储能和减排呼唤甲醇登上历史舞台

氢能产业链大致可分为上游氢气生产、中游氢气储运、下游氢能应用三个环节。 当前氢能产业发展初期，中游储运端正成为制约氢能发展的瓶颈。

常见的储氢方法包括物理储氢，如高压气态储氢、低温液态储氢、金属氢化物固态储氢等。 化学储氢方法包括有机物吸附储氢。 此外，利用甲醇储氢已成为流行的储氢方法。

储能减排呼唤甲醇登上历史舞台

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刘克介绍，中国的碳排放量为103亿吨。 三口之家消耗33吨，属于平均水平。 城市里一个人可能消耗15吨，一个三口之家消耗45吨。

过去40年来，风能和太阳能取得了巨大进步。 大型央企最新的太阳能价格是1.4分钱2分钱，还要向当地缴纳3分钱的资源税。 产业化、规模化带来发电成本大幅下降，为储能产业发展提供了广阔的应用场景。

然而，尽管经历了40年的发展，2019年疫情前风能和太阳能发电总量相当于1.92亿吨，仅占火电的12%多一点。 即便如此，弃光弃风的现象在西方也出现了，因为电网中超过15%的不稳定能量无论产生多少都无法损失。 也就是说，如果储能问题不解决，光、风的废弃已经非常严重了。 西部太阳能、沿海风能、西部风能如果储能做得不好，未来风能、太阳能的大量资产就会被浪费。

储能研究的渠道很多，但长三角、珠三角的峰谷电价在3毛钱到1.7元不等。 峰谷电价如此之高，说明储能的使命还有很长的路要走。

我国有一个巨大的产业，叫做煤制甲醇。 中国目前的产能为9000万吨，是汽油产能的1/4。 因此，甲醇制烯烃就产生了，许多煤化工产品也是从这里生产出来的。 如果真正实现碳中和，煤制甲醇工厂将被关闭，数千亿资产将无用武之地，因为每生产一吨甲醇就会释放3.5吨二氧化碳。 假设今天的氧气来自绿色电力，那么就没有必要排放二氧化碳。 过去，4摩尔碳可产生1摩尔甲醇。 如今，1 摩尔碳可产生 1 摩尔甲醇。 绿色甲醇的大部分能源来自太阳能或风能。 无法连接到电网的电力会变成液体。 液体的大部分能量来自太阳能。 ，一小部分来自煤炭。 如果中国从煤炭经济转向绿色甲醇经济，可以用1/5的碳排放解决所有电力问题。

为什么要变成液体？ 能量载体有四个条件： 1、体积能量密度必须足够大。 2、可在公路上通过管道运输。 3、可跨海运输。 4、快速存储。 电力易于运输，但不易储存。 氢气既不容易运输，也不容易储存。 只有将其转化为绿色液体，才能既便于运输，又易于储存。

事实上，电动汽车的概念并不新鲜。 一百年前，纽约、伦敦和巴黎的街道上电动汽车远多于燃油汽车，因为铅酸电池于 1859 年发明，比内燃机早了 20 多年。 为什么电动汽车会在未来20到30年内消失？ 一个很重要的原因就是液体能源的发明和炼油工业的兴起。 因为液体是能量储存的最佳载体。

一旦风能、太阳能转化为绿色液体，西气东输的管道就已经投入使用。 利用西气东输管道旁边的小型管道，可以输送西气东输管道数倍的能量。

未来，中国真正的汽车产业应该采用插电式绿色甲醇混合动力。 为什么？ 首先，快充对电网影响很大。 其次，快充对电池提出了很高的要求。 该车配备50升绿色甲醇。 当没有电时，甲醇可以自行发电并为电池充电。 这是一款绿色甲醇插电式混合动力车。 如果百公里油耗换成绿色甲醇，碳中和问题就迎刃而解。

