绿色甲醇：碳中和的另一条道路

以绿色甲醇为原料的能源系统若能大面积推广 ， 可实现用如今煤炭和石油经济不到五分之一的碳排放量 ， 解决中国的电力、交通和供暖供冷等问题

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文｜刘科
现在风能和太阳能价格便宜 ， 然而到2019年底新冠肺炎疫情发生之前 ， 经40多年发展的中国风能、太阳能能够输到东部的电仅相当于1.92亿吨标准煤的发电量 ， 约占煤电的12.5% 。
受限于电网稳定性的要求 ， 电网仅可输送有一定量的非稳定能源 。 全年太阳能只有20%左右发电时间（取决于区域） ， 另外约80%的时间怎么办 ， 需要寻求一种经济可行\可全域推广的大规模储能技术 。
电池储能从1859年到现在研究了上百年 ， 花了上万亿元人民币研发 ， 然而100多年前就存在的抽水蓄能技术 ， 仍然是当今技术成熟度最高、经济性最优的大规模储能技术 。 抽水蓄能项目的选址对天然地理位置要求很高 ， 中国抽水蓄能电站主要分布在华东和华北 ， 占总规模的60% 。 电池储能技术研究了100多年 ， 至今“全世界一年电池产量储的电不够东京一天用” ， 如果一个技术研究了100多年 ， 仍竞争不过很多年前就存在的抽水储能 ， 在大规模储能领域就应该考虑其他的方向 。
目前 ， 中国每年的碳排放量是103亿吨 ， 除以14亿人口数 ， 每个人平均约7.4吨 。 一个三口之家约为22吨 ， 每天都在开车、用电 ， 只要人人都有节能意识 ， 就可以减少很多碳排放 。
在整个减碳大背景下 ， 从理论的角度上是可以把二氧化碳转化成产品 。 全世界87%的石油被用于燃烧 ， 仅13.3%生产了人类使用的所有石化产品 。 依靠二氧化碳转成其他物质 ， 如果能盈利则可以推 ， 但对于整个碳排放体量来说是杯水车薪 。
碳捕获与封存（CCS）和碳捕集利用与封存（CCUS）技术也备受关注 ， 但是目前全球运行的CCS设施每年仅可捕集和永久封存约400万吨二氧化碳 。如图1所示 ， 传统的CCS技术对地质条件要求较高 ， 需要盐水层进行二氧化碳封存 ， 其适用面较窄 ， 成本较高 。

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图1 碳捕获与封存（CCS）示意图
相较于CCS技术 ， 中国CCUS技术发展较快 ， 每年二氧化碳捕集量约为170万吨 。 但 在数以亿吨计的碳排放前 ， CCS与CCUS的作用都是有限的 。 十几年前笔者所在的美国通用电气公司耗费28亿美元 ， 建成了630MW净零排放整体煤气化联合循环发电系统（IGCC火电厂） ， 被称为是爱迪生创立GE100多年来 ， GE做的最复杂的工业系统 ， 但最后也没能埋藏二氧化碳；当初福岛核电站事故尚未发生 ， 按当初的数据 ， 与其干IGCC或火电厂CCS/CCUS路线 ， 不如直接干核电 。
提高能效是降低碳排放确实可行的路径 ， 也是减低碳排放成本最低和优先实施的途径 。如图2所示 ， 经过了100多年的工业化 ， 到2001年 ， 中国煤产量仅为13亿吨 。 到2013年 ， 仅13年的时间就增加至39亿吨 。 12年时间中国能源消耗翻了三倍 ， 这个数字是惊人的；其主要原因是2001年中国加入WTO ， 世界市场对中国开放了 ， 中国成为世界工厂 ， 能源消耗猛增 。 同时 ， 这一时期大量的房地产及基础设施的建设也刺激了煤炭消费 ， 钢筋水泥都需要消耗大量煤炭 。

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图2 中国工业化进程与原煤产量关系图