来源：产业观察者
发布时间：2023-12-03
今年年初就跟李灿院士约访谈的时间，但一晃就到了10月。有趣的是，这10个月来，绿色甲醇的行情发生了巨大的变化，甲醇船舶订单激增、甲醇汽车推广进展迅速、绿色甲醇点燃亚运火炬……李灿院士的时间显然更加紧张了，国庆长假后的第一个工作日，我约到了李灿院士的时间，虽然在我后面还排了几波人，但李灿院士还是给了我一个半小时的访谈，详细地介绍了液态阳光研究的初衷、原理、工业化示范、及产业化项目进程。我们从这个坚持了20多年新能源探索的案例，可以感受到能源变革的重大意义和力量。
——郑贤玲
1 基础研究："道法自然“的可持续能源
《产业观察者》：首先，和我们今天追踪绿氢热点不同，您好像很早就开始了“液态阳光”的研究项目，请您回顾一下研究“液态阳光”的背景？
李灿院士：故事说来很长，我开始新能源尤其是太阳能转化的新能源研究起步于二十多年前，当时政府和市场对新能源发展还没有要求，当初，触发我考虑新能源的主要原因是能源和社会可持续发展的问题。
之前，我的研究主要在化石能源的催化转化方面，研究做得比较多的是化石能源如石油、煤炭和天然气转换相关的催化基础研究，学术上已经取得了一些成绩。但我深刻地感受到这些能源是不可持续的，特别是当我了解到一些化石资源不可持续的活生生的案例，例如，一些大型的煤矿枯竭了，油田也枯竭或产量逐年下降等等，另外，过度使用化石资源是导致环境恶化的主要原因，这些情况日渐恶化，对国家乃至人类社会的当下和未来都是非常严峻的问题，所以，我比较早地考虑把研究重心转移到新能源方向。
转到新能源方向的第一个切入课题就是分解水制氢，首先通过太阳能光催化分解水制氢，从科学原理上来看，要想从传统能源转型到清洁能源，第一个瓶颈或是第一个要攻克的关口就是分解水制氢，这样才能把太阳能等可再生能源转化成氢能。
我们的研究把道法自然作为遵循的原则。在自然光合过程中，植物将太阳能转化为化学能，为人类提供了一个学习的榜样，光合作用原理的第一步就是水分解，从水里面把质子和电子拿出来，供给后面的光合反应，将二氧化碳转化为碳水化合物，进而形成生物质能源。道法自然就应该走这条路：第一步从水分解获得氢，把太阳能储存成氢能，而氢就是一个化学分子了，通过它然后去转换其他分子。
《产业观察者》：您转变研究方向具体是哪一年？是什么力量让您在没有政策引导的情况下开启了这个科研项目？
李灿院士：是2001年。2000年是千年之禧的时候，世界对能源及环境的认知已经发生着重大的改变，2001年我启动的第一个新项目就是光催化分解水制氢。
2001年世界上发生了多个重大事件，那一年中国加入世贸组织（WTO），美国发生了911事件。2000年前后也是气候变化国际会议上各国开始酝酿分摊减排二氧化碳任务的时候，不过我当时并没有太注意到气候变化这些问题，当时只是很朴素地考虑中国乃至人类能源和环境可持续发展的问题，煤和石油挖完了后人类怎么办？作为一个科技工作者，当时我只是希望有生之年对这个方面早一点部署，还想不到现在的“液态阳光”能够为实现碳中和有现实贡献。
刚开始主要集中在光催化分解水制氢、后来逐步拓展到光电催化制氢和电催化制氢。因为这些过程本质上都是通过太阳能制氢，风能、水能、生物质都来自于太阳能，所以光伏电解水制氢，风能、生物质能源制氢都是太阳能制氢的另一种方式。所以抓住太阳能，太阳能直接光催化分解水制氢，太阳能光电转换、光伏发电进而电解水制氢，氢作为一种太阳能储能的物质，可以把太阳能的应用拓展得很广。这些就是我初期的想法。
2001年中国很少有人在做太阳能分解水制氢研究，研究所也没有人做这个工作了，我从轻车熟路的化石能源研究转向一个冷门的领域。2001年，在一个很小的实验室先把光催化分解水制氢的实验做起来，两年后，又启动了光伏发电新材料研究，也就是太阳电池的研究。
当时聚焦研究这两个方向，一个是太阳能到化学能，通过电解水制氢，另一个就是光伏发电。那个时候光伏发电的效率还很低，成本非常高。2001年光伏发电成本是火电成本的几十倍，到2008年、2009年大概到火电成本的7-8倍，依然很贵，但启动太阳电池研究的动机也是希望可再生能源能够支撑人类电力可持续发展的需要。
一开始研究工作非常艰难，光催化制氢的研究我们晚于日本，日本在1973年的时候已经启动这项研究工作了，但从1970年代到2000年这些年里，他们研究的进度也非常慢，没有取得什么大的突破。太阳能制氢日本曾有不少的研究团队，由于这个研究太难，到2000年左右只剩下东京大学、东京工业大学和日本工业界研究院的一些研究组在坚持。
《产业观察者》：既然日本都做不下去，您为什么还要做？