电力行业是做什么的？ 2.5千瓦的机组足够别墅或家庭使用。 绿色甲醇和水反应产生氢气，氢气发电。 甲醇与水反应温度小于300度，余热可在冬季供暖。 燃料电池在80摄氏度下发电，原理是燃烧发电。 这就是氢能的根本原因。

如今，中国拥有煤炭经济。 西部地区燃烧100万大卡的煤炭，不能产生40万大卡的电力。 由于热量无法传输，超过 60 万大卡以热量的形式被浪费掉。 假设转化为绿色甲醇，不仅解决了储运便利的问题，还解决了热能利用的问题。

如今，通过将廉价的太阳能与甲醇相结合，低品质的煤炭可以用来生产甲醇。 如今，用煤生产每百万千卡甲醇的成本是氢气的一半。 10000大卡的汽油能跑多少公里？ 100万大卡甲醇 想要多少功率就用多少功率。 我们使用太阳能的每百万卡路里的成本比汽油便宜。 如果使用绿色甲醇为中国的汽车和发电提供动力，就不需要进口石油。

电解水制氢催生甲醇制氢新业态

中国科学院副院长、院士张涛曾表示，“绿色甲醇能量密度高，是一种理想的液体能源储存和运输方式。利用可再生能源发电生产绿色氢气，然后将其结合起来”用二氧化碳生成便于储存和运输的绿色甲醇，是实现零碳排放的重要途径。” 他认为，绿色甲醇作为能源转换的中心，可以解决整个碳足迹过程中的能源清洁问题，拓展氢能源应用产业链，减少碳排放，并实现碳利用等多重效益。

中国科学院大连化学物理研究所太阳能研究部主任、院士李灿将甲醇重整制氢比喻为“液态阳光”。 他认为，利用这项技术可以将太阳能等可再生能源储存在甲醇中，为可再生能源除了发电和（特）高压输电之外的储存和运输提供了新模式，将可再生能源转化为各种能源。化学能源枢纽，作为实现碳中和目标的重要路径。

“甲醇是目前最好的制氢原料。” 澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学清洁能源研究所所长刘克多次公开表示，甲醇结合了燃料电池的效率和液体燃料的优点。 综合起来，这是未来氢能的一个方向。

与气态氢气相比，甲醇在常温下为液态，稳定、安全。 能量密度方面，氢气在35兆帕压力下为4.41MJ/L，而含氢量最高的液体燃料甲醇的能量密度是氢气的5倍以上。

在运输方面，液体甲醇可以通过管道运输，并且可以利用现有的基础设施。 储存、运输安全、方便。 由于氢气是由可再生能源水电解装置生产的，绿色甲醇工艺生产项目可以实现接近零甚至负的二氧化碳排放，进一步推动工业和交通企业实现净碳中和目标。 中国工程院院士屠山东提出，可以建立以甲醇为基础的绿色氢碳中性能源体系。

2023年5月25日，金风绿色能源化工（兴安盟）有限公司50万吨绿氢绿色甲醇项目环境影响评价公示。 整个项目占地1500亩，总投资30亿元。 主要建设生物质发电装置、绿色甲醇合成装置等主要生产线及配套公辅项目，建成后将年产50万吨绿色甲醇，是氢生产和利用新范式的初步实践。

今年5月初，新疆奇台智慧能源装备产业园项目正式开工建设。 该项目总投资116.4亿元，由风电设备、制氢设备、“液体阳光”绿氢、绿色甲醇等产业组成。 具体包括“六大基地、四大中心园区+‘液体阳光’绿氢、绿甲醇项目园区”。

产业园总体规划分为三期。 一期规划实现园区年产智能风电机组设备400套、风电塔筒200套、大型电解水制氢设备300套、机舱导流罩400套、风电设备400套电力塔。 电气系统，“绿氢绿甲醇一期5万吨项目”建成； 二期计划建设年产800套风电叶片、风电设备研发中心、全功率检测中心、半实物仿真中心、风电、光伏电站智能运维中心。 “绿色氢能、绿色甲醇二期10万吨项目”建成； “30万吨绿色氢能、绿色甲醇项目”三期计划建成。 计划于2024年8月30日前完成首批绿色氢气和绿色甲醇的生产。

