澳大利亚国家工程院外籍院士刘科：绿色甲醇是实现碳中和的终极能源

21世纪经济报道见习记者韩逸飞 成都报道

未来10年将是氢能“黄金发展期”。在我国实现双碳目标的进程中，氢能已渐渐站上了“C位”。2022年是全球氢能产业规模化发展的“元年”，世界各国热情高涨，全球氢能领域的直接投资达到了2500亿美元。

近年来，氢能作为高效清洁能源和绿色新兴产业的重要发展方向，成为全球各国谋求能源安全和经济可持续发展的一致选择。数据显示，截至2022年12月，我国已有30个省级行政区域将氢能发展纳入“十四五”规划，69个地级市、县、区明确提出要发展氢能相关产业。2022年1―12月，国内各地区累计出台412项氢能相关政策。实现碳中和，最核心的问题是什么？氢是最终能源吗？绿色甲醇又具有哪些优势呢？

在日前举行的2023年中国城燃氢盟年会暨第四届氢能学术会议上，澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学创新创业学院院长及清洁能源研究院院长刘科围绕上述问题给出了自己的答案。

风电光伏需配长时储能

在刘科看来，碳中和是一个非常复杂的系统工程，亟需通过多种技术渠道以及各方努力共同实现减碳，在这个过程中可能会由于认知不同，存在一些发展误区。

“中国的风电光伏经过将近四十年的发展，规模已经十分可观。不过，尽管增量巨大，其一段时间内仍不能与煤电相比。”刘科表示，“中国光伏每年发电小时数因地而异，大约在1100小时到2000多小时左右，能够超过2000多小时的区域不多，全国平均发电小时数大约在1450-1750小时左右；风电每年发电的时间比太阳能略微长一点，大约2000小时左右。两者均存在无法稳定供电，随机性、波动性大的问题。”

此外，刘科坦言，上网电量靠新能源配储来实现平衡的作用是非常有限的。“甚至可以说，电化学储能一定程度上会限制新能源的发展。”在他看来，未来随着新能源继续规模化发展，电化学储能大规模建设的成本会成为主要矛盾。“目前大规模低成本的储能路径仍是抽水蓄能以及压缩空气储能。”

刘科强调，碳中和核心问题就是要解决风电、太阳能等可再生能源的间歇性问题，而解决这一问题的关键是大规模储能技术的发展。电池、抽水蓄能、压缩空气及二氧化碳储能都是短期储能技术；想要实现新能源替代传统能源，除了短期储能外，依然需要一个长期储能技术，以备在长时间没风，或连续几周连阴雨时仍然保证能源供给。“风能和太阳能取代火电实现碳中和的核心是大规模储能技术。”

氢能储运仍是难题

刘科表示，中国绿氢的生产成本在急剧下降，氢能热起来，是因为风能和太阳能上不了网，弃光、弃风严重。“中国的新能源发电一般在荒漠、戈壁等地区，运送不便，但氢比电更难运输，未来也许会建输氢管，但目前来看仍需要天然气掺氢。”

在刘科看来，从能源载体理论来看，液体是最好的能源载体，氢气则不适合直接做能源的载体，因为能源载体需要足够大的体积能量密度。但氢气的体积能量密度是最小的，这导致储氢运氢的成本较高。氢气是最小的分子，这也意味着氢气极易泄漏，如果是露天场所不会存在较大的安全隐患问题，但氢气是在封闭空间中爆炸极限最宽的气体（4%-74%），在这个范围内任何一点火花都可能会产生瞬燃瞬爆的结果。

“氢气作为最容易点燃的气体，形象的比喻就是，一根针掉到钢板上产生的火花，就可以把这个屋子点燃。因此现阶段建设加氢站需要有一定安全距离。”他说。

“据炼油厂的统计，绝大部分的事故都是因为氢气的泄漏造成的，这也是氢气的本质特性所决定的。另外，加氢站占地面积大，基础设施投资费用也较为高昂。所以氢能虽好，但只能局限于露天场所和人员稀少的区域，在人口密集的城市不能使用。”刘科直言，“这是氢气的化学特性所导致的作为能源载体的弊端。氢燃料电池是好技术，其发电效率高，且排放的是无污染的水蒸气，但氢气储运成本太高及封闭空间易爆炸，并不适合做人类共有的能源载体。”

绿色甲醇是长期储能战略

刘科表示，从能源载体理论来看，液体是最好的能源载体，而绿色甲醇是绿氢最好的储运载体。绿色甲醇混合动力方案可解决电动车里程焦虑、过冬及快充站建设等痛点。绿色甲醇将解决电动车及燃料电池汽车基础设施问题。分布式能源热电联供可降低碳排放约80%，是交通领域实现碳中和的最低成本路径。

刘科直言，绿色甲醇是实现碳中和的有效路径，是绿氢最好的储运载体之一，可为加氢站及燃料电池车提供更为安全、加注便捷的氢源，且绿色甲醇也可作为内燃机车更为清洁、高效的燃料。

“如果用生物质气化加上绿氢，生产的甲醇是100%绿色，那太阳能、风能与煤制甲醇虽然不是100%绿色，但是理论上也能减碳75%左右，剩下这25%的碳是碳中和允许排放的碳，也就是让放出去的碳与吸收回来的碳产生平衡。”刘科提出，因此，即使用太阳能、风能与煤结合制的甲醇，理论上也都可以叫绿色甲醇。

刘科最后说，碳中和时代的最终目标是减排，而减排就是利用可再生能源将其存储，太阳能、风能等是未来碳中和的发展方向，汽车行业也会朝着这个方向前行，绿色甲醇不仅用于提供发电、汽车行驶等，还可以保障人类的能源供应。“一套绿色甲醇的基础设施，可以供未来三代，还能解决电动车及燃料电池汽车基础设施问题以及实现燃料电池对汽车行业的推动作用。绿色甲醇不光可以在车上用，晚上没风能、太阳能时也可以发电，可以说，绿色甲醇是一个长期储能战略。”