“碳中和”背景下，電動(dòng)汽車未必低碳！甲醇開啟能源新賽道

“碳中和”是在全球變暖的背景下提出的，“碳中和”提出的目標(biāo)就是為了追求凈零排放，將經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與資源消耗斷聯(lián)。在“碳中和”的大背景下，習(xí)總書記也立下了2060年實(shí)現(xiàn)“碳中和”的宏偉目標(biāo)，國家作出的相關(guān)決策與部署，積極地推進(jìn)了我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)向綠色低碳經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型，這也是我國未來40年經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要基調(diào)。

據(jù)相關(guān)資料顯示，全球73%的碳排放主要來源于能源領(lǐng)域，僅2019年，在能源領(lǐng)域二氧化碳排放量達(dá)330億噸，其中，中國常年位居全球二氧化碳排放首位，2020年中國二氧化碳排放99億噸，占全球中排放量30.66%。對(duì)于一個(gè)發(fā)展中國家來說，實(shí)現(xiàn)“碳中和”是一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)。

歸根到底，實(shí)現(xiàn)“碳中和”就是要解決能源問題，以中國能源結(jié)構(gòu)來看，“富煤、少氣、缺油”是國內(nèi)能源的主要特點(diǎn)，其中煤炭資源消費(fèi)總量占比達(dá)56.8%，這也是中國碳排放強(qiáng)度較高的主要原因之一。若想實(shí)現(xiàn)“碳中和”，需要供給端與需求端共同發(fā)力，控制化石能源總量，提高利用率，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)架構(gòu)轉(zhuǎn)型，發(fā)展綠色能源與儲(chǔ)能。

電動(dòng)汽車出行真的是低碳出行嗎？

電動(dòng)汽車已成為現(xiàn)在汽車轉(zhuǎn)型的主要發(fā)展方向，那么電動(dòng)汽車真的可以減碳嗎？單從汽車這一層面來看，電動(dòng)汽車的確可以做到減碳，但從整個(gè)能源架構(gòu)來看，碳排放并沒有減少。

我國電網(wǎng)的63.7%主要還是依靠火力發(fā)電，電動(dòng)汽車的電能來源還是化石燃料。總的來說，表面是在開新能源汽車，實(shí)際開的還是化石能源汽車。因此，在使用電動(dòng)汽車的過程中依然會(huì)存在碳排放，距離零排放的目標(biāo)還有一定距離，并沒我們想象中那么美好。

液體才是能源的最佳載體

談到綠色能源與儲(chǔ)能問題，很多人都會(huì)想到現(xiàn)在大力發(fā)展的電動(dòng)汽車，以電池作為電能存儲(chǔ)的載體，為汽車動(dòng)力提供所需的電能，通過電能取代傳統(tǒng)的化石能源的方式，實(shí)現(xiàn)低碳的目的。但是早在1859年就已經(jīng)發(fā)明的電池技術(shù)，為什么直到現(xiàn)在才被推廣呢？歸根結(jié)底就是能量密度的問題。

每種能源的能量密度都不相同，當(dāng)能源載體的體積為1m³時(shí)，氫氣的能量密度為3.2 kWh/m³，天然氣的能量密度為10 kWh/m³，鉛酸電池的能量密度為90 kWh/m³，現(xiàn)在備受推廣的鋰電池能量密度也僅為260 kWh/m³，即使是在電動(dòng)汽車領(lǐng)域備受看好的刀片電池，能量密度也僅僅在300~500 kWh/m³之間。而以液態(tài)形式存在的汽油能量密度達(dá)8600 kWh/m³，柴油為9600 kWh/m³，甲醇液體為4300 kWh/m³。就能量密度而言，電池的能量密度連液體的零頭都不到。

資金成本也是項(xiàng)目發(fā)展首要考量的問題，在運(yùn)輸方面，液體比固體更易運(yùn)輸，僅需通過修筑運(yùn)輸管道或通過輪船即可實(shí)現(xiàn)低成本運(yùn)輸。這也是為什么石油能在全世界流通的原因之一，同時(shí)，液體與固體電池相比，液體的能量密度也更高、方便儲(chǔ)存、安全系數(shù)高。

甲醇制氫減少化石能源使用

既然液體是最佳的能源載體，那有什么既低碳能量密度又高的能源液體嗎？答案是當(dāng)然的，那就是甲醇，甲醇可以當(dāng)作氫氣的載體，通過催化甲醇產(chǎn)生氫氣實(shí)現(xiàn)供能。