李灿院士：在启动光催化分解水制氢研究之前我做了深入的调研工作，曾到日本、欧洲做了两次休假学术访问，利用此机会，访问了光催化分解水相关的很多学校，看看人家的进度是什么样子的，为什么一些人放弃了，为什么还有一些人在做，想搞清楚困难在哪里，做的理由又是什么。从欧洲了解的情况是做的人很少，大家认为一时半会儿没有希望，而且也没有好的路径来解决这个问题。日本的几个团队坚持了好多年，从上世纪70年代开始直到2000年代，但基本上大多都在筛选材料，筛选光催化剂，通过合成新的材料，寻求突破。
我在访问中注意到一个普遍的问题，已有的工作大多缺乏从基础科学研究，即从本质上理解光催化的过程，我意识到如果不从原理上入手而是简单地炒材料的思路，希望是不大的；其次，很多研究主要沿着化学的路子，实际上光电的转换涉及到物理学、生物学的科学基础，需要考虑学科交叉，即应该是左手与物理学交叉，右手与植物生物学交叉，才有可能取得进展。
日本已经做了20多年尚没有取得突破性进展，我们凭什么能够突破呢？这让我萌生了从更基础原理和多学科交叉的方向切入这个领域的想法，找到基本科学问题必须开始从原理入手。但即使这样也非常艰难，花了三年时间到2003年，才发表了第一篇小文章，此后才逐步上道，2005年到2008年期间从原理上逐渐有了一些自己的认识，先后发现了半导体光催化剂的异相结效应，并提出了双助催化剂的概念，到2008年在光催化学术圈内、包括国际学术领域开始小有影响了，这个时候太阳能制绿氢的思路变得清晰起来，在实验中也出现了一些比较有意思的结果，我便开始从光催化向光电催化和电催化制氢方向拓展。
到了2016年-2017年，先后在几个方面都有了长足的进展，从2017年开始，太阳能规模化电解水制氢有了一些进展，这个时候我开始思考规模化合成液体太阳能燃料的可行性。“道法自然”，自然界植物光合作用过程就是把水和二氧化碳转化为碳水化合物，有了从太阳能来的绿氢，能不能把二氧化碳转换成化学品，像生物质一样的东西。所以，第一个上手的转化是二氧化碳加氢制甲醇，就是现在常称的“绿色甲醇”，因为这个氢是从太阳能来的，且甲醇在常温常压下是液体，所以这样的甲醇也可叫“液态阳光”。
《产业观察者》：那为什么这个绿色甲醇叫“液态阳光”？
李灿院士：这种甲醇学术上又叫“太阳燃料”，因为这个二氧化碳是一个惰性的分子，已经是一个能量很低的分子了，那么要变成一个能量高的燃料的话，一定需要注入能量，这个能量从哪里来呢？就是太阳能，是从太阳能制取氢，才把二氧化碳加氢转化为甲醇，所以这样的液体燃料就叫“液态阳光”。
“液态阳光"（liquid Sunshine）这个名词是由新加坡国立大学前校长施春风先生提出来的，这个名字非常形象。即可把太阳能储存在容器中，大家都熟悉传统能源汽油、柴油的形态，将阳光变成甲醇就可以将光能转换为稳定的化学能并以液体的形式存储、运输与应用。
在此之前，由太阳能制成的甲醇等液体产品被称为“液态太阳燃料（Liquid Solar Fuel），“液态阳光”更加形象,所以，我们采用了这个名字。“液态阳光”不仅指太阳燃料甲醇，还可以指很多其他产品，例如由太阳能合成的汽油、柴油、航空煤油等燃料（可统称为“液态阳光”），以及各种高端化学品。有了绿氢理论上就可以把二氧化碳转化成甲醇。
此后，我便开始主攻二氧化碳加氢转化成甲醇的这个难题。在原理上氢可以从光催化、光电催化、电催化分解水产生，特别是通过电催化可以规模化分解水制氢。所以，下一步就要解决二氧化碳怎样加氢转换成甲醇的问题。
这个研究又在实验室做了三年，才取得了进展，成功发展了一种高效高选择性的二氧化碳加氢制甲醇的催化剂，是一种二元氧化物的固溶体催化剂。由此发展出一个由二氧化碳为原料的合成甲醇的催化技术。
2 产业化：工业示范流程打通，实际应用放大100倍
《产业观察者》：技术打通是否意味着可以实施产业化？
李灿院士：在真正产业化之前还需要做工程验证，即工业化中试试验。这个研究在实验室取得成功后，我就给能源局和科技部汇报，希望尽快做一个大规模的示范工程，来验证大规模工业化应用的可行性。如果一直停在实验室里面，无法验证学术成果是否可靠，对于大部分催化基础研究，工业化验证是必要的。
而我们的这个研究针对的是“双碳”战略目标，仅仅停留在实验室是不够的，能源一定要做大，做大才能起到实际的效果。考虑到太阳能资源分布情况，我们将目标放在了西部地区，中试的试验选址就确定在甘肃的兰州新区，一方面兰州在地域上代表性很强，另一方面当时兰州新区的领导对这项新技术特别支持。
