甲醇 碳中和,甲醇中如何生成碳基-凯发体育客户端

相信目前大家对于甲醇中如何生成碳基都比较感兴趣，现在小鱼就为大家收集了一些关于甲醇 碳中和相关的信息分享给大家，希望能够解答大家的问题。

以绿色甲醇为原料的能源系统如果能够大规模推广，可以使用不到今天煤炭和石油经济五分之一的碳排放量，解决中国的电力、交通、供暖和制冷问题。

文|虫火谷

现在风能和太阳能很便宜。然而，到2019年底，在新冠肺炎疫情爆发之前，中国风能和太阳能经过40多年的发展，能够向东部输送的电力仅相当于1.92亿吨标准煤，约占煤电的12.5%。

受电网稳定性要求的限制，电网只能输送一定量的不稳定能量。太阳能一年只有20%左右的时间发电(视地区而定)。其余80%的时间呢？有必要寻求一种经济可行、可在全球推广的大规模储能技术。

储能从1859年到现在研究了几百年，研发花费了上万亿人民币。但100多年前就存在的抽水蓄能技术，至今仍是技术成熟度最高、经济性最好的大型蓄能技术。抽水蓄能工程的选址对自然地理位置要求很高。我国抽水蓄能电站主要分布在华东和华北地区，占总规模的60%。电池储能技术已经研究了100多年。到目前为止，“全球一年的电池产量还不够东京一天的使用量。”一项技术如果研究了100多年，还是比不过多年前就存在的抽水蓄能。大规模储能领域要考虑其他方向。

目前中国每年的碳排放量为103亿吨，除以14亿人口，平均每人约7.4吨。一家三口22吨左右，每天开车用电。只要每个人都意识到节能，就可以减少很多碳排放。

在碳减排的大背景下，理论上可以将二氧化碳转化为产品。全世界87%的石油用于燃烧，只有13.3%生产所有石化产品供人类使用。靠二氧化碳转化成其他物质，能盈利就推，但对整个碳排放来说是杯水车薪。

图1碳捕获和储存(ccs)示意图

与ccs技术相比，我国ccus技术发展迅速，年二氧化碳捕获能力约170万吨。但是在数亿吨碳排放之前，ccs和ccus的作用是有限的。10年前，笔者所在的美国通用电气公司斥资28亿美元建造了一座630mw净零排放整体煤气化联合循环电厂(igcc电厂)，该电厂被称为自爱迪生创立ge100年以来，ge制造的最复杂的工业系统，但最终未能掩埋二氧化碳。当初，福岛核电站事故还没有发生。根据原始数据，与其在火电厂做igcc或ccs/ccus路线，不如直接做核电。

提高能源效率是降低碳排放的可行途径，也是降低碳排放成本最低、优先的途径。如图2所示，经过100多年的工业化，到2001年，中国的煤炭产量只有13亿吨。到2013年，仅仅13年就增加到39亿吨。12年，中国的能源消耗翻了三倍，很惊人。主要原因是2001年中国加入wto，世界市场对中国开放，中国成为世界工厂，能源消耗猛增。同时，这一时期大量的房地产和基础设施建设也刺激了煤炭消费，钢筋混凝土需要消耗大量的煤炭。

图2中国工业化进程与原煤产量的关系

电动汽车的碳减排之争

电动汽车可以减碳，但前提是电网的很大一部分要用非化石能源生产。如果不改变能源结构，电网中的大部分电力还是靠煤炭发电，表面上还是靠电力驱动。从整个生命周期来看，实际上是靠煤炭驱动，电动汽车对减碳的贡献非常有限。

如图3所示，对于诸如汽车和轮船的交通工具，对于诸如汽车、轮船和飞机的移动交通工具

人类花了几百年的时间进行研发。现在特斯拉和比亚迪做的电池是300千瓦时/立方米-600千瓦时/立方米，而汽油是8600千瓦时/立方米。我们后面要提到的绿色甲醇是4300kwh/m3。

为什么人类的第一条流水线是1913年福特的汽车生产线？生产一台内燃机是非常昂贵的，但是福特的生产线建成后，如果一条生产线满员，每辆车的成本就会大大降低。1913年福特的装配线投产后，汽车价格从原来的4300美元降到300多美元，使得当时美国的每个蓝领工人都能买得起汽车。