二氧化碳加氢反应工艺简单，技术日趋成熟。 反应原理以氢气和二氧化碳为原料反应生成甲醇。 在这个过程中，核心是绿色氢的利用。 目前，我国绿色制氢成本仍然较高。 但在生产绿色甲醇的同时，我们可以利用风能、太阳能资源生产绿色氢气，就地消费生产绿色甲醇，综合利用可再生能源，实现绿色循环。

在不考虑碳税的情况下，技术进步推动二氧化碳加氢制甲醇与煤制甲醇的成本差距迅速缩小。 当煤炭价格为800元/吨时，煤制甲醇成本约为1953元/吨。 在此甲醇成本下，如果采用二氧化碳+绿氢生产甲醇，相应的氢气成本需要降低至7.01元/公斤，电解水电价则降低至0.07元/度。

目前煤制甲醇工艺中，生产1吨甲醇的二氧化碳排放总量为3.85吨。 将二氧化碳与绿色氢气结合生产甲醇，不仅不产生工艺碳排放，而且消耗二氧化碳作为原料，实现每吨甲醇的减排。 排放至少 1.375 吨二氧化碳。 如果不考虑加工过程的碳排放（能耗），仅在工艺方面，二氧化碳与绿氢结合生产甲醇相比煤制甲醇生产可减少碳排放3.44吨。

根据国际货币基金组织的预测，每吨二氧化碳的价格应该在75美元左右。 如果按照此计算，二氧化碳与绿氢结合生产甲醇相比煤制甲醇的CO2减排值可高达1677元。 从长远来看，二氧化碳与绿色氢气结合生产甲醇的优势将越来越明显。

甲醇制氢技术及相关应用

甲醇是重要的化学工业基础原料。 其在有机化工中的用量仅次于苯、乙烯、丙烯。 是制造甲胺、甲醛、醋酸等多种有机化工产品的原料。 近10年来，我国一直是全球最大的甲醇生产国和消费国。

甲醇制氢以甲醇为原料生产氢气。 与其他制氢方法相比，甲醇制氢具有以下三大优势：

1.制氢原料来源广泛且价格低廉。 甲醇作为一种常见的化工原料，可以从化石资源和生物质中生产；

2、氢元素利用率高，甲醇含氢量高，能量密度高，产氢率高；

3、制氢装置简单，甲醇易于储存和运输。 可制成组装式或移动式甲醇制氢装置。

从技术角度看，甲醇制氢主要有三种方式：甲醇水蒸气重整制氢、甲醇裂解制氢和甲醇部分氧化制氢。 近年来，随着科学技术的进步，甲醇电解制氢、甲醇水溶液超声分解制氢等新型制氢方法逐渐进入人们的视野。

一是甲醇蒸汽重整制氢，这是20世纪80年代国外兴起的制氢技术。 甲醇和水蒸气的混合物在催化剂作用和反应温度170～300℃的条件下加压裂解转化，生成氢气和二氧化碳。

甲醇水蒸气重整制氢技术具有操作简便、反应条件温和、副产物成分低、易于分离等优点。 制氢规模可达到10~/h以内，产能灵活可调。 因此，它是一项相对成熟且应用广泛的技术。 多种制氢方法。

第二种是甲醇裂解制氢，利用甲醇的直接分解反应来生产氢气。 该反应是合成气生成甲醇的逆反应。 原料甲醇在缓冲罐中与脱盐水按一定比例混合，然后进入换热器与反应产物进行热交换，提高温度。 加热后的混合溶液再进入汽化过热器，与高温导热油一起加热汽化，进入管式反应器。 在催化剂的作用下，发生裂解、转化，生成二氧化碳和氢气。 产生的二氧化碳和氢气的混合物经过气液分离罐除去甲醇/水，然后通过变压吸附纯化得到高纯氢气。

