张涛：甲醇经济有望疏通氢能发展“堵点”
近日，中国科学院副院长、院士张涛公开表示，利用可再生能源发电制取绿氢，再和二氧化碳结合生成方便储运的绿色甲醇，是通向零碳排放的重要路径。
在氢的制、储、运、加环节成本居高不下，基础设施建设跟进缓慢的背景下，绿色甲醇经济或将推进氢能产业链降本增效，疏通产业“堵点”。
可作为安全高效的储氢载体
在张涛看来，绿色甲醇能量密度高，是理想的液体能源储运方式。
“甲醇是非常好的运氢、储氢的载体，甲醇和水反应的产氢量是同容积液氢的两倍。”澳大利亚国家工程院外籍院士刘科曾表示。
中科院大连化学物理研究所张家港产业技术研究院院长韩涤非认为：“甲醇作为常温常压下的液体燃料，可安全高效经济便捷储运。结合氢能产业发展现状，以甲醇作为高密度储氢材料，每吨甲醇与水重整可制出超过180公斤氢气，较之高压或低温液态储氢方式具有更高的的储氢能量密度。”
实际上，储能并不仅仅局限于储电，绿色甲醇就是一种理想的储能方式。在韩涤非看来，出于对储运安全和经济性的考量，甲醇是目前大规模安全高效储能的有效解决方案。“‘十四五’规划及2035年远景目标，都积极倡导发展可再生能源及大规模储能，而绿色甲醇可以在消纳可再生能源的同时，解决大规模储能问题，并最大程度实现二氧化碳减排。”
助力氢能各环节降本
韩涤非表示，甲醇制氢可大幅降低用氢成本。“甲醇价格一般在2000-3000元/吨，今年受新冠肺炎疫情及页岩油气价格战等因素影响，市场需求一度趋弱，甲醇市场价格偏低，西部地区不到1500元/吨，东部地区不到2000元/吨。随着市场转暖，近期价格反弹到2300元/吨以上。”
刘科也表示，在氢能使用成本方面，甲醇制氢的成本在理想情况下可低至15元/公斤，而国际上最低的综合用氢成本高达66.4元/公斤。
与此同时，甲醇也可实现氢能的即制即用。
韩涤非表示，利用甲醇储运的便捷性，可在氢能应用端开发建设加氢站，并在现场根据需求制氢，且氢气制备成本不高，终端应用，加氢价格低于35元/公斤，可有效打通可再生能源大规模电解水制氢、甲醇合成储运及现场制氢加氢站等整个产业链。“甲醇储运和汽油储运成本几乎持平，终端应用的加氢价格也能真实反映出整个制、储、运、加环节的成本。”
助推氢能产业链“绿色升级”
在张涛看来，绿色甲醇作为能源转化中枢，能够在碳足迹全流程上解决能源的清洁性问题，并起到拓展氢能应用产业链、降低碳排放、实现碳利用等一举多得的效果。
“可再生能源制氢结合煤化工制备甲醇，可减少二氧化碳排放，增加了甲醇产量，有效解决我国化石能源的进口依存度及碳排放量过高等能源安全和生态环境问题，有利于实现传统煤化工产业的新旧动能转换和绿色低碳发展。”韩涤非表示，“利用可再生能源电解水制氢与煤化工耦合生产甲醇，1.5吨煤可增产2吨甲醇，并减少3吨二氧化碳排放，比传统煤化工更经济环保。”
中国科学院大连化学物理研究所研究员、中国科学院院士李灿认为，绿色甲醇可有效解决跨季储能及长周期储能问题，成为除特高压输电外的另一种规模化输送能源的途径。
广东醇氢新能源研究院有限公司是甲醇制氢设备与技术的专业供应商，产品氢气主要应用于：粉末冶金、金属冶炼、新能源、燃料电池、化工、多晶硅、工业气体、电子、制药、浮法玻璃、食品加氢、军工、航天、环保等领域。
制氢技术有：
1.煤制氢
这是当前成本最低的制氢方式，我国实现大规模制氢的首选技术。我国当前的氢气源生产结构仍以煤为主。根据中国煤炭工业协会公开数据显示，2020年中国氢气产量超过2500万吨，其中煤制氢所产氢气占62%、天然气制氢占19%，工业副产气制氢占18%，电解水制氢仅占1%左右。在中国，煤气化制氢适用于大规模制氢，由于原材料煤炭资源丰富，价格较为低廉，已经具备了一定的经济性优势和规模效益。
2.天然气制氢
全球氢气主要来源为天然气，天然气制氢发展潜力大。天然气制氢是北美、中东等地区普遍采用的制氢路线。工业上由天然气制氢的技术主要有蒸汽转化法、部分氧化法以及天然气催化裂解制氢。天然气制氢发展潜力大，但目前存在资源约束和成本较高的问题。
3.石油制氢
