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太陽燃料合成是指利用太陽能、風能、水能等可再生能源發電，進而電解水制備綠氫、將二氧化碳加氫轉化制甲醇等液體燃料，把可再生能源存儲在液體燃料中。簡言之就是利用太陽能等可再生能源、二氧化碳和水，生產清潔可再生的甲醇等液體燃料（故又被形象地稱為“液態陽光”）。這將是未來解決二氧化碳排放的根本途徑之一，也是將間歇分散的太陽能等可再生能源收集儲存的一種儲能技術，是“道法自然光合作用”，實現人工光合成綠色能源的一種過程。

該項目基于大連化物所李燦院士團隊開發的兩項關鍵創新技術：高效、低成本、長壽命規模化電催化分解水制氫技術和廉價、高選擇性、高穩定性二氧化碳加氫制甲醇催化技術。

該項目采用堿性電解水制氫技術。雖然電解水制氫技術過去已經有實際應用，但一般規模較小（在50-200標方/小時），單位制氫能耗較高（約4.7-5.0度電/方氫)。李燦團隊基于長期對光、電催化分解水的研究，研發了具有我國自主知識產權的新型電解水制氫催化劑，與蘇州競立制氫設備有限公司合作，制造規模化（1000標方/小時）電解水制氫設備，單位制氫能耗降低至4.0-4.2度電/方氫，大幅降低了電解水制氫的成本，是目前世界上規模化堿性電解水制氫的最高效率。二氧化碳加氫制甲醇技術則采用李燦團隊自主研發的固溶體雙金屬氧化物催化劑（ZnO-ZrO₂），該催化劑可實現二氧化碳高選擇性、高穩定性加氫合成甲醇。其中單程甲醇選擇性大于90%，催化劑運行3000小時性能衰減小于2%。

該項目由太陽能光伏發電、電解水制氫、二氧化碳加氫合成甲醇三個基本單元構成，華陸工程科技有限責任公司主持完成了項目設計，總占地約289畝，其中光伏發電占地259畝，總投資約1.4億元，其中光伏發電約5000萬元。項目配套建設總功率為10 MW光伏發電站，經逆變-整流后，為2臺1000標方/小時電解水制氫設備提供電力。(記得關注標題下方公眾號:化學加)

該項目對緩解我國能源安全問題乃至全球生態文明建設具有重大戰略意義。它一方面探索我國西部地區豐富的太陽能等可再生能源的優化利用模式，將太陽能等可再生能源轉化為液體燃料甲醇，提供了一條特高壓輸電之外的有效利用可再生能源的路徑，為解決我國許多地區“棄光、棄風、棄水”問題提供了新的策略。另一方面，太陽燃料甲醇又是綠氫載體，可助于解決氫能儲存和運輸的安全難題。

此外，該項目將二氧化碳作為碳資源，實現二氧化碳的積極減排，生產的太陽燃料甲醇為綠色甲醇，不同于傳統煤、天然氣所制得的甲醇，實現了零碳排放。綠色甲醇的生產是目前國際上興起的碳捕獲儲存（CCS）以及進而發展的碳捕獲及資源化利用（CCSU）的發展方向，為推進低碳、清潔的能源革命提供了創新的技術路線。

該項目得到了蘭州新區黨工委和管委會的大力支持，蘭州新區石化產業投資有限公司資助并承接了工程建設，各方緊密合作，僅用18個月，實現了從實驗室研究成果走向工業化示范，是產學研成功合作的一個典范。

我國原油嚴重依賴進口，而另一方面，可再生能源資源豐富，潛力巨大。據國家電網研究院報告，2050年，可再生能源發電量將超過50%。如何利用可再生能源替代化石燃料、保障液體燃料供給，成為關系我國能源安全的重要課題。太陽燃料合成提供了從可再生能源發電到綠色液體燃料生產的全新途徑。

可再生能源的發展，將經歷與傳統能源并存、互補和替代的轉化過程。隨著可再生能源發電成本進一步降低，太陽燃料生產成本有望大幅降低，規模化太陽燃料生產實現規模化碳捕獲及資源化利用（CCSU），從而規模化消納包括太陽能在內的各種可再生能源，實現億噸級減排二氧化碳、年產億噸級太陽燃料甲醇成為可能。

該項目的前期基礎研究工作得到國家自然科學基金委、科技部重點研發計劃及中國科學院潔凈能源先導專項（A類）項目的資助。（文/圖 王集杰、劉鐵峰）

來源 |  中科院大連化物所（ID：DICP_CAS）