圖為中國(guó)工程院院士、深圳大學(xué)深地科學(xué)與綠色能源研究院院長(zhǎng)謝和平。深圳大學(xué)深地科學(xué)與綠色能源研究院供圖

中國(guó)發(fā)展網(wǎng)、中國(guó)經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào)訊 張朝登 今天（9月6日），中國(guó)工程院院士、深圳大學(xué)深地科學(xué)與綠色能源研究院院長(zhǎng)謝和平，在成都舉行的全球綠色發(fā)展高峰論壇（2021 Global Green Development Summit）發(fā)表主旨演講時(shí)指出，碳中和應(yīng)以技術(shù)為王。

謝和平院士在演講中介紹了團(tuán)隊(duì)在碳中和領(lǐng)域的前沿顛覆性技術(shù)攻關(guān)以及對(duì)全球未來(lái)能源轉(zhuǎn)型的創(chuàng)新探索，提出：碳中和應(yīng)以技術(shù)為王，發(fā)展少碳、用碳、無(wú)碳技術(shù)。要大力發(fā)展碳減排、碳捕捉、碳利用的CCUS新技術(shù)，更要攻關(guān)無(wú)碳排放能源顛覆性技術(shù)，走出適合中國(guó)國(guó)情的碳中和路徑，而不能簡(jiǎn)單理解為去化石能源（去煤化）來(lái)實(shí)現(xiàn)碳中和，更不能片面性的“去碳”，甚至將“碳中和”進(jìn)行“商業(yè)化”炒作。

謝和平院士在演講中系統(tǒng)介紹了其團(tuán)隊(duì)的CO2電化學(xué)捕集新技術(shù)、CO2礦化發(fā)電技術(shù)等CCUS新原理新技術(shù)，還特別介紹了正在攻關(guān)探索的零碳排放直接煤燃料電池發(fā)電以及海水直接制氫兩項(xiàng)零碳排放能源顛覆性技術(shù)。

“CO2礦化發(fā)電與電化學(xué)高效捕集：顛覆性的CCUS技術(shù)路線”

國(guó)際上現(xiàn)有的碳減排路線以碳捕捉封存（CCS）技術(shù)為主，但該技術(shù)成本高，同時(shí)存在CO2逃逸風(fēng)險(xiǎn)，而我們國(guó)家應(yīng)該走以CCUS為主的碳減排路線。對(duì)此，謝和平院士重點(diǎn)指出，CCUS重點(diǎn)在“U”——將CO2能源化、資源化利用。

該團(tuán)隊(duì)早在2009年就率先提出CO2礦化利用的新理念和CO2礦化發(fā)電利用的CCUS減排路線：要將CO2作為資源利用，利用CO2輸出能源，處理堿性固廢，生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品。團(tuán)隊(duì)從基本的電化學(xué)和熱力學(xué)原理上出發(fā)，根據(jù)礦化是唯一ΔG＜0的CO2利用途徑這一特征，首次實(shí)現(xiàn)了將CO2礦化反應(yīng)釋放的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臏p排技術(shù)。經(jīng)過(guò)近幾年的摸索和深入開(kāi)發(fā)，所開(kāi)發(fā)的第四代礦化電池技術(shù)利用有機(jī)質(zhì)電耦合劑取代貴金屬催化反應(yīng)，將功率密度提升至96.75W/m2，接近現(xiàn)有光伏電池的功率密度，取得了重大的技術(shù)突破。

另一方面，如何降低碳捕集技術(shù)能耗和成本也是應(yīng)該關(guān)注的重點(diǎn)方向。目前全球CO2捕集技術(shù)都是國(guó)外技術(shù)，主要方法為化學(xué)吸附法，其中最成熟、應(yīng)用最廣的是一乙醇胺化學(xué)吸附法，但其能耗與成本較高。因此謝和平院士團(tuán)隊(duì)首次提出了高效CO2電化學(xué)捕集新原理新技術(shù)，利用質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)（PCET）促進(jìn)CO2吸收的創(chuàng)新原理，實(shí)現(xiàn)高效的CO2電化學(xué)捕集。實(shí)驗(yàn)室初步結(jié)果顯示耗能僅為67 kWh/噸，接近理論值，是傳統(tǒng)化學(xué)吸收法的1/5~1/9。成本約為9.4美元/噸CO2，僅為傳統(tǒng)化學(xué)吸收法（40美元/噸）的1/4。下一步將開(kāi)展中試與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)，有望破解現(xiàn)有碳捕集技術(shù)無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸—成本與能耗。

“零碳排放煤炭發(fā)電顛覆性技術(shù)使煤炭成為清潔能源”

任何化石能源的發(fā)電利用都免不了有碳排放，但能否有一種方法能夠徹底解決化石燃料如煤炭發(fā)電的碳排放，將煤炭也變成清潔能源？該團(tuán)隊(duì)提出并正在探索攻關(guān)的零碳排放直接煤固體燃料電池發(fā)電新技術(shù)將可能解決這一世界性難題。其核心技術(shù)原理是煤炭不通過(guò)燃燒，通過(guò)透氧膜后與氧離子直接結(jié)合，釋放電子，產(chǎn)生電能，并在體系內(nèi)原位將產(chǎn)生的CO2進(jìn)行催化、礦化轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)零碳排放的新型煤炭發(fā)電技術(shù)（零碳排放能源）。