多应用在石化行业，石油制氢原料通常不直接用石油制氢，而用石油初步裂解后的产品，如石脑油、重油、石油焦以及炼厂干气制氢。采用炼油副产品石脑油、重质油、石油焦和炼厂干气制氢，在制氢成本上并不具有优势。如果将这些原料用于炼油深加工可以发挥更大的经济效益，因此，不建议将炼油副产品制氢作为炼油厂制氢的发展方向，而应该考虑可再生能源制得的氢气。
4.甲醇制氢
甲醇制氢装置规模灵活，但稳定性、可靠性差。绿色甲醇能量密度高，是理想的液体能源储运方式。利用可再生能源发电制取绿氢，再和二氧化碳结合生成方便储运的绿色甲醇，是通向零碳排放的重要路径。
制氢技术的特点：
1.天然气制氢：虽然适用范围广，但是原料利用率低，工艺复杂，操作难度高，并且生成物中的二氧化碳等温室气体使之环保性降低。
2.工业尾气制氢：利用工业产品副产物，成本较低。但是以焦炉气制氢为例，不仅受制于原料的供应，建设地点需依靠焦化企业，而且原料具有污染性。
3.电解水制氢：产品纯度高、无污染，但是高成本了限制其推广。
4.光解水与生物质制氢：技术尚未成熟，实现商业化还需一定的时间。
甲醇具有许多优点，例如，它是一种清洁的、可再生的能源，在生产过程中产生的二氧化碳可以通过植树或其他方式进行捕获和储存。此外，甲醇可以直接用于汽车燃料，或者通过一系列化学反应转化为其他化工产品，如聚乙烯、苯乙烯和甲苯等。
然而，天然气制甲醇产业链也存在一些挑战。首先，天然气的供应可能存在不稳定性，这可能导致甲醇生产的波动。其次，天然气制甲醇的生产过程需要大量能源，这可能会导致能源成本的上升。最后，天然气制甲醇生产过程中可能会产生有害废物，这需要进行有效处理。
总的来说，天然气制甲醇是一种有前途的能源，但是需要解决上述挑战才能实现其全面应用。
| c(CH3OH) |
| c(CO)?c(H2)2 |
| c(CH3OH) |
| c(CO)?c(H2)2 |
②A．由方程式可以看出，反应前后气体的物质的量不相等，只有达到平衡状态，容器压强不发生变化，能判断反应达到平衡状态，故A错误；
B．一定条件下，CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等，即正逆反应速率相等，所以能判断反应达到平衡状态，故B错误；
C、一定条件下，CO、H2和CH3OH的浓度保持不变是平衡的标志，故C错误；
D、一定条件下，单位时间内消耗2molCO，同时生成1mol CH3OH，只能表明正反应速率，不能表示正逆反应速率相等，故D正确．
故选D．
（2）①反应CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）中，反应向右进行，一氧化碳的转化率增大，温度升高，化学平衡向着吸热方向进行，根据图中的信息可以知道：T2＞T1，所以该反应是放热反应，故答案为：＜；
②对于放热反应，温度越高，化学平衡常数越小，T2＞T1，反之越大，所以K1＞K2，故答案为：＞；
③A、若容器容积不变，升高温度，反应CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）平衡逆向移动，甲醇产率降低，故A错误；
B、将CH3OH（g）从体系中分离，反应CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）平衡正向移动，甲醇产率增大，故B正确；
C、使用合适的催化剂不会引起化学平衡的移动，甲醇的转化率不变，故C错误；
D、若容器容积不变，充入He，使体系总压强增大，单质各组分的浓度不变，化学平衡不移动，甲醇的转化率不变，故D错误；
故选B；
（3）①在甲醇燃料电池中，燃料甲醇作负极，氧气作正极，电解质中的阳离子移向正极，所以c口通入的物质为氧气，b口通入的物质为甲醇，故答案为：CH3OH；O2；
②该电池正极是氧气发生得电子的还原反应，电极反应式为：O2+4e-+4H+=2H2O，故答案为：O2+4e-+4H+=2H2O；