从2017年开始确定中试方案，2018年在兰洽会上签订协议，启动了“液态阳光”的工程化中试的工作，先预定了年产1000~1500吨甲醇的规模，这个规模就可以证明这个技术将来能不能放大，这个项目2018年开始启动，兰州新区石投公司承接这个项目，兰州新区非常重视，把这个项目作为头号工程，他们的效率很高，不到两年的时间，工程就基本建成了。到2020年年初，整个工艺流程打通了，开始产出甲醇产品了。
2020年10月份在兰州新区举行了技术鉴定验收会，由中国石化联合会组织的专家委员会现场对此技术进行了鉴定验收，大家对这个项目的认可度很高，评价也非常高，鉴定确定这个项目具有三个方面的创新：第一次利用波动的光伏发电实现电解水制氢；氢能与连续化生产的二氧化碳加氢制甲醇的工艺过程匹配；第二、验证了先进的电解水催化技术，获得高能效、大规模化、长寿命电解槽技术；第三、验证了创新的二氧化碳加氢转化制甲醇的催化技术，这三项技术都是国际领先。
《产业观察者》：从实验室到工程验证，再到实际应用，规模放大会有工艺上的瓶颈吗？
李灿院士：这个中试成功以后，许多专家建议尽快推广应用。从千吨级中试的技术指标可以判断，可以放大到1万吨、甚至10万吨，因为这个技术的催化过程热效应比较小，它的放大效应比较小。这个技术原理上可以放大。
《产业观察者》：那太好了，现在开始实际应用了吗？
李灿院士：兰州这个项目的工程验证实现后很多企业对液态阳光产生了兴趣，到兰州新区现场参观考察，很多企业希望上这个项目，但由于近三年疫情，推广进程受到一定的影响，但中煤集团还是准备上“液态阳光”工程，他们在鄂尔多斯规划了一个年产10万吨级“液态阳光”甲醇的项目，相当于在兰州工程示范的基础上规模扩大了100倍。
“液态阳光”一定需要可再生能源，即如光伏和风电的电力，因为转化二氧化碳一定需要能源注入，要规模化合成“液态阳光”甲醇，首先要有足够的光伏资源或风电资源，因为光伏和风电资源决定了绿氢生产的规模。
《产业观察者》：20多年的基础研究您觉得现阶段产业化最大的驱动力是什么？
李灿院士：现在“液态阳光”甲醇受到很大的关注，主要是因为“双碳”战略的必然要求。如我当初启动太阳能制氢时的远景，主要是人类能源的可持续发展问题。
按照双碳目标的时间表，无论是2030年碳达峰还是2060年碳中和，对我们来说任务都非常紧迫，实际上现在看碳达峰可能勉强能达到，但是实现碳中和很困难。
在这个情况下，我们的技术就被推到了风口浪尖，现在准备上“液态阳光”项目的企业很多，但是液态阳光甲醇合成需要满足相关的条件，阳光合成必须具备可再生能源，需要绿氢，所以“液态阳光”更适合在可再生能源丰富的地区。尤以西北地区，如内蒙、新疆、甘肃、青海、宁夏等以及具有丰富风电的沿海地区。这些地方有非常好的风光资源，具备大规模合成“液态阳光”甲醇等绿色燃料的条件。
3 产研合作：彼此信任，共建体系
《产业观察者》：中国经济的快速发展得益于改革开发学习西方发达国家成熟的技术，但同时，我们也习惯了“拿来主义”，现在全球要素逐渐被拉平，我们可以拿来的东西越来越少。但我们的企业大部分都没有基础科学的研发体系，而科研院所过去的很多研究多止于论文，但“液态阳光”是一个科研院所与企业合作的项目，您能分享一下合作过程吗？
李灿院士：我没来得及讲基础科学方面的问题，实际上“液态阳光”技术的研发里面有非常重大的基础科学问题，比如说光催化分解水制氢就是一个大科学问题，迄今，太阳能转化效率为什么还很低？
长期以来纳米颗粒的光催化剂里面发生了什么样的微观过程是不清楚的，它的基本的原理是什么呢？光催化材料吸收了光以后，瞬间这个材料里面产生了光生的电荷，这个光生的电荷驱动表面化学反应，这是光催化基本的原理，但是谁也没有看见究竟这些微观过程是如何发生的，因为这些过程太快了。
这些过程是飞秒的时间概念，即千万亿分之一秒，10-15秒或者更快，今年诺贝尔物理奖给了“阿秒光脉冲”，阿秒更快，是百亿亿分之一秒，是10-18秒。从纳秒（nanosecond，即十亿分之一秒，10-9）、到皮秒（picosecond，即万亿分之一秒，10-12）、到飞秒femtosecond即千万亿分之一秒，10-15、再到阿秒（attosecond，即百亿亿分之一秒，10-18）。每三个数量级都是巨大的跨越，光电催化的研究中就用到了飞秒到皮秒光谱，能跟踪电荷的转移过程。
经过多年的探索和发展，我们发展了超快成像光谱技术，把单个纳米光催化剂中光生电荷演化的过程“拍摄”下来，看到了从光生电荷产生、迁移再到表面反应的微观细节，这是光催化研究半个多世纪以来，第一次实现了这个过程，引起了学术界广泛的关注。值得一提的是，今年获得物理学诺贝尔奖的科学家能把阿秒这么快的激光搞出来，将来有望把光催化的整个光电转移过程能看得更清楚。