甲醇裂解技术氢气收率高、能源利用合理、过程控制简单、易于工业化操作。 但该工艺产生的混合气体中一氧化碳含量较高，后续分离设备复杂，投资较高。

第三种方法是甲醇部分氧化制氢，以空气为氧源，利用氧气与甲醇的不完全燃烧反应来制取氢气。 甲醇部分氧化系统利用甲醇燃烧提供热量，蒸汽重整提供氢气。 系统中所有能量均来自甲醇，所有物质均来自甲醇、水和空气。 甲醇、水和空气经蒸发器从室温预热到一定温度后，进入反应器进行反应。 所得产品气经换热器回收热量后排出，进入吸附塔除去杂质，得到高纯氢气。

该制氢工艺的优点是利用氧气的放热反应氧化甲醇，反应速度快，反应条件温和，能源效率高。 缺点是产物气体中氢含量不高，当引入空气进行氧化时，氮含量使混合气体中氢含量降低至40%以下。 如果将空气换成氧气，氢气含量就会减少。 可提高至66%。

第四种方法是直接电解甲醇制氢。 这是一种相对经济的制氢方法。 其新颖之处在于操作简单、成本低、产氢率高。 膜电极两端通直流电，利用电位线性扫描进行电解。 电解前，阴极室充入氩气作为保护气体。 蠕动泵将电解液泵入阳极室进行电解，然后通过排水将电解产生的氢气收集在阴极。

甲醇电解制氢的整个过程只需要非常低的电压。 一方面可以通过电解甲醇本身获得氢气，另一方面可以通过电解水获得氢气，因此氢气的利用率非常高。 缺点是膜电极两端施加的电压难以控制。 如果电压太低，会影响甲醇的电解。 相反，如果电压太高，反应速度会加快，导致收集到的氢气不纯。

第五种方法是利用超声波分解甲醇水溶液产生氢气。 其原理是利用超声波的声控效应，即甲醇水溶液中的微小气泡核在超声波的作用下被激活。 当超声波达到一定功率时，气泡核发生振荡、长大、收缩甚至崩溃等一系列动态过程，会同时产生几十到几百兆帕的瞬时压力和几千摄氏度的高温，甲醇水溶液会分解。

超声波分解甲醇水溶液制氢技术避免了传统甲醇制氢技术所需的高温环境。 具有操作灵活、安全可靠、反应装置结构简单等特点，具有很大的发展前景。 但目前，世界各国对甲醇水溶液超声分解制氢的研究仍处于探索阶段。

目前成熟的甲醇制氢工艺中，甲醇部分氧化技术生成的氢气含量较低。 甲醇裂解技术产生的CO会对燃料电池的铂电极造成严重中毒。 因此，较为可行的技术是甲醇蒸汽重整。 将甲醇重整制氢与氢燃料电池集成在一起的新型系统称为甲醇重整燃料电池系统。

2018年10月25日，全球首辆甲醇重整氢燃料电池轻卡在昆山正式投入商业运营。 该燃料电池系统的供氢方式不同于传统的高压罐储氢方式。 而是通过甲醇和水的混合物进行重整化学反应获得氢气，然后氢气进入燃料电池堆发电，实现“即用型”，实现高效率和低成本。

综上所述，甲醇因其能量密度高、易于储存、来源广泛等优点，成为氢能的优良载体。 目前，甲醇水蒸气重整是甲醇制氢技术中最具优势、技术最成熟的制氢方法，被认为是氢燃料电池最有前景的制氢技术之一。 甲醇制氢在原料、能耗、制氢规模灵活性和效率等方面具有较强优势，是未来制氢技术的重要发展方向。

一体机成撬动氢能产业发展新支点

在场景应用方面，现场制氢、车载制氢成为氢能利用的新范式。 除了在指定化工园区大规模制氢外，基于甲醇制氢技术产能灵活可调，加氢站制氢可立即使用，无需大规模运输和储存氢气，这可以减少能源消耗。 氢气成本。