③当6.4g即0.2mol甲醇完全反应生成CO2时，根据总反应：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，消耗氧气0.3mol，转移电子1.2mol，即个数为1.2NA，故答案为：1.2NA．
CO2的高效转化利用对缓解能源危机以及实现“碳中和”目标具有重要的战略意义。利用基于可再生能源的绿色氢气(H2)与CO2反应制备甲醇是一条重要的途径。传统的金属氧化物催化剂通常需要较高的反应温度(>300oC)来催化CO2加氢制甲醇，往往伴随着严重的逆水煤气变换(RWGS)反应，导致产生大量副产物一氧化碳(CO)。在金属氧化物催化剂中引入过渡金属组分可以促进H2的活化从而降低反应温度，但同时又容易导致CO2过度加氢到甲烷(CH4)，从而降低甲醇的选择性。金属/金属氧化物催化CO2加氢制甲醇体系中活性与选择性的相互制约，严重限制了其低温催化性能的提升。因此，为实现CO2低温高效加氢制甲醇，亟需寻求新的催化剂体系。
| （1）化合反应的原子利用率最高，为100%，故答案为：Ⅰ； （2）甲醇燃烧的反应原理是：正极反应一定是氧气得电子的过程，在碱性环境下，得到氢氧根离子，即O 2 +2H 2 O+4e - =4OH - ，故答案为：O 2 +2H 2 O+4e - =4OH - ； ②所有燃料电池的总反应是燃料的燃烧反应，溶液的pH减小，说明电解质氢氧化钾被消耗，即2CH 3 OH+3O 2 +4OH - =2CO 3 2- +6H 2 O，故答案为：2CH 3 OH+3O 2 +4OH - =2CO 3 2- +6H 2 O； （3）①0～5min这段时间所消耗的甲烷的浓度为0.5mol/L，根据热化学方程式CH 4 （g）+H 2 O（g）
CO（g）+3H 2 （g），△H═+206kJ/mol的含义，所以消耗的甲烷的浓度为0.5mol/L时，吸收的热量为：
②进行到5min钟时，甲烷的浓度为0.5mol/L，所以水蒸气以及一氧化碳的浓度为0.5mol/L，氢气的为1.5mol/L，据K=
③当反应进行到8min时，甲烷的浓度减小，所以是增加了水蒸气的量，设加入的水蒸气的量为x，则： CH 4 （g）+H 2 O（g）
CO（g）+3H 2 （g） 初始浓度：1 1 0 0 变化浓度：0.75 0.75 0.75 2.25 8min钟末浓度：0.25 1+x-0.75 0.75 2.25 则Qc=
解得x=4.8125，所以8min时c（H 2 O）=4.8125+0.25=5.0625≈5.1（mol/L）． 故答案为：5.1． |
全球变暖是人类的行为造成地球气候变化的后果。“碳”就是石油、煤炭、木材等由碳元素构成的自然资源。“碳”耗用得多，导致地球暖化的元凶“二氧化碳”也制造得多。随着人类的活动，全球变暖也在改变（影响）着人们的生活方式，带来越来越多的问题。 近年来，随着碳中和，碳达峰，碳捕捉等控制二氧化碳排放的概念和举措大力推进，各种新能源也相应出场，目前也基本达成共识氢能是人类未来发展的方向，也是人类未来的能源依托。液态阳光作为太阳燃料，能有助于解决当下氢能的安全问题和可持续发展问题吗？
一、液态阳光的由来：
液态阳光”（Liquid Sunshine），即“清洁甲醇”和“绿色甲醇” ，是指生产过程中碳排放极低或为零时制得的甲醇。最早在2018年由中国科学院成立了以院长白春礼院士为组长，李静海院士、张涛院士、施春风教授以及若干企业家组成的“液态阳光”专题组，对甲醇燃料进行了专题研究。由于甲醇在 社会 上已经被“妖魔化”，甲醇有毒的认识已经根深蒂固。为了破除甲醇有毒的“魔咒”，中国科学院研究组给清洁甲醇和绿色甲醇冠以一个富有诗意的名字“液态阳光”。以国际权威杂志《焦耳》在2018年9月发表的白春礼、张涛、李静海、施春风联合署名文章为标志，国际学术界和同行很快接受了这个来自中国的靓丽名字：液态阳光（Liquid Sunshine）。
二、液态阳光和氢能源的结合基本原理：
1.利用太阳能等可再生能源通过 电催化分解水制氢技术 制取绿氢。电解水制氢工艺目前已经比较成熟，只待规划化解决成本问题了。
