新知丨太阳能利用——“大树发新芽”
2018/12/23 8:00:00 中科院之声
当今社会，我们总是提到化石能源
什么是化石能源呢？
它是由古代生物的化石沉积而来
是一种碳氢化合物或其衍生物
在我们的生活中，什么是化石能源的代表呢？
煤、石油、天然气
在过去两个世纪
化石能源为人来的经济带来了指数型的增长
但是
也带来了一系列严重的问题
气候问题
温室气体主要有：二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等
这类气体可以使地球表面升温
形成“温室效应”
对气候变化影响最大的是二氧化碳
化石能源的使用过程中会新增大量二氧化碳
对气候造成影响
环境问题
化石能源的燃烧
会产生大量粉尘、一氧化碳、氮氧化物等物质
造成大气污染
此外
未进行脱硫处理的含硫煤的燃烧会产生二氧化硫
造成酸雨
破坏环境和土壤等
能源安全问题
我国是世界上最大的能源消费国
且对外依存度高
石油总体供应严重依赖外部资源
油品质量不高
无法保障基础化学品供应
国家能源安全受到严重威胁
同时
未来大约100年时间内
化石能源的逐渐枯竭也会带来一系列问题
怎么办呢？？？
科学家们把目光投向了地球上最丰富的能量来源——太阳
提出了“液态阳光”的愿景
什么是“液态阳光”？
是将太阳能与二氧化碳和水结合起来
生产绿色液态燃料的愿景
更直接的说
是获取太阳能并转化为稳定、可存储、
高能量的化学燃料
如：绿色醇类燃料
这将有助于满足人类在交通、工业和材料等终端应用领域的能源需求
同时
可以保持生态平衡
对可持续发展具有至关重要的作用
醇类是清洁的能量载体
传统的化石能源
具有C-C键并含有大量污染物
煤有氮、硫和微量的重金属
石油含硫量高
就算天然气
也含有一定量的污染物和微量的硫
而醇类，尤其是甲醇和乙醇
作为理想的绿色醇类燃料
分子结构简单
比其他燃料更容易实现完全燃烧
不易产生污染物
是清洁的能量载体
中国实现“液态阳光”的资源优势
小学时写作文
我们经常用“地大物博”来描写我们的祖国
确实如此
而这一点也非常有利于“液态阳光”的实现
目前
中国的人口主要集中分布在东部和中部
西部地区人口稀少
但地域广袤
同时西部地区具有相对较高的纬度
(夏天北半球纬度越高，白天越长)
并且相对气候干燥、云量少
光照强度强
这些都非常有利于太阳光的“捕获”
图片来自网络
相比于一些可能拥有更先进技术的国家
如欧洲和美国
他们的阳光条件就要比我国差很多
“液态阳光”的运输
醇类燃料在环境温度和压力下是稳定的液态
重量和体积的高能量密度，使其易于存储和运输
并且
醇类是稳定的
可以长期存储在不同形状和大小的容器中
因此
就我国而言，要将在西部生产的醇类燃料运输和分配到全国各地，使用或调整现有的液态燃料能源基础设施就可以容易地实现
就全球而言
以液态燃料的形式在全球长距离运输能量
是具有有效性和经济性的
上图是用距离来估计的天然气、石油和液态醇类的输送/运输成本
可以看到能源类型之间存在巨大的成本差异
甲醇的输送/运输成本较低
这些都给“液态阳光”全球领域的供应提供了条件
“液态阳光”的实现—科学家在努力
全世界的科学家都在为“液态阳光”愿景的实现付出努力
如美国能源部斥资上亿美金设立了“JCAP(人工光合作用联合中心)”项目
日本政府设立了“ARPChem”和“An Apple”项目等
以中科院大连化物所李灿院士为代表的我国科学家在该领域也处于国际领先地位
李灿院士团队提出利用高效(光)电催化分解水制氢
并实现了了二氧化碳高选择性、高稳定性加氢合成甲醇的过程
实现了太阳燃料的合成
这一技术已于今年在兰州新区正式启动千吨级太阳燃料合成工业化示范工程项目
这是我国首个规模化液态太阳燃料合成得到工业化示范工程
是真正意义上的大规模液态太阳燃料的生产
对实现“液态阳光”愿景的重要一步
来源：中国科学院大连化学物理研究所
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