李灿院士:发展可再生能源才能从根本实现碳减排

中国能源报 节能环保 2020-05-28 16:02:03
     

“要有效解决生态环境问题、减少二氧化碳排放,并实现对煤炭等化石资源的逐步替代,发展可再生能源是根本途径、不二之选。近期征求意见的《能源法》,将可再生能源列为能源发展的优先领域,对其重视达到前所未有的高度,是符合我国能源可持续发展国情的正确方向。大力发展可再生能源、推动低碳转型,再怎么强调都不为过。”在接受记者采访时,全国政协委员、中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员李灿反复提及可再生能源的重要作用。


为何如此重视?李灿表示,首先是减排污染物和二氧化碳的迫切需要。“有统计表明,去年是有记录116年以来,全球气候最干燥、极端天气频发最多的一年,气候变化已经到了非常严峻的程度,成为国际社会普遍关心的焦点。由于过度依赖化石能源,我国这样的二氧化碳排放大国更应加倍重视可再生能源、加大减排力度。”


其次,出于对能源资源优化利用的现实需求。“长期以来,煤炭在我国能源体系中占据主导。但从煤炭资源总量和人均占有量来看,我国仅仅是相对富煤,人均占有量排在世界后面,化石能源日渐枯竭是不争的事实。”李灿称,化石能源本身不是原罪,简单一烧了之却带来诸多问题。一方面,煤的燃烧过程产生大量硫氧化物和氮氧化物等大气污染物,更严重的是排放巨量的二氧化碳,对气候环境直接造成危害;另一方面,煤炭等化石能源是宝贵的原料资源,由煤炭可制备许多重要的化学品及材料。


“过去由于我国能源资源短缺,煤更多用于燃烧发电。如今可再生能源发展迅速,若继续直接把煤烧掉,相当于把宝贵的原料资源烧成二氧化碳排放到大气中去,十分可惜。为实现煤炭资源高效优化利用,少发电、多转化,把煤作为原料来用是更为合理的路径。相应的,就需要用可再生能源逐步替代燃煤发电。”李灿称。


第三,随着技术提升、成本降低,可再生能源利用在经济上更加可行。李灿举例,从发电来看,风、光等可再生能源发电成本已接近甚至低于火电成本,未来随着技术不断创新,其成本甚至将远低于火电成本。“我不是强调立刻完全切断化石能源,而是逐步实现化石能源与可再生能源的优化互补,努力实现二氧化碳减排。”


第四,在能源转化过程中,一个非常重要的问题是如何将可再生能源转化为液体燃料。因为目前包括太阳能在内的绝大部分可再生能源都用于发电,而能源需求的另一个重要难题是需要可储存、可运输的液体燃料。故将太阳能等再生能源转化为液体化学燃料是一个巨大而紧迫的挑战,这个过程也可称之为“人工光合成”太阳燃料,即由可再生能源转化二氧化碳和水合成的燃料可泛称为太阳燃料。


李灿告诉记者,由其团队研发并实施的国内首个液态太阳燃料合成示范工程项目已在兰州新区成功开车,这也是全球首个真正意义上的直接资用太阳能的太阳燃料合成工业化示范工程,这个项目的核心技术就是利用太阳能光伏发电分解水制氢,氢气再与二氧化碳反应合成甲醇燃料,即可用于替代车用汽、柴油。“目前由于我国相对富煤,煤制甲醇具备成本优势。但在解决煤炭清洁高效利用的同时,却无法解决煤制甲醇过程必然产生的碳排放问题。因此,利用太阳燃料是真正可持续的低碳甚至零碳发展的路径。”


李灿进一步表示,对于可再生能源电解水制氢,不少人的认识还停留在过去低效率、高成本等传统观念。实际上,随着可再生能源发电成本逐年降低和电解水制氢技术的快速进步,其能量转换效率大幅提升,制氢成本显着降低。“过去,电解水装置效率只有百分之五六十,相当于接近一半的电能被浪费,只有一半多一点的电转化为氢。就兰州新区项目而言,所发展的规模化电解水制氢技术的能量转化效率可提高15-20%以上,达到目前国际上综合技术指标最高水平。在此基础上,电解水制氢的成本显着下降。现在可接近天然气制氢成本,若采用弃光、弃风、弃水的电能,制氢成本可以接近煤制氢的成本,更重要的是可以实现制氢过程的零碳排放。”


“之所以不提倡煤制氢,是出于煤炭资源的优化利用和二氧化碳减排两个方面的考虑。”李灿认为,一窝蜂上马煤制氢的行为并不理智,也不是未来正确的方向。现阶段,氢能产业尚处于发展初期,需要少量化石能源制氢的催生与带动。“发展氢能的初衷在于减排污染物和二氧化碳,氢燃料电池本身是一项清洁技术。但从煤制氢生产、储运、利用的全过程来看,并没有减少碳排放,只是将碳排放由全过程的末端转移到前端。从发展氢燃料电池车的初心看,最终还是要发展可再生能源制氢。”


李灿透露,在规模化合成太阳燃料的基础上,目前还在尝试推进可再生能源与煤化工结合,发展“零碳排放的煤化工”。“煤可以制油、制气、制甲醇等等。但在生产过程中,煤的碳原子利用率其实很低,其中只有1/3-1/2的煤碳原子转化为产品,另外2/3-1/2-的煤碳原子烧成二氧化碳排出去了。比如煤制甲醇,需要2-3个碳原子,而甲醇本身只需要煤炭提供1个碳原子,其余的碳原子被转化为二氧化碳白白浪费了,碳原子利用的经济效率不到50%。“零碳排放的煤化工”就是要实现化石资源优化利用,为绿色生产提供一套新思路。通过可再生能源实现零碳排放制氢,与煤化工过程结合,把所有的煤碳原子都经济地转化为产品,而不是以二氧化碳排放,这样可以大幅节约煤炭资源,为子孙后代保留下宝贵的化石资源。


“值得一提的是,我国很多风、光等可再生能源多分布于西部地区,发展可再生能源及其转化技术可形成新兴产业,为西部地区带来就业机会,为上下游关联产业带来新的机遇。发展新能源可为西部欠发达地区增加造血功能,有望助力解决经济欠发达地区的产业升级、转型和经济可持续发展,为实施西部大开发战略提供基础。”李灿表示。



(编辑:张素英  审校:张艳)
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