自提出節(jié)能減排以來，氫氣也成為了備受矚目的焦點(diǎn)，以氫氣作為汽車燃料電池可擺脫傳統(tǒng)化石能源的依賴，在保證了化石燃料總量的同時(shí)，還降低了碳的排放。

氫氣雖好，但在實(shí)際應(yīng)用中存在著諸多問題。第一點(diǎn)：如氫氣的能量密度較低，不便存儲(chǔ)與運(yùn)輸，這也是目前市面上推廣應(yīng)用氫燃料汽車的阻礙之一，若使用液態(tài)甲醇更易運(yùn)輸，能量密度也更高。第二點(diǎn)：安全問題，氫氣是化學(xué)元素周期表中最活躍的氣體，化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定，容易發(fā)生爆炸。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，氫氣球爆炸的新聞相信大家都略有耳聞，當(dāng)氫氣遇到火星時(shí)會(huì)被點(diǎn)燃產(chǎn)生爆炸。而甲醇具有閃點(diǎn)高的特點(diǎn)，在常壓狀態(tài)下存儲(chǔ)或運(yùn)輸發(fā)生爆炸、著火的概率相對(duì)較低。第三點(diǎn)：注氫站建設(shè)的問題，由于氫氣的化學(xué)性質(zhì)與物理性質(zhì)的問題，導(dǎo)致注氫站不宜在城市中建設(shè)，這也就降低了用戶加注氫氣的便捷性，同時(shí)由于能量密度的問題，注氫站的占地面積比注甲醇站的占地更大，建設(shè)成本也更高。

今年9月，生態(tài)環(huán)境部正式打開甲醇汽車公告申報(bào)端口，甲醇汽車被納入國家汽車工業(yè)統(tǒng)一管理范圍，這也意味著甲醇汽車開始進(jìn)入新一輪市場(chǎng)推廣。

雖說甲醇在汽車上應(yīng)用時(shí)一個(gè)比較新鮮的事物，但吉利在這一領(lǐng)域已經(jīng)深耕了16年之久。吉利在這一領(lǐng)域已有接近200項(xiàng)專利技術(shù)，并且目前已經(jīng)開發(fā)了將近20款以甲醇作為動(dòng)能燃料的車型。在工信部甲醇汽車試點(diǎn)項(xiàng)目中，投入甲醇汽車占試點(diǎn)總數(shù)近90%。截至目前，吉利甲醇乘用車已規(guī)?；\(yùn)行2.7萬輛，總運(yùn)行里程達(dá)到80億公里，最高單車運(yùn)行里程120萬公里。

中國船舶集團(tuán)711所也成功研發(fā)了甲醇重整制氫原理樣機(jī)，并完成了調(diào)試驗(yàn)證。經(jīng)過驗(yàn)證在標(biāo)準(zhǔn)工況下制氫量達(dá)15 Nm3 h-1、制氫純度高達(dá)99.99%，CO濃度小于0.15 ppm。制造出的氫氣可滿足燃料電池的需求，且制氫率也達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

近日，中科院在甲醇制氫催化劑研究中取得了新的進(jìn)展，開發(fā)出了具備高機(jī)械強(qiáng)度和高催化活性的 3D 打印催化劑制備方法。通過干燥結(jié)晶煅燒方法，成功在高機(jī)械強(qiáng)度氧化鋁多孔載體上合成了銅鋅片層結(jié)構(gòu)活性組分層。通過改進(jìn)氧化鋁載體空間結(jié)構(gòu)，從而提高傳熱與傳質(zhì)效率降低床層壓降，進(jìn)而提高甲醇重整反應(yīng)催化效果。實(shí)現(xiàn)單位質(zhì)量催化劑氫氣的時(shí)空產(chǎn)率達(dá)到 536 mol / kg cat / h，徑向壓潰強(qiáng)度達(dá) 152.4 N / mm?？稍诓煌男旭偮窙r下保證制氫催化效果，且催化效率是傳統(tǒng)催化效率的四倍。

小結(jié)：

通過電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)降低碳排放固然沒錯(cuò)，但忽略了能源供給源頭這一重要的一環(huán)，若在新能源汽車內(nèi)配備甲醇制氫的催化裝置，在車內(nèi)實(shí)現(xiàn)制氫，不僅提高了能量密度，還可減少了化石能源的使用，這樣才能真正的實(shí)現(xiàn)減少碳排放，早日達(dá)成“碳中和”的目標(biāo)。