山东海川化工技术研究院：甲醇能源，液态阳光经济的基石

甲醇(CH3OH)最简单的有机化合物之一,是可以人工合成的最简单的清洁液体燃料。甲醇可通过传统化石能源清洁化生产制得,也可以通过太阳能、风能等间歇式可再生能源转换获得,还可以利用农作物秸秆、动物粪便、有机物等生物质能发酵获得,它可再生且可以重复利用,是转换氢能的最佳媒介。此外,相对于气体能源而言,甲醇属液态稳定性更高,易于储存、运输,是常温常压状态下含氢最丰富的能源,1L甲醇储氢量高达100g,与液氢基本相当,因此甲醇是转换“科学界公认的终极清洁能源——氢能”的最佳介质。所以甲醇不仅是一种化工原料,更是一种实现国家中长期储能的大宗化工燃料。

诺贝尔化学奖得主乔治·奥拉提出“甲醇经济”可作为应对过渡油气时代能源与环境问题的一条有效解决途径。他提出:人类使用的能源是能量的转化过程,C,H元素是人类最熟悉也是存在量最大的;能量转化过程的载体有很多,最好是液体;由于甲醇能够很方便的由煤合成,而且是液体,它是石油耗尽后最好的能量载体。

我国中科院院长联合多名院士也发文提出了“液态阳光经济”。

“液态阳光”来源于丰富的阳光、二氧化碳和水,合成可再生绿色液态燃料。它将实现人类由化石燃料能源系统为主导的能源系统向绿色能源发展的转型。

过去的两个世纪,化石燃料为人类的经济带来了指数型增长,但如今人类也正面临着这一增长带来的后果——气候变化、环境恶化、能源安全以及在未来大约100年的时间内,因化石燃料的枯竭所带来的一系列问题。受世界人口增长和发展中国家工业化进程的推动,人们对能源的渴求程度与以往相比,已攀升到了一个空前的高度。展望下一个世纪,人类只能将主要的能量来源寄希望于太阳。

阳光是地球上最丰富的能量来源,然而,如果人们希望像“拨动开关”那样自如轻松地使用太阳能,则需要开发一套系统,将来自太阳的能量转化为稳定可用的能量形态,以便于储存、运输并配送至终端使用者。

如果人类能够像发明水库系统一样,开发可以获取并储存太阳能的能量供应系统,将会对发展以阳光作为驱动力的未来世界大有裨益。

然而,将阳光转化为可储存、可运用的形式可谓挑战重重,许多被认为有潜力的解决方案都面临着技术、社会及经济等多方因素的制约。太阳能可以发电,但不方便上网,电能不能直接储存,只能先通过能量形式转换,以其它的形式储存起来,使用时再转化成电能,或者直接利用。电能的各种储能方案也都不尽理想,电池放久了就没电了。而且,用电池还存在废旧电池回收难和后期对环境污染的问题。

其实大自然为人们指明了更为智慧且简洁的方法,植物可以获取阳光并将其转化为葡萄糖,葡萄糖既是能量的载体又能将其储存,并通过水溶液的形式输运和能量转化。

人类想要获取、储存及供给太阳能,关键就在于如何将其转化为稳定、可储存、高能量的化学燃料,如绿色醇类燃料。液态燃料的运输和配送最容易实现,在对现有的基础设施和供应链进行一些改良后,便可广泛地加以运用。绿色醇类燃料以二氧化碳、阳光为原料,其生产和利用将有助于满足人类在交通、工业和材料等终端应用领域的能源需求,保持生态平衡,对可持续发展起到至关重要的作用。

当今世界的发展仍离不开化石燃料,而“液态阳光”将可能成就未来世界。因为绿色燃料来源于阳光,是可再生的不竭能源,在保护环境的同时,能够对未来多种现代化应用及服务起到至关重要的作用。

“液态阳光经济”概念其核心思想包括:多种能源变甲醇,甲醇变成人们需要的能源;CO2是能源的重要组成部分, 未来可以直接用空气中的二氧化碳或工厂排放的二氧化碳生产甲醇。二氧化碳制甲醇过程为“吸碳排氧”,能源可自给自足,就地采集,并可就地消纳和转换。由于甲醇是液态,含氧量高,含氢高,碳是主要能源燃料的基本元素,是最简单的醇。一方面,甲醇是一个高能的储能工具,另一方面,甲醇只要不泄露,可以永久储存。甲醇不仅是最基本的有机化工原料,可深加工的化工品目前已达120多种,更是世界上最清洁的燃料能源。

“液态阳光经济”概念肯定了甲醇作为可再生的液体能源的重要价值,认为甲醇可广泛应用于各个领域,实现能源可持续发展。甲醇在节能、低碳和实际应用中确实有着不错的表现,且符合我国能源安全、节能环保、低碳生活等多方面需求。因此,开发高效甲醇技术,对于推进清洁能源的应用,优化能源结构具有重要意义。

汽车的新能源之路已经开始已久,其发展目标都是尽可能的采用环保、低碳、可再生能源来取代不可再生的化石能源。根据相关报道实测甲醇燃料相当完美,不含硫、不排放颗粒物、可生物降解、燃料安全性高于LPG、汽油、柴油,制备过程绿色环保。

