太阳燃料合成是指利用太阳能、风能、水能等可再生能源发电，进而电解水制备绿氢、将二氧化碳加氢转化制甲醇等液体燃料，把可再生能源存储在液体燃料中。简言之就是利用太阳能等可再生能源、二氧化碳和水，生产清洁可再生的甲醇等液体燃料（故又被形象地称为“液态阳光”）。这将是未来解决二氧化碳排放的根本途径之一，也是将间歇分散的太阳能等可再生能源收集储存的一种储能技术，是“道法自然光合作用”，实现人工光合成绿色能源的一种过程。

该项目基于大连化物所李灿院士团队开发的两项关键创新技术：高效、低成本、长寿命规模化电催化分解水制氢技术和廉价、高选择性、高稳定性二氧化碳加氢制甲醇催化技术。

该项目采用碱性电解水制氢技术。虽然电解水制氢技术过去已经有实际应用，但一般规模较小（在50-200标方/小时），单位制氢能耗较高（约4.7-5.0度电/方氢)。李灿团队基于长期对光、电催化分解水的研究，研发了具有我国自主知识产权的新型电解水制氢催化剂，与苏州竞立制氢设备有限公司合作，制造规模化（1000标方/小时）电解水制氢设备，单位制氢能耗降低至4.0-4.2度电/方氢，大幅降低了电解水制氢的成本，是目前世界上规模化碱性电解水制氢的最高效率。二氧化碳加氢制甲醇技术则采用李灿团队自主研发的固溶体双金属氧化物催化剂（ZnO-ZrO₂），该催化剂可实现二氧化碳高选择性、高稳定性加氢合成甲醇。其中单程甲醇选择性大于90%，催化剂运行3000小时性能衰减小于2%。

该项目由太阳能光伏发电、电解水制氢、二氧化碳加氢合成甲醇三个基本单元构成，华陆工程科技有限责任公司主持完成了项目设计，总占地约289亩，其中光伏发电占地259亩，总投资约1.4亿元，其中光伏发电约5000万元。项目配套建设总功率为10 MW光伏发电站，经逆变-整流后，为2台1000标方/小时电解水制氢设备提供电力。(记得关注标题下方公众号:化学加)

该项目对缓解我国能源安全问题乃至全球生态文明建设具有重大战略意义。它一方面探索我国西部地区丰富的太阳能等可再生能源的优化利用模式，将太阳能等可再生能源转化为液体燃料甲醇，提供了一条特高压输电之外的有效利用可再生能源的路径，为解决我国许多地区“弃光、弃风、弃水”问题提供了新的策略。另一方面，太阳燃料甲醇又是绿氢载体，可助于解决氢能储存和运输的安全难题。

此外，该项目将二氧化碳作为碳资源，实现二氧化碳的积极减排，生产的太阳燃料甲醇为绿色甲醇，不同于传统煤、天然气所制得的甲醇，实现了零碳排放。绿色甲醇的生产是目前国际上兴起的碳捕获储存（CCS）以及进而发展的碳捕获及资源化利用（CCSU）的发展方向，为推进低碳、清洁的能源革命提供了创新的技术路线。

该项目得到了兰州新区党工委和管委会的大力支持，兰州新区石化产业投资有限公司资助并承接了工程建设，各方紧密合作，仅用18个月，实现了从实验室研究成果走向工业化示范，是产学研成功合作的一个典范。

我国原油严重依赖进口，而另一方面，可再生能源资源丰富，潜力巨大。据国家电网研究院报告，2050年，可再生能源发电量将超过50%。如何利用可再生能源替代化石燃料、保障液体燃料供给，成为关系我国能源安全的重要课题。太阳燃料合成提供了从可再生能源发电到绿色液体燃料生产的全新途径。

可再生能源的发展，将经历与传统能源并存、互补和替代的转化过程。随着可再生能源发电成本进一步降低，太阳燃料生产成本有望大幅降低，规模化太阳燃料生产实现规模化碳捕获及资源化利用（CCSU），从而规模化消纳包括太阳能在内的各种可再生能源，实现亿吨级减排二氧化碳、年产亿吨级太阳燃料甲醇成为可能。

该项目的前期基础研究工作得到国家自然科学基金委、科技部重点研发计划及中国科学院洁净能源先导专项（A类）项目的资助。（文/图 王集杰、刘铁峰）

来源 |  中科院大连化物所（ID：DICP_CAS）