但与电动汽车不同的是，电动汽车的核心部件是电池，其生产过程需要各种制造材料，有些材料，如有色金属和稀有贵金属，储量和开采量有限。1万块、10万块的生产成本降低了，但每块电池的单价大多是由材料决定的，而不是量越大越便宜；相反，当数量大到市场上的材料供求失衡时，一些金属材料的价格就会飙升。最近由于各个电动车工厂扩大生产，所有用于制造电池的金属价格都在飙升，就说明了这一点。

另外，电池回收的问题也没有完全解决。随着电动汽车的大规模使用，未来将有数百万块电池分布在中国。电池不回收就随意丢弃，电池中的一些剧毒化学物质会污染土壤和地下水。

也有人提出，可以通过回收电池作为储能电站来解决废电池问题。最近因为几起安全事故，国家发改委(ndrc)叫停了很多废旧电池储能电站项目，废旧电池储能电站大规模应用还存在很多问题。

有鉴于此，可以发展电动汽车，但从生产之日起就必须考虑电池回收。电动车是一个很好的技术，对于人们在城市里开车上下班是非常好的。当电动汽车发展到一定规模时，各种金属的价格仍然合理才是比较科学的，其增长速度必须与材料价格和能源结构的改善相匹配，才能健康发展。

目前我国每年汽车产能约2900万辆，今年电动车产能已近300万辆，导致近期各种金属价格飙升；继续盲目扩大电动车产能对整个行业来说未必是好事。

笔者认为，除非短期内有重大技术突破，否则电动车的第一制约

因素是各种金属材料的价格；第二个约束因素是发展到一定规模后，电网包括小区电网的改造都需要和电动车的发展速度匹配；目前资本市场对电动车这一行业的估值可能已经偏高。

绿色甲醇，另一条道路

中国煤化工产业的发展迅速，煤制甲醇的产能达到了9000万吨/年，主要聚集在西北地区，约占汽油产能的四分之一。甲醇是含氢量高达12.5%的液体，可以通过成熟的重整技术制成氢气。甲醇在常温常压下是液体，安全等级和汽油相近，并且在零下93摄氏度也不会结冰。

因其具有以上优点，甲醇可以通过罐车、管道高效率的输送。在中国西气东输管道已经建成，成本中比例较大的土地费用已经支付，相同的能量密度下，甲醇只需要一条直径为天然气输气管六分之一的管道即可长距离输送。在相同管径下，输入甲醇的总能量是天然气的36倍，且输送成本远低于气体输送。

图4 传统的煤制甲醇工艺路线

结合上文提到，因为风能和太阳能成本已经相当低了，许多人认为可以用西部的可再生电能去电解水制氢、制氧，把氧气排空，把氢气拉到东部来开车。这一愿景很美妙，但氢气既不好储存，也不易运输，罐车运输氢气超过一定量，一些隧道都不能过。

甲醇是良好的储氢载体，将风能和太阳能以液体的绿色甲醇形式存储，可解决氢气储运的问题。如果利用西部地区已建成的煤化工厂，接受来自于可再生能源的氧气和氢气，即可使甲醇的生产向绿色倾斜。

如图5所示，我们团队提出的绿色甲醇制备路线，主要特征在于，使用太阳能和风能电解水产生绿氢和绿氧，精简掉了空分和水气变换工艺单元，传统甲醇生产设施只需进行改造翻新即可用于制取绿色甲醇。这里，绿色甲醇指的是，在生产过程将太阳能和风能这类绿电以甲醇化学能的方式储存下来，而且甲醇生产工艺及公用工程基本不排放二氧化碳。

图5 绿色甲醇工艺路线

有煤、有太阳、有风的西部多数位于海拔1500米的地区，西气东输的管线已经建成，而修管线最贵的是征地和立项；如果西气东输的管线已经有了，根据图3的质量能量密度与体积能量密度关系图，甲醇每立方米体积能量密度是4300千瓦时/立方米，天然气每立方米只有10千瓦时；用西气东输六分之一的管径的小管子就可输送与西气东输同样的能量。