我们一直致力于在微观世界里面探索光生电荷怎样参与化学反应、怎样把氢释放出来。到了催化剂表面上，质子和电子结合形成氢原子，然后氢原子变成氢分子释放出来，再用这个氢分子与二氧化碳反应，把二氧化碳还原为甲醇，这里面有很多非常奇妙的微观过程。
这是属于基础科学方面的问题，如果不在基础科学方面下功夫的话，取得非常重大的突破是不可能的，首先要从根上来理解这些问题，解决这些问题，才能实现“液态阳光”甲醇合成。这些问题解决了以后，下一个的任务是工程化。
《产业观察者》：是的，我相信微观世界也是很有趣的，但工程化会涉及很多工艺问题、成本问题，企业的创新也非常重要。过去我们看到很多的产学研合作都是企业在生产过程中创新需要科研院所的支持，而您这个项目是有了理论需要企业来验证，这个交流是不是更困难呢？
李灿院士：一般做学问的范式，无论在中国学术界还是国际学术界，大多都是做基础研究的就做基础研究，把原理搞清楚、文章写出来就行了。但是，现在强调四个面向，仅仅到这一步还不够，基础研究成果还应转换为工程应用过程。一般做工程化应用主要是一些研发和工艺设计基础比较好的企业。像中集安瑞科，华陆工程设计院。就可以在基础研究的基础上做工程化设计。不过，实际上，中国的情况很多不是这样的，大部分企业的研发力量还比较弱一些，如果把实验室的基础研究文章交给他，让他马上工程化，他也做不到。因此，从实验室的小试到工业化中试还是必要的。
因此，光在实验室工作不行，还得推动工程项目的落地。为了兰州新区的工程化示范项目，我先后13次往返大连的实验室和工地之间，当时从大连到兰州经常没有直达飞机，必须从郑州、鄂尔多斯或呼和浩特转机，从早上出发到兰州已经是下午了，单程要花一天时间。
《产业观察者》：与很多人现在跟踪“绿氢”的热点相比，您用了20年的时间来做光催化剂、光电催化剂和电催化的基础研究，显得更加从容，当时没有明确的商业功利目的，更像是一种自觉。
李灿院士：不过这种“自觉”研究也有另外的压力，看不到产业化希望的研究也就意味着很难获得研究经费，因为国家还没有项目支持、企业看不到商业价值。我原本做油品脱硫技术、做高品质燃料，有中石油、中石化给的项目资助，转向这个前瞻性研究方向后没有一个企业给资助，一直到2008年之前，几乎没有获得一个国内企业对于光催化制氢和“液态阳光”项目上的任何资金支持。
除了从国家基金委的基础研究项目中获得一些经费之外，没有其他资助，反而是国际上有些大的能源公司还资助一些前瞻科技的项目资助，因为，一些国际公司也有前瞻性的战略规划。我本人倒是从容，一直没有为此而感到压力，但没有经费来源，要支撑一个规模较大的研究团队有一些困难，所以，早期，我的研究组并不大。
另一方面，仅做好基础研究，其实并不需要太大的研究组。要有好的想法。现在我的团队除了基础研究，还兼顾工程化应用研究，现在的团队将近170人，如果没有足够的经费是无法支撑这么大规模研究团队的。其实，严格来讲做产业化并不是我们的长项，不是像科学家在实验室研究原子、电子、分子等微观世界的科学规律，但是不这么做不行。当然对于催化研究，工程化应用研究是对催化基础研究成果的考验，甚至也是对基础研究成果的确认。
《产业观察者》：是的，这是由于中国企业的发展路径决定的，因为中国并没有参与前三次工业革命，大部分企业都是拿国外成熟技术的产品和工艺来生产，企业普遍没有原始创新，也没有建立基础技术的研发体系，他们普遍没有能力将科学家的原创性基础研究成果转换为经济效益。进入到比较前瞻的科技领域，就需要科学家与企业科研人员共同研发来实现从理论到工程的验证。
李灿院士：很幸运的是，兰州新区的领导和承接这个项目的企业都看好这个项目、也非常支持这个项目，我去新区现场13次就开了13次现场工作会，大家都很信任，如果出现工程问题，大家就在现场工作会议上解决。举一个例子，比如加工反应器需要用一种特殊钢材，这种特殊钢材当时缺货，企业工程技术人员真是上天入地寻找，将这些技术要求发到各家供应商，结果在很短的时间内找到了满足条件的材料。
合作过程中，科学家对科学技术问题通常可以提出原理性解决方案。但有的工程的问题需要企业的工程技术专家才能解决，当然这些工程问题背后根本上也是科学问题，所以在科研成果走向应用时，科学家与企业家要多交流，提出解决方案，共同解决问题。正是因为双方的彼此信任和畅通的交流，项目进展得非常顺利，进度也超出预期。
最后，我们把这个实验室的基础研究成果推向工程化，从实验室大约只有100毫升催化剂的反应装置放大到1000吨甲醇/年的生产规模，从原来的小小的反应器，现在要变成一个几米高的一个反应器，需要建一个工业化装置，要解决一系列的过程技术问题。
4 经济性：碳税机制与电价下降将让绿色甲醇用得起
