2019-09-26 17:03:46 中国科学报

李灿　中国科学院院士

化石资源是宝贵的材料资源，我们正在过度消费子孙的财富。与此同时，过度利用化石资源造成了严峻的环境生态问题。发展清洁能源是人类实现生态文明的必由之路。

太阳能是其他可再生能源的源头，风能、水能和生物质能均源于太阳能。太阳能丰富、清洁，可再生、潜力巨大，它在地球上的量也足以保障全世界人类未来发展的需要。

太阳能的科学转化和利用主要包括太阳能发电和太阳燃料合成。太阳能发电可满足固定能源需求，光伏、光热发电、风电已大规模商业化应用。目前我国是生产和装配光伏组件最多的国家，对世界可再生能源的发展已经做出巨大的贡献。

如今，我们更加关心的是，太阳能如何转化成和化石能源一样的燃料？这相当于把太阳能集中储存起来以满足移动能源的需求，是一个实现低碳和无碳燃料的过程，也是从自然光合作用到人工光合成的一个过程，属于化学与物理、生物、材料科学交叉的前沿科学领域。

太阳燃料，也称液态阳光，其本质就是利用太阳能等可再生能源将水和二氧化碳转化为燃料，不但不排放、而且减排二氧化碳，这是人类追求的生态文明的最高境界。

从化石燃料到太阳燃料，是能源发展中真正意义的变革性跨越。但在科学上却也面临变革难题：化石燃料合成和转化过程多涉及热力学下坡反应和热催化过程，多侧重在碳资源（煤、石油、天然气等）的转化和化学反应，作为能源资源的化石燃料无法摆脱二氧化碳排放等环境生态问题。

而太阳燃料合成所涉及的是热力学爬坡反应，需要光、电催化的科学基础，其转化的资源是水、二氧化碳和太阳能为代表的可再生能源。它道法自然，回归生态平衡，环境绿色友好。在中国西部正在进行的千吨级太阳燃料合成工业化示范工程，就是基于我们发展的分解水制氢技术和二氧化碳加氢合成甲醇的技术。

太阳燃料合成的主要途径有光催化、光热催化、光电催化以及电催化。太阳燃料合成是一个化学储能的过程，可以将分散的太阳能收集、长期储存。太阳能转化为化学能的意义重大，一方面可将太阳能作为燃料使用，更重要的是这是一个新的储能策略，可解决可再生能源的间歇性问题，以及用户使用能源的随机性问题。

另外，将太阳能等可再生能源储存为太阳燃料（甲醇燃料），既能长期储存，随时可以使用，又易于安全运输，且是氢能载体，可作为燃料电池氢源，有利于解决氢能经济中“制、储、运、加”的安全性问题。

基于太阳燃料的合成技术，我们提出了太阳燃料加氢站或称液态阳光加氢站的策略，其优势很明显：可解决高压加氢站安全问题，实现油、醇、氢共站，减少二氧化碳排放，实现燃料电池全生命周期绿色清洁的目标，还可以扩展为其他化学储氢路线，适合在社区和现行加油站建设等。该技术被认为是最有发展前景的加氢站技术，建议尽快在可再生能源供给体系中进行布局。

我国可再生能源资源禀赋条件优越，完全可以通过大力发展可再生能源解决能源和生态环境问题，特别是通过太阳燃料的策略，发展甲醇经济、氢能经济。实现二氧化碳减排和二氧化碳的碳资源化，技术和经济上均是可行的。可研报告表明，如果可再生能源发电的价格为每千瓦时0.2元，太阳燃料甲醇和煤化工甲醇的价格持平，若采用弃电（弃光、弃风）制甲醇，则太阳燃料甲醇的成本优势更大。

总之，可再生能源逐步替代化石能源已成为必然趋势，太阳液态燃料是其中的重要途径之一，将在人类社会生态文明建设的发展中发挥越来越重要的作用。（本报见习记者韩扬眉采访整理）