此外，东西部的海拔差，液体可以自动流到东部沿海城市。在“双碳”的要求下，今后既然储电成本尚高，还存在一定的瓶颈，那可以把多余的、便宜的风能太阳能电解水制氢制氧，仅利用一点点碳，把太阳能风能转成绿色的液体进行利用，液体是人类最好的能源载体。

绿色甲醇无论在任何场景应用，都将是绿色，无碳排放的。如图6所示，甲醇汽车使用甲醇路线。第一，甲醇内燃机就已经成了绿色能源。吉利等生产的甲醇内燃机车技术已相当成熟，今天西安、贵阳等十几个城市的公共汽车、营运车都使用甲醇作为燃料，开了好几年，没有任何问题。第二，可以做绿色甲醇-电混合动力，就如比亚迪的唐dm-i，油电混合动力百公里油耗为5升左右。而使用绿色甲醇-电混合动力的话，汽车的碳排放就大幅度降低。第三，当燃料电池成本足够便宜了，车上装绿色甲醇，通过车载甲醇在线制氢，氢气通过燃料电池发电，电再为车辆提供动力，1升甲醇制氢气是1升液氢的两倍。

图6 汽车上甲醇使用路线

如图7所示，为甲醇加注站的示意图，通过把现有液体基础设施加油站改造成绿色甲醇加注站，可以支持内燃机车、电动车、氢燃料电池车三代汽车的发展。

人类不应该急于把已建成的液体设施扔掉，加氢站的占地面积比现在中石化的加油站占地面积大。而使用甲醇作为运输工具的燃料，可很好地利用现有的燃料加注设备。举个例子，现有加油站一个罐可先改造为是绿色甲醇储罐，其他五个罐仍是汽油，再过几年根据需求可以逐渐替代相关油罐为绿色甲醇储罐，基础设施得到缓慢发展，同一套甲醇装置在现在可以使用内燃机等成熟技术，并且可以进一步发展为插电式混动模式，在未来还能够支撑氢能与燃料电池等三代汽车的发展。

图 7 甲醇加注站示意图

甲醇制氢给燃料电池发电不仅能够用于车辆，还是一种分布式能源技术，我们团队在分布式发电上也已经开发了多年。如图8所示，为分布式能源技术的主要应用场景。广东有多个山顶的5g基站就是以甲醇-水重整制氢发电作为供能系统，给基站供电了好几年，非常稳定。

因为在山顶上，通过市电拉线到基站成本高昂。四台2.5千瓦的绿色甲醇分布式供能系统就足够满足一座5g基站的用电需求。每隔几个月拉半车甲醇就可满足其用电需求。

这个设备发电只要甲醇和水。工作原理是甲醇和水在200多摄氏度产生氢气，氢气在80摄氏度和空气通过燃料电池发电。它的发电效率就比内燃机燃烧发电效率高2倍-3倍，而且反应器中200多摄氏度的余热冬天可以供暖，夏天通过热泵可以制冷。一个2.5千瓦的单台机器就可以满足一个普通的别墅的供电、供暖、制冷需要。

比较一下，这种分布式能源系统和今天中国的煤炭经济的碳排放，目前西部建一个火电厂，发电率约为40%，100万大卡的煤只发40多万大卡的电，在输送的过程中再损失一些，只有30多万大卡电送到东部沿海城市的用户端，其中60多万大卡以热的形式耗散掉。

电可以通过电网远距离输送，热不可能远距离输送。而绿色甲醇液体可以通过管道运输的方式，高效地运输过来。在房子边上用燃料电池分布式发电，不仅发电效率高，而且甲醇制氢290度的余热能够实现冬天供暖、夏天通过热泵制冷。

因此，假设采用绿色甲醇分布式能源系统，排放不到今天煤炭/石油经济五分之一的碳，就可能解决中国的电力、交通和供暖供冷等问题。尤其是用绿色甲醇取代石油的话，可有利于解决中国能源安全问题。

美元和黄金早就脱钩，美元的支撑就是石油。今天用风能、太阳能等可再生能源制的甲醇可能略微比煤制甲醇贵一点，但也贵不到哪儿去，且煤炭可用劣质煤来做作为相关原料，进一步的降低成本。