《甲醇指导意见》出台

3月19日,工信部等八个部委联合发布《关于在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见》(下称《甲醇指导意见》)。该意见明确提出:“实现车用燃料多元化,保障能源安全”,表明我国在能源领域的顶层设计日益清晰起来。

作为“红头文件”的《甲醇指导意见》已经出台,甲醇作为替代能源的战略成为中国发展甲醇燃料替代石油战略,有望打破美俄油气垄断地位,最终改写世界能源格局。

中国原油对外依存度高达70%以上,而进口原油中有70%是由外国油轮承运到中国的,在巨大的能源危机之下,结合中国缺油、少气、但富煤的能源结构特征,发展煤制甲醇替代石油,可以实现能源自给自足,对于保障我国能源安全具有战略意义。

甲醇燃料在汽车上应用有哪些优势?

1、液态甲醇的加注方式,可以很好的兼容现有的加油站系统。这种平滑过渡的特性,肯定比起建设充电站、加氢站的普及率更容易提升。很多现有燃油车的优势,比如续航、加注燃料的便捷性等都得到了继承,同时又符合绿色环保的发展方向。

2、价格远低于汽油、柴油,具有大规模工业制备能力,原料丰富,而且原材料之一煤炭对于中国来说储量充足,可以降低对外能源依赖度。相比煤炭燃烧发电的直接排放和污染,煤炭合成甲醇的过程也是全封闭式的,可以将过程中的废弃物收集利用。

甲醇燃料在汽车上应用有哪些劣势?

1、由于甲醇燃料本身热值较低,所以内燃机对甲醇的消耗量要大于汽油柴油。吉利的某款甲醇燃料汽车,现在百公里大约需要消耗15升甲醇,要比同排量汽油机高近一倍。从成本角度讲,虽然甲醇消耗量大但单价很低,所以依然更便宜;真正问题是同样续航里程的甲醇汽车,需要装备比汽油车更大容积的“油箱”,一定程度上会影响空间表现。

2、甲醇有一定腐蚀性、又是优良溶剂,需要对现有发动机的油封、缸壁部件进行特殊处理,否则会影响使用寿命。这一缺点目前已经解决。

3、甲醇本身汽化潜热高,低温启动性较差,所以目前的汽车技术主要是双油箱配置,除了50升的甲醇之外,还有10升的汽油,汽油主要负责的就是在低温情况的冷启动,待热机之后再切换成甲醇燃料。

甲醇燃料非常适合在中国发展;优点非常明显,尤其是对于能源结构转化的角度,毕竟中国现在对于进口石油的依赖已经到了一个相当危险的地步。

甲醇中仅含有1个碳原子,而汽油分子中含有5-12个碳原子,柴油分子中含有11-20个碳原子,这意味着甲醇的碳排最多为汽油、柴油的1/6;此外,CO2是能源的重要组成部分,不是越多越好,也不是越少越好,平衡才是最好的。甲醇制备过程为“吸碳排氧”,而甲醇制氢的过程为“吸氧排碳”,从该角度上来看,自然界的碳是能够维持平衡的。

我们所谓的“燃料”,根本属性上来说就是一种能量载体。为何石油如此方便,就是因为液态相对最容易运输,甲醇燃料天生占据的最有利的特性也正在于此。

此外,甲醇还是终极清洁能源氢能的最佳介质,甲醇作为液体储存和运输的安全性和便捷性都是得天独厚的,其储氢重量密度高达12.5wt%,常温常压下的甲醇储氢要明显优于液化(多级压缩且冷却能耗巨大)、高压(安全性无法保证)和其他储氢技术。

虽然甲醇燃料的理论和前景都非常可行,但一种新能源能否被接受,不仅仅是本身可能会遇到的技术困难,背后政策博弈、工业体系的支持同样重要,近日国家出台的《甲醇指导意见》对于积极甲醇燃料的企业来说是利好的信息。无论如何,甲醇燃料是我国发展新能源汽车的一种可选方案。

“经济增长和环境可持续是中国乃至全世界的共同目标,为构建‘人类命运共同体’,中国将会与其他国家一道,为人类社会的共同发展推动绿色燃料的技术进步。”学术界认为,“‘液态阳光’可为世界提供一条兼顾经济可持续增长和应对气候变化、环境恶化的途径,有助于实现联合国可持续发展目标。”

山东海川化工技术研究院秉承让能源转换更高效的理念,从事汽柴油充分燃烧研究数十年,在该领域已有自己的多项专利,其海川新动能提力液在动力燃料改性剂领域已备受关注。中国是一个走向现代化的发展中大国,必须立足国情,从当前的发展阶段出发,实施节能优先、以技术替代为支点、能源来源多元化、国内开发与国际合作并重的国家能源战略。现阶段根据国家出台的《甲醇指导意见》,海川的研究人员立刻采取行动,研发出了适合甲醇燃料的甲醇添加剂,该产品不但能有效的保护车辆的油路和发动机点火系统,且能让甲醇燃料热值低,能耗量大的问题得到了明显改善,在同一发动机上,可使甲醇燃料的动力明显高于汽油燃烧的动力,甲醇百公里消耗也可降低20%以上,这项技术必将为我国能源战略多元化,能源消耗高效化做出积极的贡献。（作者：黎明）