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专题清洁能源的甲醇之路零碳研究院碳报第

发布时间:2023/1/1 11:31:08   
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9月初,甲醇经济发展论坛在山西省晋中市举办。此举也是这座有着30多年甲醇发展史的城市,在经历诸多产业波折,牵手吉利汽车后,第一次直面甲醇产业的核心问题。

在纯电和燃料电池成为舆论主流的今天,连“新能源”身份都没有明确的甲醇燃料,为何重新进入大众视野?被期待补足重载领域清洁发展短板的甲醇重卡可否托付明天?

困境:60%以上的汽车氮氧化物排放来自占比不到7%的重卡

近年来,乘用车新能源化发展趋势明显,年时新能源汽车销量不足万辆(辆),年新能源汽车销量首次突破万辆,年直接升至万辆。然而,一个基本事实是,公路交通运输领域温室气体的排放主要来自重载运输。

天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室姚春德教授发表演讲。新京报贝壳财经记者白华兵摄

天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室姚春德教授表示:“柴油动力承担几乎%物流运输和工程建设及农业生产。到年7月,机动车保有量达到3亿辆,其中柴油车保有量大约2万辆左右,仅占机动车保有量的6.6%。加上工农业机械、船舶、内燃机车等各类柴油动力,消耗商品油占总量的三分之二,排放了总量63.4%的NOx(氮氧化物)和95.9%的颗粒物。”

事实上,让我们担忧的不仅仅是排放,还有能源安全。

我国是一个多煤、贫油、少气的国家,石油严重依赖海外进口。我国自年成为石油净进口国,石油进口对外依存度超过70%,这对国家能源安全造成极大压力。

据中国海关总署统计数据显示,年中国原油累计进口量达到了万吨。而据国家统计局统计数据显示,年中国原油累计产量仅达到.6万吨。在大约7亿吨的原油需求中,有超过5亿吨需要进口。

因此,重载运输领域的清洁化、低碳化发展已经迫不及待。

近年来,我国在这方面的探索也一直在进行,并且细分出纯电、油电混动汽车、氢燃料电池等多个赛道。然而,长距离重载运输的难题一直没有得到有效解决。纯电面临低温、续航、动力不足等问题,而氢燃料电池又面临成本过高、储存运输有限等瓶颈。

优势:多煤、贫油国情下,甲醇以优越性能获重新认识

晋中市市长常书铭在论坛中说,“甲醇被喻为清洁的‘煤’、便宜的‘油’、简装的‘气’、移动的‘电’、液态的‘氢’。”

常书铭表示,甲醇是清洁的。“双碳”目标的核心是降碳,1个甲醇分子仅含一个碳原子(汽油约6—12个,柴油约10—22个),低碳含氧富氢,是世界公认的清洁能源。甲醇是经济的。以重卡为例,相比柴油,甲醇运行成本更低,每公里省5毛,一年运行15万公里,就能省7.5万元,运行越多越省钱,如果人歇车不歇,按照每台车6到7年的生命周期,可节省约50万元。甲醇是安全的。常温常压下呈液态,性能稳定,安全系数高(燃料相对危险度,即包括毒性、引烧、引火在内的综合指数:汽油41、柴油34、甲醇28)。据预测,如果甲醇燃料应用3.5亿吨以上,我国原油对外依存度可降到约30%,最大化保障我们能源安全。

姚春德表示,甲醇的体积能量密度,是氢气的.5倍,是液体氢的1.84倍;甲醇的储电能力1.0kg为5.48kWh(度)。此外,甲醇还有运输、储存和加注方便,价格低廉,常温条件贮存等特点。

南方科技大学创新创业学院院长刘科表示,“今后用劣质煤和便宜的风能、太阳能结合,制成绿色甲醇,取之不尽,这是实现今后碳中和的重要路径,同时也是解决中国石油不够的重要战略路径。它是在碳中和方面有一箭三雕功能,第一,它可以资源化转化二氧化碳,解决工业刚性排放的二氧化碳,规模化生产甲醇,并可缓解我们国家液态燃料短缺局面;第二方面可以成为氢能的载体,解决氢能制备储存和运输的安全性和成本性问题;第三,可以解决间歇性能源,风、光规模化储能和调峰问题。”

突破:甲醇汽车已经突破腐蚀、积碳等技术瓶颈

值得注意的是,我国在甲醇的研究和应用上,起步很早。目前,晋中市已经走过30多年的发展之路。早在十多年前,该市就开始在出租车、公交车等领域推动甲醇的应用。然而,随着电动化浪潮的来临,发展并不顺利。曾经的龙头企业不得已开发甲醇锅炉,推动甲醇在其他领域的小规模应用。

晋中基地生产的新一代吉利远程甲醇重卡亮相。新京报贝壳财经记者白华兵摄

分析者认为,原因是多方面的,除了政策因素外,还因为甲醇燃料自身的问题得不到很好解决,比如低温启动的问题,腐蚀性问题,以及燃烧积碳问题。

在太原能源低碳发展论坛上,吉利控股集团董事长李书福表示,吉利已经深耕甲醇领域17年,成功地解决了甲醇发动机零部件耐醇、耐久性能等行业难题,掌握了甲醇汽车的核心技术,形成专利余件,开发甲醇燃料车型20余款,累计行驶里程接近亿公里,最高单车运行里程超过万公里,耐久性可靠性得到实践验证,成为全球首个实现甲醇汽车量产的主机厂。

姚春德介绍,工信部自年开始,在山西、陕西、上海两省一市启动了甲醇汽车试点,后试点扩展到贵州、甘肃。年,国务院办公厅《关于加强内燃机工业节能减排的意见》提出,用甲醇替代柴油解决重型柴油机替代燃料问题。年3月,工信部等八部委发布《关于在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见》,开启了在全国有条件地区推广应用甲醇汽车的先河。