謝和平院士介紹到，其團(tuán)隊(duì)在這方面做了很長(zhǎng)時(shí)間的探索。從技術(shù)層面上來(lái)說(shuō)，目前該體系面臨著兩大挑戰(zhàn)：一是如何優(yōu)化直接煤燃料電池陽(yáng)極固-氣-固界面催化過(guò)程，以提高發(fā)電效率？二是如何實(shí)現(xiàn)零碳排放？針對(duì)這兩個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)通過(guò)應(yīng)用自主研發(fā)的煤活化處理技術(shù)與高效陽(yáng)極結(jié)構(gòu)-材料的開(kāi)發(fā)，使直接煤燃料電池在750℃下功率密度達(dá)到了403 mW/cm2，是目前文獻(xiàn)報(bào)道中的最高值。該新技術(shù)體系有望能夠在未來(lái)顛覆現(xiàn)有燃煤電廠IGCC發(fā)電方式，煤可通過(guò)零碳排放直接煤固體燃料電池發(fā)電。完全破解煤炭發(fā)電的碳排放問(wèn)題，使煤從本質(zhì)上成為清潔能源，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)碳排放的煤炭發(fā)電技術(shù)夢(mèng)想！

“海水制氫是未來(lái)以氫能為主的能源體系的核心”

目前全球主流的制氫技術(shù)為煤制氫、天然氣制氫以及水制氫技術(shù)。其中，煤制氫和天然氣制氫需要消耗不可再生的化石燃料資源，同時(shí)產(chǎn)生大量的二氧化碳排放，特別是在單位質(zhì)量產(chǎn)氫量與碳排放指標(biāo)上，與水電解制氫相比不具有優(yōu)勢(shì)。但是，水制氫面臨著能耗偏高且全球淡水資源短缺的挑戰(zhàn)，嚴(yán)重制約水制氫技術(shù)的發(fā)展推廣。根據(jù)國(guó)家能源集團(tuán)估計(jì)，到2060年光中國(guó)氫氣年需求量將達(dá)1.3億噸，這也意味著要消耗23億噸的水資源用于制氫。因此，謝和平院士認(rèn)為，用取之不盡的海水來(lái)制氫，才是未來(lái)制氫技術(shù)發(fā)展的主方向，關(guān)鍵是要大力發(fā)展海水制氫新原理，新技術(shù)。

謝和平院士指出現(xiàn)有的水制氫技術(shù)，如堿性電解水、PEM電解水技術(shù)無(wú)法直接用于海水制氫，癥結(jié)在于海水中固有離子，如Ca2+，Mg2+ ，Cl-等對(duì)電極材料的腐蝕、毒化、堵塞等。針對(duì)這一困擾海水制氫的世界性難題，謝和平院士團(tuán)隊(duì)已組織攻關(guān)海水無(wú)淡化、無(wú)額外能耗的原位直接電解制氫新原理，巧妙利用物理力學(xué)與電化學(xué)相結(jié)合的新原理，率先形成了無(wú)淡化、不額外耗能的海水高效原位直接電解制氫原理與技術(shù)。目前的實(shí)驗(yàn)室研究成果充分證明該技術(shù)能滿足電流密度最高3.5A/cm2的制氫反應(yīng)（現(xiàn)有電解制氫技術(shù)電流密度僅0.3~0.8A/cm2），而且利用深圳灣海水進(jìn)行了實(shí)際海水原位無(wú)淡化直接電解制氫，實(shí)現(xiàn)超過(guò)85h的穩(wěn)定制氫，電解能耗與現(xiàn)有工業(yè)堿性電解淡水制氫能耗相當(dāng)。目前，團(tuán)隊(duì)正在自主研發(fā)400LH2/h的海水原位無(wú)淡化直接電解制氫試驗(yàn)樣機(jī)，同時(shí)也正在組織團(tuán)隊(duì)攻關(guān)新一代的海水電解制氫技術(shù)，力爭(zhēng)將每標(biāo)方制氫能耗從4.5至5度電，降至3.5至4.2度電，真正實(shí)現(xiàn)低能耗、低成本的海水直接制氫——即經(jīng)濟(jì)可行的零碳排放能源。

針對(duì)上述技術(shù)的重大創(chuàng)新意義，謝和平院士指出，在理論上，這是一個(gè)是物理力學(xué)與電化學(xué)相結(jié)合的原創(chuàng)性原位海水直接制氫原理技術(shù)突破；在技術(shù)意義上，能集成“可再生能源（海上風(fēng)能、太陽(yáng)能）利用-海水資源利用-氫能生產(chǎn)”過(guò)程為一體的海水無(wú)淡化直接電解制氫裝備。在戰(zhàn)略意義上，有望能夠?qū)⑷≈槐M用之不竭的海水資源，高效、低成本地原位轉(zhuǎn)化成海水能源（氫能），真正意義上實(shí)現(xiàn)海水能源化利用。

談及上述海水直接制氫技術(shù)的應(yīng)用前景，謝和平院士介紹到，團(tuán)隊(duì)目前正在深圳市政府立項(xiàng)申請(qǐng)支持加快上述海水直接制氫技術(shù)的中試和產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn)，期望能在粵港澳大灣區(qū)探索構(gòu)建與海上風(fēng)能、太陽(yáng)能再生能源相結(jié)合的一體化的沿岸海水原位無(wú)淡化直接電解制氫工廠與浮島式海上風(fēng)電原位海水無(wú)淡化直接電解制氫工廠兩大技術(shù)示范工程，期待實(shí)現(xiàn)具有無(wú)海水淡化過(guò)程、無(wú)海水泵送輸運(yùn)過(guò)程、無(wú)海水污染處理過(guò)程、無(wú)海水制氫設(shè)備平臺(tái)等諸多優(yōu)勢(shì)的海上綠氫全新生產(chǎn)技術(shù)與路線，與海上風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電形成多能互補(bǔ)一體化技術(shù)體系，最終在全球率先形成中國(guó)原創(chuàng)的“海洋綠氫”新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。

來(lái)源：中國(guó)發(fā)展網(wǎng)