前，全球首個10萬噸級“液態陽光”燃料合成項目正在內蒙古鄂爾多斯建設中，預計最快可在2025年實現項目建成。

“到了10萬噸級這個規模，‘液態陽光’項目的經濟性和效益就開始占優了。”李燦向《中國科學報》算了一筆賬：傳統煤制甲醇的價格大概在2500~3000元/噸，而隨著規模的上升和風/光電價的進一步走低（降到0.2元以下），“液態陽光”制甲醇的成本很快就能跟煤制甲醇持平，而且還沒有考慮“碳稅”收益問題。

李燦說，未來若收緊溫室氣體排放管控，各國可能會對碳排放收取費用，這就是“碳稅”。相比“液態陽光”，傳統的煤制甲醇每生產1噸甲醇差不多要排放3~4噸二氧化碳，將來，傳統煤制甲醇不得不考慮碳稅帶來的成本上升問題。

相比之下，“液態陽光”每生產1噸甲醇，可轉化約1.4噸二氧化碳；生產10萬噸甲醇，就可消解納約14萬噸二氧化碳。一邊是消納，一邊是排放，“液態陽光”的生態效益由此彰顯。

“我們的實踐證明，‘液態陽光’是一個切實可行的減碳方案，它不僅比‘碳捕捉—深埋’方案更安全、更環保，而且還有經濟效益。”李燦說，“液態陽光”計劃孕育著一場重大的能源革命，而隨著其經濟效益的凸顯和產業化腳步的加快，這場能源革命已經在可期待的視野之中了。