《产业观察者》：能源企业减碳压力固然大，但企业关心政治，更关心经济，目前“液态阳光”的经济性怎样？我们怎样预期它的价格趋势？
李灿院士：经济性是大家普遍关心的问题，如果没有现有的甲醇成本作为比较，绿色甲醇的经济性已经非常好了。但问题是工业上现存的煤制甲醇已经成熟，而且很便宜，因为它的原料价格很便宜，技术路线已经很成熟，所以市场上已经有了很便宜的甲醇作为参照，目前绿色甲醇要比煤制甲醇价格高一些。
但是，绿色甲醇的价格随着技术的进步，会单调下降。其价格取决于技术成本和可再生能源（主要时光伏和风电）的电价，大概30%是二氧化碳加氢转化及电解水制氢这些技术成本，还有70%是可再生能源的电价。中国的光伏、风电发展非常快，现在光伏和风电价格已经比较低了，价格还在往下降，因为太阳能和风能没有原料成本的问题，只要光伏风电发电的技术进步了，它的价格就进一步下降。
2001年我们刚刚启动太阳能制氢研究时，光伏电价是火电的十倍以上，到了2008年的时候大概是火电的数倍，现在光伏发电成本已经达到甚至低于火电，现在不需要补贴，可以评价上网了。其实，据光伏发电的龙头企业估计，现在的刚性成本到了0.15元/度电以下，所以，过去的20年里，光伏发电成本下降了90%以上。
《产业观察者》：那么现在工业企业就像中煤有没有算投资回报的时间？企业的转型既需要前瞻性，又要考虑财务报表，以您的观察，转型过程中他们怎样平衡？
李灿院士：可再生能源的投资回报时间可能要稍微长一些。企业家的认识已经上来了，从两个方面看：第一点是政府决心发展新能源，这个道路必须要走，第二点是要完成“双碳”战略目标，大企业、国有大企业有国家担当。比如中煤集团等传统煤炭能源企业，二氧化碳排放压力很大，先走一步就比较主动了，越到后面压力越大，总的趋势是降低煤炭等化石能源的消耗。就像中国在国际上自己主动承诺2030碳达峰和2060碳中和，在应对气候问题上，我们由被动变为主动了。
目前，中国是全球排放二氧化碳最多的国家，如果中国没有解决好二氧化碳减排问题，全球气候问题就难以解决，气候变化对于人类之灾害不仅全世界遭殃，中国14亿人也受害。因此得罪的不仅是欧美这些发达国家，全世界发展中国家也会有意见，绝大部分发展中国家的工业发展比较落后，经济发展也比较慢，因此，他们的排放也就少。我们中国作为发展中国家的领头羊，一个负责任的大国，你自己排放这么多，你还没有一个积极的表态怎么可以呢？所以中国的“双碳”表态是非常正确的，不仅要表态，还要切实落实，别人也就没什么说的。所以，这就是一些大企业纷纷准备上马“液态阳光”的动力。
另一方面，企业家的确自己也看到了“液态阳光”未来的发展前景，因为光靠挖煤不行，煤总是有挖完的一天，所以现在的能源集团公司，他们都积极在西部地区部署新能源资源，西部光伏风电的资源量很大，都在抢这些资源。原来是抢煤矿资源，现在在抢可再生能源资源，煤矿最终有枯竭的时候，但光伏风电资源是取之不尽用之不竭的，这些地现在也不容易拿到，过去认为戈壁滩、沙地等都是废地，没什么用处，现在这些废地变成了宝贵的资源，当地政府便拿这些资源来换产业，他们希望投资光伏风电的企业能够给当地带来新兴产业，能给当地经济发展有所贡献。
英国石油公司（BP）跟我们所合作20年，在我们所设了一个研究中心，初期10年主要做化石能源的清洁高效转化的研究，10年前跟我们合作成立能源创新实验室，逐渐转型，现在已经不怎么做石油和煤炭相关的研究了。他们在中国有很多石油相关的企业，有的都卖掉了，他们卖的时候不是不赚钱，很多还在盈利，他们就卖掉了，他们大跨步的转型到绿色、低碳能源。而且在石油公司现在普遍困难的时候，BP表现相对比较从容，因为提前转型，所以有更多的商机。
与国际上像BP这些有前瞻性的企业相比，国内大部分企业一般都是逼得没办法了才考虑转型，但我相信我国能源转型是大趋势。所以我对“液态阳光”很乐观，很多企业来谈合作，我告诉他们目前看可能盈利不那么明显，跟当下市场煤化工甲醇的价格比，“液态阳光”甲醇稍贵一些，不过已经接近市场甲醇的价格。
《产业观察者》：行业起步阶段很难有经济性的，技术成熟还有一个规模化的问题。“液态阳光”规模化降本的预期怎样？
李灿院士：规模化市场应用是降低成本的一个重要途径，因为规模化放大合成可以降低一次性设备投资成本，单位产量的成本就可以下降，所以从1000吨到10万吨放大，设备成本不是线性增加的，这样的话，放大到10万吨乃至百万吨就可以大幅降低单位产量的成本。
另一方面，技术也在不断进步，比如说二氧化碳加氢技术，电解水制氢技术都还有改进的空间，成本会进一步下降。更值得注意的是，随着可再生电力成本的下降，“液态阳光”甲醇的价格会大幅下降。
