中国工程院院士涂善东：可以建立基于甲醇的绿氢碳中和能源系统-北极星氢能网

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氢元素在元素周期表中位于第一位，是最轻的元素，也是宇宙中含量最多的元素。从1766年化学家卡文迪许发现氢元素，到1874年科幻小说家凡尔纳在《神秘岛》中幻想“总有一天，水可以被电解为氢和氧，并用作燃料”，再到1970年约翰·鲍克里斯教授提出“氢能经济”概念，直至如今世界各国纷纷完善氢能发展战略，氢能终于从科学幻想变为现实的产业浪潮。

中国工程院院士涂善东说，氢能是我国发展高比例可再生能源电力、实现流程工业零碳再造的关键。但是，氢气具有易泄漏、极宽的燃烧范围、极低的点火能量、易燃易爆、氢脆（又称氢致开裂或氢损伤，是一种由于金属中氢引起的材料力学性能下降、塑性下降、开裂或损伤的现象）等危险属性。如日本福岛核事故其实就是机组燃料厂房氢气爆炸导致的。

氢气储存贯穿氢能全产业链，从能量利用角度考量，高压储氢是当前最佳选择，但高压是氢能全产业链最突出的风险要素，会增加氢气泄漏发生火灾乃至爆炸事故的风险。

常见储氢方式包括金属氢化物、化学氢化物、吸附储氢、液化储氢、压缩储氢等。这其中，高氢碳比化合物甲醇储氢最具优势。

相比气态氢，甲醇在常温下为液态，稳定、安全。从能量密度看，氢气在35兆帕压力下为4.41兆焦/升，而作为氢含量最高的液体燃料，甲醇能量密度达到22.7兆焦/升。

运输方面，氢气需要特定的长管拖车，对运输存储装置材料要求高，而甲醇作为液体可管道运输，利用现有基础设施即可，储运安全便捷。价格方面，甲醇成本也较低。1千瓦时电的当量体积，气态氢为333升，液氢（零下253摄氏度）也要400毫升，而甲醇在常温下只要200毫升。

目前，我国生产甲醇及用甲醇制化学品的体系相对成熟。甲醇可由煤、天然气、焦炉气等原料制成，也可由绿电、核电、生物质气化制氢合成。同时，甲醇用途很广，可制二甲醚、甲醇汽油、甲醛、汽油添加剂、醋酸、DMF（N,N-二甲基甲酰胺）、精细化工品、轻烃等。

因此，涂善东提出，可以建立基于甲醇的绿氢碳中和能源系统。如以甘肃兰州为甲醇制备中心，辐射周边500/1000/1500公里范围的城市，通过铁路运输储氢和储碳介质，在目标城市通过甲醇重整制氢为终端提供氢气，实现“西氢东送，东碳西运”。

近日，中国石化自主研发的分布式甲醇制氢技术，就在中石化燃料油公司大连盛港综合加能站落地，站内每日制得1000公斤99.999%高纯度氢气，将有力推动在全国范围构建安全、稳定、高效的氢能供应网。

相比甲醇，氨是另外一条氢液化储运技术路线。

氨含氢质量分数为17.6%，常温下1兆帕压力即可液化，易于储存和运输，其运输成本为0.1元/（千克·100公里），氢气则达到10元/（千克·100公里）。氨能量密度大，1升液氨所含能量等同于35兆帕下4.5升氢气。氨不易燃，具有的刺激性气味就是可靠报警信号，安全性高。氨的终端无碳排放，只生成氮气和水。

因此，氨也可以破解储运氢技术瓶颈和储氢技术“卡脖子”问题。可再生能源电力电解制氢—合成氨—氨储氢—利用氢，可构成以氨为储能载体的“零碳”循环路线。

相比较，氨-氢路线的储氢效率、制氢效率、总效率均略高于甲醇-氢碳路线。同时，氨现场制氢-加氢成套技术，可解决加氢站长距离长周期储氢用氢难题，加氢站成本降低35%。分布式“氨-氢”燃料电池发电技术，可解决分布式高效长周期储能、发电难题，度电成本节约超过45%，每千瓦装机容量年减少碳排放近两吨。无碳超低氮氧化物“氨-氢”热机发电技术，可充分利用燃气轮机/内燃机余热，解决大规模分布式用电难题，满足100兆瓦以上级别发电需求。

无论甲醇还是氨，将氢从气体能源变成液体能源，既可保障能源安全，又为实现“双碳”目标提供了有效选择。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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