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。
（1）①图表分析判断，平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，正反应是放热反应，△H＜0；
故答案为：＜；
②某温度下，将2mol CO和6mol H2充入2L密闭容器中充分反应，4分钟后反应达到平衡，测得CO的物质的量为0.4mol，依据化学平衡三段式列式计算；
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
起始量（mol） 2 6 0
变化量（mol）1.6 3.2 1.6
平衡量（mol） 0.4 2.8 1.6
CO的反应速率=
| ||
| 4min |
平衡状态气体压强和起始压强之比等于气体物质的量之比P（平衡）：P（起始）=（0.4+2.8+1.6）：（2+6）=4.8：8=0.6；
故答案为：0.2mol/（L?min），0.6；
（2）CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），反应的平衡常数K=
| c(H2O)c(CH3OH) |
| c(CO2)c3(H2) |
为了加快反应Ⅱ的反应速率，并且提高H2的转化率；
a．增大CO2的浓度，增大氢气的转化率，平衡正向进行，反应速率加快，故a符合；
b．增大H2的浓度，平衡正向进行，反应速率增大，氢气的转化率减小，故b不符合；
c．增大压强，反应速率增大，平衡正向进行，氢气转化率增大，故c符合；
d．加入催化剂改变化学反应速率不改变化学平衡，氢气转化率不变，故d不符合；
故答案为：K=
| c(H2O)c(CH3OH) |
| c(CO2)c3(H2) |
（3）反应Ⅰ：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1
反应Ⅱ：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H2
依据盖斯定律反应Ⅰ-反应Ⅱ得到CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=△H1-△H2；
图表中数据保持氢气初始浓度不变，一氧化碳浓度增大一倍，达到平衡所需时间缩短4分钟，所以分析判断n=4min；
故答案为：CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=△H1-△H2 、4；
（4）甲醇和氧气以强碱溶液为电解质溶液的新型手机电池，燃料电池中燃料在原电池负极发生氧化反应，甲醇失电子在碱溶液中生成碳酸钾，该电池中甲醇发生反应的一极为负极，电极反应为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；
故答案为：负，CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；
（5）用该电池作电源，用惰性电极电解饱和NaCl溶液时，CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，每消耗0.2mol CH3OH，转移电子1.2mol，阴极电极反应为2H++2e-=H2↑，产生标况下气体的体积=0.6mol×22.4L/mol=13.44L；
故答案为：13.44．
2002年3月开始，国家在河南省南阳市、洛阳市、郑州市和黑龙江省肇东市、哈尔滨市陆续启动车用乙醇汽油的试点工作，建设了5个调配中心，改造了726座加油站，约有21万辆汽车参加了封闭运行。
2004年2月，在取得试点经验后，吉林、辽宁、黑龙江、河南、安徽五省陆续实现全省封闭运行（封闭运行是区域内只允许销售乙醇汽油，不允许销售普通汽油），湖北省9个地市、山东省7个地市、河北省6个地市和江苏省5个地市也陆续实现封闭运行。
到2006年，我国乙醇汽油推广使用工作已覆盖北方9省，燃料乙醇生产能力已经达到102万吨，已实现年调配1020万吨乙醇汽油的能力，占我国汽油消费量两成多。从国家发改委提供的资料来看，车用乙醇汽油无论在高温还是在零下30度低温的条件下都能正常使用，推广工作总体运行平稳，车用乙醇汽油得到了消费者认可，车用乙醇汽油推广是成熟的。
国家能源政策鼓励发展可再生能源，鼓励发展非粮原料燃料乙醇。按照国家最近出台的《可再生能源中长期发展规划》，到2010年我国计划增加非粮燃料乙醇年利用量200万吨,燃料乙醇年利用量将达到302万吨，乙醇汽油销售量达到3020万吨，达到全国汽油销售量50%以上，排在美国、巴西之后，居世界第三位。
| （1）d （2）①<；②>；③b （3）①O 2 +4e - +4H + =2H 2 O；②1.2 （4）Al-3e - =Al 3+ ；Al 3+ +3HCO 3 - =Al(OH) 3 ↓+3CO 2 ↑ |
| c(CH3OH) |
| c(CO)?c2(H2) |
| c(CH3OH) |
| c(CO)．c2(H2) |
（2）根据“先拐先平数值大”知T2＞T1，升高温度CO的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应，△H＜0，故答案为：＜；
②A．升高温度，平衡向逆反应方向移动，则减少甲醇产率，故错误；
B．将CH3OH（g）从体系中分离，平衡向正反应方向移动，则增加甲醇产率，故正确；
C．使用合适的催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，所以不能甲醇产率不变，故错误；
D．充入He，使体系总压强增大，但反应物、生成物浓度不变，则平衡不移动，甲醇的产率不变，故错误；
故选B；
（3）①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=-a kJ?mol-1
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-b kJ?mol-1
③H2O（g）═H2O（l）△H=-c kJ?mol-1
将方程式
| ①?②+4③ |
| 2 |
| b?a?4c |
| 2 |
故答案为：
| b?a?4c |
| 2 |
故答案为：b；放热；
（2）A．CO的起始浓度为1moL/L，体积为2L，则起始充入的CO为2mol，故a错误；
B．增加CO浓度，平衡向正方向移动，H2的转化率增大，故b正确；
C．由于反应前后气体的体积不等，则容器中压强恒定时，反应已达到平衡状态，故c正确；
D．保持温度和密闭容器容积不变，再充入1mol CO和2mol H2，相当于在原来的基础上缩小体积，压强增大，平衡向正反应方向移动，则平衡时
| n(CH3OH) |
| n(CO) |
故答案为：bcd；
（3）从反应开始到建立平衡，v（CO）=
| 1mol/L?0.25mol/L |
| 10min |
则v（H2）=2v（CO）=0.15moL/（L?min），
平衡时：c（CO）=0.25mol/L，c（CH3OH）=0.75mol/L，
则消耗n（CO）=0.75mol/L×2L=1.5mol，消耗的n（H2）=3mol，
平衡时c（H2）=
| 4mol?3mol |
| 2L |
k=
| 0.75 |
| 0.25×0．52 |
故答案为：0.15moL/（L?min）；12；
（4）增大压强，平衡向正反应方向移动，则甲醇的百分含量增大，温度升高，平衡向逆反应方向移动，甲醇的百分含量降低，则图象可为，
故答案为：．
现在工业上都使用前一个反应CO+2H2=催化剂=CH3OH，但有两大途径：单产甲醇（分高压法、低压和中压）或与合成氨联产甲醇（联醇法）。都是以固体（如煤、焦炭）、液体（如原油、重油、轻油）或气体（如天然气或其他可燃性气体）为原料、经造气、净化（脱硫）变换、除去二氧化碳、配制成一定配比的合成气（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，合成粗甲醇，经预精馏脱除甲醚，精馏而得成品甲醇。