2. 采用双金属氧化物催化剂，实现二氧化碳高选择性、高稳定性加氢合成甲醇。
3. 甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下通过催化剂, 在催化剂的作用下, 发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应,生成氢和二氧化碳, 这是一个多组份、 多反应的气固催化反应系统。综合方程式：CH3OH+H2O CO2+3H2 ，重整反应生成的H2和CO2, 再经过 变压吸附法 (PSA)将H2和CO2分离,同时去除中间态的CO，得到高纯氢气。
整个液态阳光和氢能源结合就是一个闭合循环，利用太阳能光伏发电、风电和水电（以及核电）等可再生能源为前提，需要电解水制氢、氢气加二氧化碳制取甲醇、甲醇加水裂解制氢三个环节的技术和工艺设备。在这个过程可实现制取绿氢、生产清洁的甲醇燃料、将甲醇作为氢气的储运载体、二氧化碳的中和和捕捉等，我们可以根据不同的应用场景和区域资源差异来做对应的应用。
三、液态阳光和氢能源结合的示范应用项目
讲到液态阳光和氢能源的结合不得不提一个人，他就是全国工商联新能源商会监事长、科学院院士、中科院大连化学物理研究所清洁能源国家研究所主任李灿。2020年 10月15日，由 李灿院士 带领团队研发的千吨级液态太阳燃料合成(又称“液态阳光”)示范项目，在甘肃兰州通过中国石油和化学工业联合会组织的 科技 成果鉴定。鉴定委员会专家一致认为：该项目集成创新了液态太阳燃料合成全流程工艺装置，具有完全自主知识产权，整体技术处于国际领先。
液态太阳燃料合成示范项目基于中科院大连化物所李灿院士团队开发的两项关键创新技术建设示范，包括高效、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 。
您认为液态阳光和氢能的有机结合会是我们在氢能源路线上的重大突破吗，您怎么认为呢？
甲醇的生产，主要是合成法，尚有少量从木材干馏作为副产回收。合成的化学反应式为：
H2 + CO → CH3OH
合成甲醇可以固体（如煤、焦炭）液体（如原油、重油、轻油）或气体（如天然气及其他可燃性气体）为原料，经造气净化（脱硫）变换，除去二氧化碳，配制成一定的合成气（一氧化碳和氢）。在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件。单产甲醇（分高压法低压和中压法），或与合成氨联产甲醇（联醇法）。将合成后的粗甲醇，经预精馏脱除甲醚，精馏而得成品甲醇。
①CO（g）+
| 1 |
| 2 |
②CH3OH（l）+
| 1 |
| 2 |
由盖斯定律可知，②-①得反应CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l），则△H=-726.5kJ?mol-1-（-283.0kJ?mol-1）=-443.5kJ?mol-1，
故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-443.5kJ?mol-1；
（2）工业上用反应④低压合成甲醇，在230℃～270℃最为有利．为研究合成气最合适的起始组成比，分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图．合成甲醇是放热反应，温度越低转化率越大，结合图象可知，270℃的实验结果所对应的曲线是Z，CO为有毒气体反应时尽可能完全转化，由图象分析投料比越高，对应的反应温度越高，
故答案为：Z；投料比越高，对应的反应温度越高；
（3）当投料比为1：1，温度为230℃，曲线为x，图象分析判断，一氧化碳转化率为40%，
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
起始量（mol） x x 0
变化量（mol） 0.4x 0.8x 0.4x
平衡量（mol）0.6x 0.2x 0.4x
则平衡混合气体中，CH3OH的物质的量分数=
| 0.4x |
| 1.2x |