姚春德表示,甲醇燃料曾经面临的问题,已经被一些科研院所和企业攻克。比如甲醇添加剂使得甲醇成为车用级燃料;甲醇专用润滑油解决了运动件系统的异常损害问题;新型耐甲醇低摩擦的合金材料,解决了金属件材料的异常腐蚀、磨损问题;新型耐甲醇的橡胶材料,解决了橡胶急速老化问题。而进气道的喷燃技术,也使得发动机积碳得以燃烧。

现实:煤炭清洁化利用的甲醇路径已经成型

中国科学院副院长张涛表示,中国能源安全主要是指油气供应安全,如果能够通过甲醇跨越油气时代,中国的能源安全就会得到极大的保障。

1月27日,习近平总书记在山西考察时强调,推进碳达峰碳中和,不是别人让我们做,而是我们自己必须要做,但这不是轻轻松松就能实现的,等不得,也急不得。必须尊重客观规律,把握步骤节奏,先立后破、稳中求进。富煤贫油少气是我国国情,要夯实国内能源生产基础,保障煤炭供应安全,统筹抓好煤炭清洁低碳发展、多元化利用、综合储运这篇大文章,加快绿色低碳技术攻关,持续推动产业结构优化升级。

中共中央政治局常委、国务院副总理韩正6月28日到山西太原调研时指出,推进煤炭清洁高效利用,是推动能源绿色低碳转型、实现碳达峰碳中和目标的重要途径。

据了解,山西省的煤炭储量、可开采量居全国前列,同时有弃采煤约多亿吨。此外,山西省还拥有全国最大的焦化产能,约1.5亿吨。这些不同的丰富的资源类型,恰好可以采用不同的低碳绿色发展路线,实现甲醇低碳化、零碳化乃至负碳化生产。

常书铭介绍,现阶段,甲醇消费重头在重卡领域。1台甲醇重卡每年跑10万公里,需消耗甲醇约吨,10万台需0万吨。山西每年焦化产能约1.4亿吨,每10吨焦化产能可产1吨甲醇,仅这一项每年可制备万吨,满足14万台重卡需求。现阶段利用煤、焦炉煤气、天然气三种传统方式制甲醇的基础上,晋中把“绿醇”生产作为未来的发展方向,也就是运用碳中和方式和生物质循环利用制备绿色甲醇。利用捕集工厂排放的CO,与绿氢、焦炉气制甲醇,实现“化腐朽为神奇”,就是把CO的“腐朽”变为甲醇能源的“神奇”;通过把农作物秸秆、生活垃圾等生物质生产绿色甲醇,“变荒地为油田”。

甲醇经济“晋中宣言”将从绿色发展、技术创新、产业布局、示范区建设等方面推动甲醇经济的全面发展。新京报贝壳财经记者白华兵摄

未来:多方式制醇比单纯的碳捕集、利用与封存更经济高效

CCUS就是碳捕集、利用与封存,通过碳捕集、利用与封存可以显著减少电厂和工业的煤炭燃烧排放量。

然而,《中国石油石化》杂志就撰文指出,“双碳”背景下,CCUS作为一种大规模的温室气体减排技术被寄予了厚望。联合国政府间气候变化专门委员会指出,如果没有CCUS,几乎所有气候模式都不能实现《巴黎协定》目标,且全球碳减排成本将会成倍增加。包括中国在内的许多国家以及众多企业,已经将CCUS定位为实现“双碳”目标的关键技术,着重布局,着力发展。

文章表示:“CCUS大发展的机遇就在眼前。但是,现在还不得不泼一盆冷水。澳大利亚Gorgon项目,最初计划每年捕获并向地下注入万吨二氧化碳。尽管其拥有雪佛龙、埃克森美孚、壳牌等强大的股东背景,项目年开始运营至今仍未能实现埋存目标,表现比目标低了约50%。”

刘科教授就认为,与其花大价钱把二氧化碳气体压入地层,以此来获取更多的油气资源来增加碳排放,倒不如直接把工业生产过程中不得已的二氧化碳排放给搜集起来,制成甲醇,从而降低最终排放量。如果有足够的廉价绿电,还可以直接从空气中捕集二氧化碳。这样,既压短了二氧化碳的循环流程,又降低了排量,还很经济实惠。

中国科学院副院长张涛介绍,早在年,中国科学院就提出了液态阳光概念,之后在国际著名能源期刊上发表了相关论文。这里液态阳光,指的是生产过程中碳排放极低,或为临时制的甲醇等液体燃料。中国科学院大连化学物理研究所于年在兰州建设了千吨级液态阳光中试装置,该装置利用太阳能发电、电解水产氢、氢气与二氧化碳反应生成甲醇,从而把可再生能源能量存储在液体燃料甲醇中,该技术不仅能够将二氧化碳转化为与人们生活息息相关的化工品,拓展二氧化碳利用途径,减少煤炭、石油等传统化石资源的消耗,还能耦合可再生能源技术,通过把可再生能源制取的绿氢合成化工品,将可再生能源转化为化学能,储存于便于运输的物质之中,例如甲醇、氨、汽油,是电能高品位延伸,可解决一些特定领域的需求,是未来解决二氧化碳排放的重要途径之一,对全球绿色发展,我国能源经济结构调整,化工行业储能行业发展都具有深远的意义。

张涛表示:“积极推进甲醇产业化应用,是开发低碳能源、发展循环经济最重要的举措之一,国家‘十四五’工业绿色发展规划中,首次将甲醇汽车列入绿色产品,绿色甲醇被列入绿色低碳技术推广应用工程。”

新京报零碳研究院研究员白华兵

编辑陈莉校对柳宝庆



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