目前，我国风电、光伏装机量迅速增加，可再生电力发展很快，电解成本必然会进一步下降。最近报道的数据令人吃惊，原来提出2030年碳达峰的时候光伏风电总装机量要达到12亿千瓦，这个数字去年已经达到了，去年还有一个数字也是具有转折性意义，2022年水电、风电、太阳能光伏、生物质等可再生能源发电装机12.1亿千瓦，超过煤电装机11.2亿千瓦，这将改变人们的观念。
传统能源领域的专家和同行们认为，可再生能源一时半会起不了什么作用，火电是能源压舱石，因为过去80%以上都是火电，所以火电很重要。但实际上近十余年可再生能源发展得非常快，尤其光伏、风电，能源结构转型的速度非常快。
原本预定2030年要实现的可再生能源装机量目标已经达到，接下来还有7年，快速上风光资源，它带来一个问题需要解决，一下子增加这么多风光发电，消纳成了新的问题，即便是上了网也消纳不了。许多地区如内蒙、新疆一些偏远地区的可再生电力不容易输出来，那么“液态阳光”就成为一个解决方案，相当于把这些可再生电力、这些风光能源资源储存起来，不一定必须上网，液态阳光甲醇室温常压下是液体，易于储存和运输，既可以作为交通动力燃料，也可以作为化学产品或材料产品的中间体。
我们国家每年从煤化工产甲醇近万吨，如果利用“液态阳光”甲醇能把这部分煤制甲醇给替代下来，这个贡献就不得了，现在，甲醇作为汽车燃料的呼声很高，“液态阳光”甲醇可作为原料替代汽油，成为新增的绿色零碳燃料。
《产业观察者》：双碳目标下储能发展很快，您认为电化学储能与“液态阳光”哪个方案对解决光伏、风电的消纳更现实？
李灿院士：现在国家为了解决可再生能源消纳的问题，要求风光发电必须配储能，让储能来解决光伏风电的波动性，其实效果不明显。
为了了解光伏配储能的效果，我专门去西部考察了光伏发电工厂，他们按照要求配了20%的电池储能（锂电池），项目的工程师告诉我们目前这个20%起到的作用就是相当于延长了两个小时发电。还是解决不了昼夜不连续的问题，而“液态阳光”策略可以离网制氢，因此可以利用不容易上网的光伏风电合成甲醇，相当于把这部分电储长时储存于甲醇中，可以更大规模储能，初步估算10 万吨-甲醇/年规模可储存600兆瓦光伏-风电的电量。
《产业观察者》：现在看起来国内强制配储的机制不如欧洲，欧洲机制是补贴绿色甲醇或绿氨与传统甲醇或合成氨之间的差价，同时，碳税价格很高，将近100欧元/吨，对推进绿氢替代有很强的引导作用，国内强制配储的办法太过简单，可能只顾“配”不顾“储”。“液态阳光”的价值体现在哪些方面？推动绿氢和液态阳光的机制怎样？
李灿院士：在一些偏远地区特高压不方便而且成本太高，如果将这些地区的电力转换为绿氨或氯色甲醇都可以作为氢基能源来储存。尤其是甲醇规模化运输到内地，可以做化工，可以直接做能源，也可以作为氢能的载体，从甲醇中把氢放出来比较容易，所以，“液态阳光”或也称绿色甲醇，有三种属性，可以说是一石三鸟。
第一是储氢功能，甲醇运输到应用场地，在摄氏300度左右与水汽重整就可以把氢放出来，储氢量达到18%以上（包括水中释放的氢），比液氨的储氢量还高；第二是它可以大规模的消纳可再生能源；第三是它可以解决我们国家液体燃料短缺的问题，因为我们国家进口石油的一大部分是用来生产燃油（汽油、柴油等），如果能够用甲醇（由甲醇也可制汽油、柴油）来替代汽油、柴油，那我们对石油的进口依赖度就会得到缓解。
特别是第二点，“液态阳光”消纳可再生能源的作用意义重大，因为有些偏远地区的荒地具备光伏风电发电条件，但没有输电系统，发电上不了网。即便可以上网，也没有办法消纳，西部的可再生能源发电都往东部输送，东部将来也没那么大的消纳市场。青海的、新疆的、甘肃的、宁夏的都往东部输，这种供给几乎无限，但东部的消纳却是有限的。而原有的火电也不能一下降下来，火电的退出是个慢过程，但是，光伏风电的发展太快了。
体制机制是推动创新变革最核心的要素，尤其在中国，所有科技和产业变革都离不开一个好的机制，科研机构也特别希望在绿色经济上有更加高效合理的机制。为了推动“液态阳光”，我也多次与能源局和发改委沟通，每次的提案都能得到客客气气的答复，但并没有具体的行动，所以在实际推动这些项目的过程中遇到很多困难。我们还要继续呼吁。
《产业观察者》：“液态阳光”与传统甲醇价格差多少？碳税机制对“液态阳光”的影响怎样？
李灿院士：2020年的时候，我们团队做了一个经济评估，“液态阳光”当时要比煤化工甲醇贵1500-2000元/吨左右，但是近两年光伏、风电的电价是不断的往下走，现在来算的话就没那么大差别了。