因此，绿色甲醇每百万大卡的成本不会超过汽油，利用中国已经便宜的太阳能和大量的生物质、城市垃圾（约80%是生物质）及劣质煤制成的绿色甲醇，不仅可以大大减低碳排放，而且不需要进口，可打破石油美元的垄断。

图8 分布式能源技术的主要应用场景

因此，我们提出煤炭工业的第一个碳中和概念。传统的燃煤发电，将煤炭直接烧后产生大量的灰渣及排放二氧化碳，因此今天火电厂粉煤灰成灾。目前看来，人类自工业革命300多年来，使用煤炭的方式是错误的；不管什么煤，一把火烧掉。正确的方式应该是把煤中可燃与不可燃的组分在燃烧前先分开，来自于远古大地的矿物质应该把它分离出来后，该还回土地的矿物质部分与有机质及农业菌一起制成有机肥及土壤改良剂。

图9 微矿分离技术及产品

如果10所示，为团队研发的微矿土壤改良剂及其施用作物图。微矿土壤改良剂可用于治理板结的土壤，盐碱地及沙漠，可以通过促进植物生长的方式将燃煤排放的二氧化碳重新存储回来，这样也可以做到降低碳排放。

在西部，通过太阳能和沙漠治理结合形式，在太阳能板下种植固沙植物，进而太阳能板发了电，而同时太阳能板底下的植物也能良好地生长起来、绿了起来。由此可知，碳中和是整个大的能源结构调整问题。原料成本降低时，能够让加入可再生能源后的甲醇生产变得具有竞争力。

图10 微矿土壤改良剂及其施用作物图

国内不同地方都提出要建“零碳产业园”。这个世界上的二氧化碳不能太多，但没有二氧化碳也不行，我们呼吸的氧气和吃的食品都需要二氧化碳光合作用生成。因此，生态环境需要有一定量的二氧化碳。把今天的煤炭/石油经济改为绿色甲醇经济，可减碳近80%，这样中国的碳中和问题就基本可以解决了，而且成本是可控的，不像储电那么贵。

即使绿色甲醇的制备需要生物质、城市垃圾或煤中的一点碳，但总体可实现碳中和，因此即使这样制备的甲醇中有点碳，也可以称之为绿色能源。减碳的目的是为了阻止全球气候变暖，是要把二氧化碳排放降低到一定水平而不是追求“零碳”，零碳做不到，也没必要。

碳中和需要各种清洁能源技术尤其是各种储能技术齐头并进。太阳能、风能便宜了，应大力发展，但实现碳中和的核心是各种储能技术保证在没太阳、没风时也有电力供应。除过发展核能及水电等稳定的非碳电力，凡有地理条件做抽水储能或有岩洞做压缩空气储能的，都是很好的选项。在没有这些地理条件时，把太阳能、风能等非碳排放电力以绿色甲醇液体的形式储存下来。

由此，绿色甲醇可以作为绿色能源降低对外石油进口依赖度；可通过分布式绿色甲醇燃料电池发电，不仅发电效率高，而且热电联供使得综合能效大幅度提高，充分利用中国低成本的太阳能、风能为人们提供绿色的交通燃料；也可在没风、没太阳时长期保证人们的供电、供暖及空调等需求。

推动碳中和是全社会共同的事业，需要社会体系进行创新与变革，同时更需要政产学研良性互动，真正把政产学研链接到一起的。在这个过程中最缺两类人：具有企业家精神的科学家和具有科学素养的企业家，我们希望与具有企业家精神的科学家和具有科学素养的企业家，共同推动碳中和的进步，实现我们的碳中和。

相关问答：甲醇汽油刺鼻味怎么解决？

其实这个问题有点意思，你说甲醇就甲醇汽油就汽油呗？怎么还甲醇汽油？没错，甲醇汽油是由甲醇和汽油混合而成的一种燃料，甲醇分子是ch30h属于羟基化合物，汽油是5碳到到12烃类化合物，都可以燃烧，如何去异味，这个问题其实本身是没法彻底解决的，化工类的气味问题是一个永远也无法解决的问题，不然大家也不会闻化工厂而丧胆啊，化学反应，没法去除，其实纯净的甲醇本身是没多大气味的，但是混合体后燃烧以后都会有气味产生！目前无解！

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