对于日加氢能力为500公斤的加氢站，一套产氢规模为300~500 Nm3/h的设备即可满足要求。 甲醇制氢加氢一体化站可根据加氢量的需求灵活调整制氢量，真正达到现产现用的效果。

2023年2月，我国首座甲醇制氢-加氢一体化站在大连建成投产。 这是一个可以现场生产氢气的加氢站。 采用“撬装站建设模式”。 站内甲醇制氢装置产氢能力为/h，每天可生产高纯氢气1000公斤，高于加氢站。 传统氢气使用可降低20%的成本。

对此，青岛市率先建设了全国首个分布式甲醇制氢——加氢示范站。 该型设备采用集装箱撬装模块化形式，可快速推动分布式加氢站的部署以及现有加油站的油气氢联建升级。 还将终端氢气成本降低50%，为氢能产业提供了新的机遇。 产业链中游储氢、运输和加氢站的发展提供了新思路。

作为全国首个投运的分布式甲醇制氢-加氢一体化示范站，该站80kg/天制氢-加氢一体化示范运行为国内加氢站选择低成本供氢技术提供了应用示范。 。 该示范站由两个20英尺标准集装箱柜组成，面积不到100平方米，但可以完成从甲醇重整到制备、纯化、加氢的全过程。 “设备于去年7月开始生产，当年10月投入运行。初步测算，一年来，示范站共生产氢气约25吨，每生产一公斤氢气仅消耗1.3吨氢气。”度电，比目前电解水低很多，制氢只需60度电，实现高效、低能耗制氢。 阳氢集团总经理吴勇说。

作为体积能量密度最低的物质，氢的运输成本超过每公斤25元。 相比之下，甲醇在常温常压下为液体，储氢密度高，储存和运输成本极低。 甲醇站重整制氢，无需氢气储存和运输。 氢气立即产生并使用，因此不需要使用氢气。 运输氢气从源头上解决了氢气安全问题，降低了终端用氢成本。

经过一年的运行，示范站为项目的市场化发展积累了有效数据和丰富经验。 目前青岛工厂已具备年产50套整站交付能力，首套量产设备可生产200kg/天加氢一体化站已下线并已安装投产投入运行。 制氢-加氢一体化站在氢气安全、终端成本、场地规划等方面比普通加氢站更具优势，目前主要用于保障各类实验室和行业的高纯度氢气供应，氢能源重氢气在道路车辆加油站供应，氢气用于氢叉车和农业机械等非道路设备，氢气用于氢动力无人机和氢摩托车等轻型车辆。

氢能产业技术中，甲醇重整制氢和制氢-加氢一体化站仍属于新兴研究领域，但正逐渐得到政策层面的认可和支持。

2021年10月发布的《“十四五”全国清洁生产推进规划》提出，大力推进重点行业清洁低碳转型，实施二氧化碳耦合甲醇生产减碳工程。 2022年3月发布的《氢能产业中长期发展规划(2021-2035年)》提出，构建清洁低碳、低成本的多元制氢体系，积极引导氢能产业发展。合成甲醇工业从高碳工艺转向低碳工艺。 流程改造。 在此期间，山东、广东、上海、河北等多个省市相继出台了“现场制氢”的地方配套政策和标准。

2022年6月，青岛市发改委将阳氢集团应用的“模块化甲醇制氢加氢技术”和“10MW甲醇重整制氢热电联产系统”纳入青岛市节能低碳重点建设技术推广目录（第五批）名单。 其中，甲醇重整制氢热电联产系统集成了甲醇重整制氢、燃料电池发电、余热回收、电能转换等装置，实现发电的同时提供外部热量输出，综合效率可达到以上超过75%。

2022年10月，山东省能源局发布的《山东省能源领域新技术、新产品、新装备目录（2022年）》明确列出了阳氢集团的“模块化甲醇制氢加氢系统（平台）” ）“ “包括。

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