如果用煤化工来制甲醇的话，每吨甲醇要排放三吨以上的二氧化碳。如果国家要推行碳税的话，现在的碳税价大概是50-60元/吨，将来还要提高，如果一吨甲醇要排三吨二氧化碳大约一两百块钱，如果这一两百块钱加到现在煤化工制甲醇的成本上，许多煤化工甲醇企业就没办法生存了，因为煤化工甲醇的利润大概就是每吨两三百块钱，所以从发展的眼光来看的话，传统甲醇是没办法与“液态阳光”甲醇竞争的。当然现在我们国家碳税还没有推起来，如果碳税真的要实施的话，“液态阳光”甲醇优势就非常明显了。
欧洲10月1日刚刚公布了对中国两年的边界碳税预备期，就是说到2026年的时候正式要对中国实施边境碳税，如果实施这个政策的话，我们中国出口大概平均要上浮30%的关税。其次，对于高排放产品甚至不允许出口，所以从这个意义上来讲，绿氢、绿色甲醇这些方向是非常有前景的，尽管现在成本高，但必须要走这条路。不是说绿色低碳成本高可以绕道而行，而是没有别的更好的路可走。
5 碳中和：捕集与排放相抵达到近零排放
《产业观察者》：绿色甲醇主要有哪些应用？
李灿院士：一方面作为材料中间体，例如各种材料，各种化学品，将来的绿色化、清洁化、低碳化产品大多可以由绿色甲醇出发合成，可以从绿氢开始到绿色甲醇，绿色甲醇往下可以生产各种东西。比如生产烯烃、芳烃、可降解高分子等。
另一方面，绿色甲醇将来更多可作为碳中和燃料，比如吉利汽车正在推甲醇汽车，他们已经进行了多年的甲醇做燃料的汽车验证，现在开始推广甲醇汽车。今年杭州亚运会采用甲醇燃料点火，这个宣传效果很好， “液态阳光”甲醇（也可称绿色甲醇）可以实现碳中和，这个宣传实际上就是对实现碳中和的一个很好的科普。
《产业观察者》：绿氢可以通过光伏和风电来制取，那二氧化碳从哪里来呢？
李灿院士：二氧化碳的来源有很多，各种工业过程，包括火力发电、石灰、水泥、冶金行业生产过程都有大量的二氧化碳排放，例如，水泥生产是通过高温分解碳酸钙过程，因此分解出大量二氧化碳。中煤集团有煤化工，几乎所有的煤化工过程都排放二氧化碳，因此他们就先上一个10万吨的项目作为煤化工行业的碳中和示范。
《产业观察者》：您说到碳中和，这是氢动力和甲醇动力很大的区别，因为氢无论是燃烧还是通过燃料电池发电都没有排放，但甲醇作为动力还是会排放二氧化碳，这个问题怎么解决呢？
李灿院士：这是经常问到的一个问题，即甲醇燃烧时排放二氧化碳的问题，这需要从碳全生命周期来算账，因为在生产甲醇的时候已经捕集二氧化碳，甲醇燃烧的时候再排放等量的二氧化碳，这样一进一出，并没有形成净排放，这是一个碳中和的概念，这与用生物质作燃料，或生物质作原料生产甲醇、乙醇作燃料的道理是同样的。
《产业观察者》：另外，国际海事已经将绿色甲醇定为远洋船舶的清洁燃料，国际船运市场甲醇船订单迅速增加。马士基要求挺苛刻，它要求二氧化碳的来源要么是生物质，要么是空气中直接捕集，按照他们的要求“液态阳光”也不能算绿色甲醇啦？
李灿院士：马士基的这个要求并不合理，这是西方人根据他们自己的情况提出的要求。西方发达国家已经完成工业化过程，他们集中排放二氧化碳的工业过程已经很少了，他们集中排放二氧化碳的场景比中国少，所以他们要求从空气里捕集二氧化碳，他们自己可以从空气中捕集二氧化碳（实际上还没有做起来），也要求其他国家从空气中捕集。而发展中国家像中国，还有许多刚性集中排放二氧化碳的工业过程和能源转化过程，所以先解决这些过程的二氧化碳排放是更有效的减碳的做法。
另外利用生物质的道理也是一样的，生物质是捕获空气二氧化碳长出来的物质，燃烧的时候二氧化碳又排出去了，所以生物质是零碳燃料或碳中和燃料，因为欧洲和北美他们是有生物质资源，很多生物质资源也是汽化成一氧化碳，二氧化碳再加氢转化成甲醇。但中国等发展中国家的情况是现在有大量的高浓度二氧化碳正在排放。按照他们的要求就意味着让高浓度二氧化碳排出去，再从空气中捕获下来，这实际上成本更高。
所以，马士基要求的这个标准是在发达国家的标准，在发展中国家应该修改。比如水泥行业如果不允许排二氧化碳，就不可能造出水泥，但是如果将排放到空气里的二氧化碳，再捕集下来成本很高，但是，二氧化碳从水泥厂直接捕集就比较容易，因为它浓度很高。
所以马士基所提的规定更适合于欧洲，但他们没有考虑中国这些发展中国家的具体情况，现在直接排放二氧化碳的场景还很多，中国应该把直接高排放量的问题先解决了，再解决从空气里搜集二氧化碳的问题。把高浓度的二氧化碳排放到空气中，再费很大的成本把它捕获下来，这不是一种愚蠢的做法吗？当然，我们应该逐步淘汰和关闭那些源头上高强度排放二氧化碳的工业过程。
虽然捕集空气中二氧化碳比较困难，成本很高，但以后可能需要从空气中捕集二氧化碳，努力降低空气中二氧化碳的浓度。现在的科技对于每个国家二氧化碳的排放量的总量可以测得很准确。另外，根据一个国家的经济总量和化石能源消耗量也可以估算其二氧化碳排放总量。所以监测和估算一个国家的二氧化碳排放量很容易，不必到各工厂去查看，而是通过卫星监测和GDP总量和能耗总量就可知道。比如，煤化工，排了多少二氧化碳，不需要从烟囱里面去查，从财务报表就可以知道一家企业的碳排放。你每年产品产量是多少，就知道你排了多少二氧化碳