故答案为：33.3%；40%．
作为一种可再生的绿色液态燃料，“液态阳光”发展日益受到各国重视，被视为解决二氧化碳减排甚至达到碳中和的理想途径。
所谓“液态阳光”，是将利用太阳能等可再生能源产生的电力电解水生产氢，并将二氧化碳与氢合成为甲醇等便于储运的绿色液态燃料。
“‘液态阳光’是真正利用可再生能源资源化利用二氧化碳，实现规模化低碳乃至无碳能源的路径。”2020年12月14日，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在第九届全球能源安全智库论坛上表示。
值得注意的是，全球第一个规模化太阳燃料合成示范项目已于2020年1月在兰州正式投入运营，迈出了我国利用可再生能源大规模生产绿色甲醇的第一步，也意味着我国拉开了向“液态阳光”甲醇经济转型的“大幕”。
能源系统碳中和
“液态阳光”被寄予厚望
“我国提出了将在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的目标。但与此同时，我国是世界上最大的能源生产国和消费国，要让这样一个以碳基能源为基础的超大能源系统实现碳达峰、碳中和，是一项艰巨的系统性工程。”中国 社会 科学院国际法研究所科研外事处处长廖凡在论坛上指出。
在李灿看来，富煤、贫油、少气是我国的能源资源禀赋特征，在我国消费结构中，化石能源占比超84%，超70%的石油资源仍依赖进口，想要在10年时间内实现碳达峰，30年时间内实现碳中和，除了从植物自然光合作用、海洋吸收、节能降耗外，发展可再生能源、提高非化石能源使用比例是更为重要的途径。
“尤其要注意发展‘液态阳光’技术，这是一条发展可再生能源，实现规模化低碳乃至无碳能源，回归地球生态平衡的重要路径，为实现碳中和提供可行技术方案。” 李灿认为。
相关测算显示，1吨甲醇可转化1.375吨二氧化碳。按照我国2020年甲醇年产能9358万吨计算，每年的甲醇产能可有望转化上亿吨二氧化碳；如果用可再生能源合成的“液态阳光”甲醇规模化替代汽油，那么每年则可实现减排二氧化碳超10亿吨，与我国植树造林减排二氧化碳的最大值相当。
一举多得
助力解决可再生能源间歇性难题
我国能源需求潜力巨大，导致二氧化碳减排任务艰巨。利用可再生能源替代化石燃料、保障液态燃料供给，实现低碳经济，是关系我国能源安全及经济可持续发展的重要课题。
“液态阳光”不仅是太阳能大规模经济利用的关键技术和发展方向，还是化学储能的一种新形式，可帮助解决可再生能源间歇性难题。
“‘液态阳光’是通过突破高效、低成本、长寿命规模化的电催化分解水制氢技术，制取甲醇，而氢能与甲醇均是稳定可长期储存的能源。” 在李灿看来，甲醇既是理想的化学储氢分子，可帮助解决当前氢能产业大规模发展面临的储运与加注掣肘。同时，“液态阳光”技术应用还有另一层要义，便是解决边远地区的可再生能源及弃电问题，将是除（特）高压输电之外的另一条规模化输送能源的途径。
从兰州新区建成投运的我国首个千吨级液态太阳燃料合成示范项目看，该技术路径已经具备可行性。
应用规模初具
呼吁政策鼓励绿色甲醇发展
“液态阳光”甲醇不仅是一种绿色液态燃料，还是一种重要的绿色化工原料。
李灿认为，“液态阳光”的大规模使用，将有助于建立新型绿色低碳、高效的能源系统，促进我国向绿色甲醇经济转型发展。特别是在我国强化碳减排的当下，“液态阳光”有望迎来爆发式发展。
我国拥有全球最大的甲醇市场。在能源化应用方面，当前，甲醇作为新型燃料，在餐饮、锅炉、采暖、交通等领域的应用市场已开始逐渐形成。
“液态阳光”甲醇作为绿色氢能载体，可解决氢能的储运难题，与此同时，还可使燃料电池 汽车 全链条绿色化，助力交通领域实现深度脱碳。
谈及未来甲醇发展，原机械工业部部长何光远建议，我国应将甲醇燃料作为新兴能源纳入国家能源体系，统筹协调各有关职能部门，出台政策性推广应用文件。“一要明确甲醇燃料推广应用全流程涉及的管理部门职责，以政策支持为抓手，明确职责，引导市场机制；二要鼓励坚持创新 科技 研究；三要统筹规范指导，发挥行业积极性，推进我国甲醇燃料应用。”
