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谢和平:CCUS与海水直接制氢颠覆性技术

来源:中国绿发会2021/9/10 16:53:04我要投稿

北极星碳管家网讯:2021全球绿色发展高峰论坛在中国四川成都举办,现将峰会嘉宾,中国工程院院士、深圳大学深地科学与绿色研究能源研究院院长,教育部科技委主任,四川大学前校长谢和平的讲话内容分享如下:

刚才听了很多报告我很受启发。我今天将从技术层面,从能源生产层面讲讲我的观点。碳中和是我们国家重大战略。但是我觉得碳中和应以技术为王,要发展碳中和技术,包括少碳技术、用碳技术,以及攻克一些零碳排放的能源的一些新技术,我觉得这是最重要的,这里面就包括CCUS和近零碳排放和零碳排放的新能源和能源。

根据我国国情,我们经济必须发展,能源也必须支撑,那么怎么能够做到少碳、无碳,而不是简单理解为去化石能源来实现碳中和,更不是片面性地“去碳”,甚至把碳中和进行商业化炒作。所以我们团队十年前开始,围绕碳中和进行了一系列新原理、新技术的探索,包括CCUS研究。我今天主要从CCUS和零碳排放来说说我做的四个方面工作。

第一个是CO2矿化发电颠覆性技术

如何把CO2能源化、资源化?比如我们利用化学反应将CO2与碱性矿物和钠盐添加剂矿化反应产生的热,转换成电能,并联产碳酸氢钠等化工产品。CO2矿化电池可在不需要外界提供能量的情况下实现CO2矿化反应过程,并向外界提供电能和高附加值化工产品。2014年我们做成了CO2矿化电池,2019年的第四代CO2发电电池的发电功率达到了96.75,这个功率接近于光伏电池,能耗远远高于微生物电池,这是一个很大的进展。

第二是CO2电化学捕集新技术

什么是清洁能源?关键是排放,怎么达到近零排放,因此碳捕集很重要。现在全球CO2捕集的主要方法是化学吸收法(物理吸附法、膜分离法)。目前普遍用的是美国研发的“一乙醇胺化学吸收法”,但其能耗和成本非常高,能不能提出一个新的捕集方法显得尤为重要。

我们提出一个高效CO2电化学捕集新原理新技术,突破性地利用质子耦合电子转移促进CO2吸收的创新原理,实现了等温、低能耗条件下捕集,就是把成本降下来了。捕集的能耗为67kwh/吨,仅为传统化学吸收法的1/5~1/9。成本约为9.4美元/吨CO2,仅为传统化学吸收法的1/4。这项技术我们现在仍然在攻关,如果做成的话,我们中国就有自己的低成本、低能耗的电化捕集技术,这样就解决了碳排放的问题。

第三是零碳排放的直接煤固体碳电池发电新技术

怎么攻关探索没有碳排放的能源?这是最重要的。现在无论IGCC(煤气化联合循环发电系统)和SOFC(间接煤燃料发电技术)技术都有碳排放,我们提出了零碳排放的直接煤固体燃料电池发电新技术(ZC-DCFC),它使用煤炭作为燃料,不需要燃烧,通过透氧膜实现与氧离子直接结合,释放电子,产生电能,就是说发电系统不通过燃烧,系统没有碳排出来。这是我们的攻关及研究的方向。如果这个技术做成,它就颠覆现有燃煤电厂IGCC发电方式。煤可通过直接煤固体燃料电池发电,而且能够破解煤炭发电的碳排放问题,本质上把煤炭变为清洁能源。现在大家都对煤炭有很大期望,我们核心是要发展清洁、高效的煤炭利用以及无碳排放的煤炭发电。

第四是海水直接制氢技术

现在制氢技术有煤制氢、天然气制氢和水制氢。把原料和碳汇考虑进去,水制氢是未来制氢的一个方向。我们知道全球淡水资源短缺,但是海水资源比较丰富,所以我们提出了海水制氢的技术。

目前我们海水制氢有两个需要攻关的重大问题,一是海水能不能不经淡化、直接制氢?二是水制氢的成本能不能降下来?基于此,我们提出了能否用物理力学与电化学相结合的新原理,彻底隔绝海水离子的同时,实现海水直接电解制氢。这个就是无淡化、不额外能耗的海水高效原位直接电解制氢原理与技术模型。我们发现海水原位无淡化直接电解制氢技术具有超过85h的稳定制氢能力,电解能耗与现有工业碱性电解淡水制氢能耗相当,是一个无海水淡化过程,无海水泵送运输过程、无海水污染处理过程、无海水制氢设备平台的海水制氢技术。

未来海水原位无淡化直接电解制氢技术可从以下几个方面进行展望,一是与再生能源相结合,设立沿岸海水原位无淡化直接电解制氢工厂,以及浮岛式海上风电原位海水无淡化直接电解制氢工厂;二是可形成海上风力发电、光伏发电与原位海水制氢的多能互补一体化体系的新能源产业;最后可以探索推广工业含盐、含酸、含碱废水原位制氢,实现废液循环利用。因此海水原位无淡化直接电解制氢技术在理论、技术以及战略上均具有重要意义。

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