回到我们谈到的成本问题，现在一些看得较远的企业家他们算的是综合账，他们会提前布局减碳项目。因为未来出口的产品的碳排放量要从碳足迹追踪产品生产的过程直到到源头。如果交通领域推广使用“液态阳光”甲醇燃料起来的话，从碳足迹看它是碳中和的，而煤化工甲醇不仅生产过程排放二氧化碳，燃烧过程还净排放二氧化碳，不能实现碳中和。
6 能源结构变化引发第四次产业转移
《产业观察者》：我还有一个观点，院士，我觉得中国的重化工业会因为可再生能源的分布式特点，出现第四次的产业转移。中国“一五”期间建立的工业基础是基于东北地区的煤炭资源，第一次产业转移是备战时期往“三线”地区转移；第二次产业转移是往沿海地区，这一次是基于市场化；第三次往经济落后地区转移，是污染的转移；第四次就是因为能源结构发生了变化，产业结构也会发生变化。就您讲到的二氧化碳与氢的这种良性循环，它必然要把这些化工企业都集中到一些可再生能源集中地，这样循环起来就会比较经济。
李灿院士：你这个观点很好，与我的观点高度一致。我与西部的领导交流，就讲这个观点。今年我到西部去考察，我给甘肃省的科技厅、酒泉、玉门、张掖、金昌的科技部门和企业家做了报告，其中一个观点就是西部丰富的可再生能源将是西部振兴的希望所在。西部有这么好的风光资源，建议应该强化就地转化、进而转型产业和引进新兴产业。
国家倡导开发大西部，要让西部振兴起来，拿什么振兴？西部的风光资源当然尽量向东部输出，但风光发电装机量迅速增加，即便能输出，东部也用不完，所以，消纳可再生能源电力成为大问题。何况，由于光伏风电的波动性和间歇性，也不容易都能上网。所以建议西部地区应该就地利用可再生能源，发展绿色、低碳新兴产业。建议大力发展离网技术，就地转化利用可再生能源，降低因上网而配备储能的成本。另一方面，建议国家出台政策，应该鼓励东部高耗能产业向西部转移，诸如长三角、珠三角的能源企业可以向西部发展，既缓解国家能源安全问题，又客观上推动西部振兴。
我们想一想，西部的资源大省几十年没有富起来。山西、内蒙、新疆这些富煤的省为国家做出了巨大的贡献，为改革开放这几十年的快速发展做了很大的贡献，但是产业依然比较落后，经济发展主要靠资源、靠卖煤，一旦煤价跌下来，经济马上就下行了。而江苏、浙江并没有煤、石油这些资源，但它们发展新兴产业，经济发展得很好。所以，西部地区经济发展必须要转型，要利用好西部新能源资源优势，要从传统能源向可再生能源等新兴产业转型。
《产业观察者》：是啊，人类的历史太长，化石能源的发展不过一两百年，我们总不能把这一两百年过了就不过了吧。不过院士，我是亲身经历从烧柴到烧煤，然后逐渐到烧天然气、用电这样的过程，很短的时间就经历了西方国家几百年的发展历程。我也在想，过去我们虽然承接了国外的成熟技术，但我们没有经历过工业文明，包括人的思想的洗礼，其实我们是“暴发户”。所以，我是觉得这一次对我们来讲是一个很好的机会，我们可以亲自参与这次能源革命以及对人类的反思，包括我们生存环境的反思，其实也是一种文化的建立，我觉得能够生活在这个时代还是蛮幸运的。
李灿院士：是的，我们处在大变革的时代。几年前，我在山西能源革命的大会上作报告，曾提了这样一个观点：我们中华民族错过了一次工业革命，二次工业革命、三次工业革命，我们对现代工业的发起没有贡献。今天看起来，我们许多产业发展起来了，但主要是借改革开放的东风。比如，计算机行业我们现在发展得很好，其实，国外上世纪40年代50年代就开始研发计算机了，当时我们还处于抗战、内战和后来的百废待兴，并没有参与贡献，改革开放以来，特别是加入WTO以来，我们经济以前所未有的速度发展起来，我们学得快，吸收转化得快，我们把人家在科学源头上发展上的技术用得好。
现在由于气候变化引发的这场低碳能源革命转型，堪称为第四次工业革命，这次工业革命的特点是发达国家和发展中国家都得经历一次碳中和的变革和改造，这个变革把中国跟发达国家拉到了同一个起跑线上，从这个意义上讲，我们有了新的发展机会（这是一个不成熟的观点）。不然的话我们一直跟在人家后面。我们倡导人类命运共同体，大家都要共同解决气候变化问题，我们先把14亿人口自己国家的碳中和搞好，就是对世界的巨大贡献！
《产业观察者》：好的，院士，您的时间差不多了，我们今天就聊到这里。谢谢您！
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