在近日舉辦的能源發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)上，中國科學(xué)院李燦院士發(fā)表了《太陽燃料將緩解我國能源安全問題》的主題演講，探討未來能源發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，分享潔凈能源領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和融合發(fā)展的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為能源新體系建設(shè)出謀劃策。本文節(jié)選自中國科學(xué)報(bào)，以饗讀者。

太陽燃料將緩解我國能源安全問題

/李燦 中國科學(xué)院院士

化石資源是寶貴的材料資源，我們正在過度消費(fèi)子孫的財(cái)富。與此同時(shí)，過度利用化石資源造成了嚴(yán)峻的環(huán)境生態(tài)問題。發(fā)展清潔能源是人類實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明的必由之路。

太陽能是其他可再生能源的源頭，風(fēng)能、水能和生物質(zhì)能均源于太陽能。太陽能豐富、清潔，可再生、潛力巨大，它在地球上的量也足以保障全世界人類未來發(fā)展的需要。

太陽能的科學(xué)轉(zhuǎn)化和利用主要包括太陽能發(fā)電和太陽燃料合成。太陽能發(fā)電可滿足固定能源需求，光伏、光熱發(fā)電、風(fēng)電已大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。目前我國是生產(chǎn)和裝配光伏組件最多的國家，對世界可再生能源的發(fā)展已經(jīng)做出巨大的貢獻(xiàn)。

如今，我們更加關(guān)心的是，太陽能如何轉(zhuǎn)化成和化石能源一樣的燃料?這相當(dāng)于把太陽能集中儲(chǔ)存起來以滿足移動(dòng)能源的需求，是一個(gè)實(shí)現(xiàn)低碳和無碳燃料的過程，也是從自然光合作用到人工光合成的一個(gè)過程，屬于化學(xué)與物理、生物、材料科學(xué)交叉的前沿科學(xué)領(lǐng)域。

太陽燃料，也稱液態(tài)陽光，其本質(zhì)就是利用太陽能等可再生能源將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料，不但不排放、而且減排二氧化碳， 這是人類追求的生態(tài)文明的最高境界。

從化石燃料到太陽燃料，是能源發(fā)展中真正意義的變革性跨越。但在科學(xué)上卻也面臨變革難題：化石燃料合成和轉(zhuǎn)化過程多涉及熱力學(xué)下坡反應(yīng)和熱催化過程，多側(cè)重在碳資源(煤、石油、天然氣等)的轉(zhuǎn)化和化學(xué)反應(yīng)，作為能源資源的化石燃料無法擺脫二氧化碳排放等環(huán)境生態(tài)問題。

而太陽燃料合成所涉及的是熱力學(xué)爬坡反應(yīng)，需要光、電催化的科學(xué)基礎(chǔ)，其轉(zhuǎn)化的資源是水、二氧化碳和太陽能為代表的可再生能源。它道法自然，回歸生態(tài)平衡，環(huán)境綠色友好。在中國西部正在進(jìn)行的千噸級(jí)太陽燃料合成工業(yè)化示范工程，就是基于我們發(fā)展的分解水制氫技術(shù)和二氧化碳加氫合成甲醇的技術(shù)。

太陽燃料合成的主要途徑有光催化、光熱催化、光電催化以及電催化。太陽燃料合成是一個(gè)化學(xué)儲(chǔ)能的過程，可以將分散的太陽能收集、長期儲(chǔ)存。太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的意義重大，一方面可將太陽能作為燃料使用，更重要的是這是一個(gè)新的儲(chǔ)能策略，可解決可再生能源的間歇性問題，以及用戶使用能源的隨機(jī)性問題。

另外，將太陽能等可再生能源儲(chǔ)存為太陽燃料(甲醇燃料)，既能長期儲(chǔ)存，隨時(shí)可以使用，又易于安全運(yùn)輸，且是氫能載體，可作為燃料電池氫源，有利于解決氫能經(jīng)濟(jì)中“制、儲(chǔ)、運(yùn)、加”的安全性問題。

基于太陽燃料的合成技術(shù)，我們提出了太陽燃料加氫站或稱液態(tài)陽光加氫站的策略，其優(yōu)勢很明顯：可解決高壓加氫站安全問題，實(shí)現(xiàn)油、醇、氫共站，減少二氧化碳排放，實(shí)現(xiàn)燃料電池全生命周期綠色清潔的目標(biāo)，還可以擴(kuò)展為其他化學(xué)儲(chǔ)氫路線，適合在社區(qū)和現(xiàn)行加油站建設(shè)等。該技術(shù)被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的加氫站技術(shù)，建議盡快在可再生能源供給體系中進(jìn)行布局。

我國可再生能源資源稟賦條件優(yōu)越，完全可以通過大力發(fā)展可再生能源解決能源和生態(tài)環(huán)境問題，特別是通過太陽燃料的策略，發(fā)展甲醇經(jīng)濟(jì)、氫能經(jīng)濟(jì)。實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排和二氧化碳的碳資源化，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上均是可行的?？裳袌?bào)告表明，如果可再生能源發(fā)電的價(jià)格為每千瓦時(shí)0.2元，太陽燃料甲醇和煤化工甲醇的價(jià)格持平，若采用棄電(棄光、棄風(fēng))制甲醇，則太陽燃料甲醇的成本優(yōu)勢更大。

總之，可再生能源逐步替代化石能源已成為必然趨勢，太陽液態(tài)燃料是其中的重要途徑之一，將在人類社會(huì)生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)展中發(fā)揮越來越重要的作用。

免責(zé)聲明：本網(wǎng)轉(zhuǎn)載自其它媒體的文章，目的在于弘揚(yáng)科技創(chuàng)新精神，傳遞更多科技創(chuàng)新信息，宣傳國家科技政策，展示國家科技形象，參與國際科技輿論競爭，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)，在此我們謹(jǐn)向原作者和原媒體致以崇高敬意。如果您認(rèn)為本網(wǎng)文章及圖片侵犯了您的版權(quán)，請與我們聯(lián)系，我們將第一時(shí)間刪除。