氢与甲醇,未来能源体系半边天?

文摘   2024-12-11 12:05   北京  

在能源转型的大潮中,相对化石能源、风能、太阳能、水能、核能(裂变、聚变)等等各类初始和源头能源,氢与甲醇作为再造能源,正逐渐成为未来能源体系的半边天。它们不仅承载着连接可再生能源与传统能源体系的重任,还可以在电网之外通过管网使得能源分发形成1+1的更完善格局,还展现出独特的储、运、分发、用、安全、环保优势和广泛的应用前景,对于国家的未来能源转型和能源安全也是极其重要的。


一、氢与甲醇的独特价值与重要性

氢,作为宇宙中最轻的元素,其燃烧产物仅为水,实现了真正的零排放。它不仅是燃料电池的主要燃料,为电动汽车、船舶、飞机等提供清洁动力,还可用作化工原料和冶金还原剂,展现出广泛的应用潜力。氢的高能量密度和清洁性使其成为未来能源体系的重要组成部分,不过氢目前的储运和使用还有不小的挑战和成本,需要技术的持续研发和进步。与此同时甲醇的提供了有力的协助和广阔的空间。

甲醇,则是一种由一氧化碳和氢气合成的液体燃料。其燃烧产物主要为水和二氧化碳,且二氧化碳可以来源于工业废气,实现碳的循环利用(目前已经从传统的煤等化石能源制备开始转换为利用工业废气制备了)。甲醇作为液体燃料,具有储存运输方便、安全性高、燃烧效率高等优点(零下九十度不结冰,零上六七十度不易蒸发),更容易实现大规模储存和长距离运输。此外,甲醇还可以通过重整过程转化为氢气或合成其他化学品,进一步拓宽了其应用领域。

氢与甲醇在能源体系中并非孤立存在,而是相互依存、共同促进的关系。甲醇可以作为氢的储存和运输介质,在需要时将氢气释放出来供燃料电池使用。这种相互依存的关系使得氢和甲醇在未来的能源体系中更加不可或缺。

氢与甲醇还具有广泛的应用前景。在交通领域,氢燃料电池汽车和甲醇汽车将成为未来清洁能源汽车的重要发展方向。在工业领域,氢和甲醇可以用作化工原料和冶金还原剂,推动传统产业的绿色转型。在能源储存和分布式能源系统方面,氢和甲醇也将发挥重要作用,提高能源供应的可靠性和灵活性。

总之,氢与甲醇之所以在能源转型中占据重要地位,是因为它们能够解决可再生能源(太阳能、风能等)面临的间歇性和不稳定性问题。通过储存和运输氢和甲醇,我们可以在可再生能源富余时将其转化为化学能储存起来,在需要时再将其转化为电能或热能使用,从而构建稳定、可靠的能源供应体系。


二、技术与设施的友好性:氢与甲醇的转换升级

现有的发动机、内燃机、燃料燃烧设施、储能、运储等技术和设施对氢和甲醇比较友好,转换升级相对比较方便。例如,传统的内燃机可以通过改造使用甲醇燃料;燃料电池则可以直接使用氢气作为燃料(包括汽车使用的或者其他使用的,还能降低锂离子电池等对稀有金属的消耗和成本)。此外,氢和甲醇的储存和运输技术也相对成熟,可以依托现有的基础设施进行扩展和升级。现有的一些天然气管线、石油管线设施也将对氢和甲醇比较友好,可以实现充分的再利用和进一步的扩展联网等。

需要指出的是,氢和甲醇虽然可以如此,但这并不意味着电动车的电机系统就不需要发展了。实际上,电动车作为可再生能源利用的重要形式之一,在未来能源体系中仍将占据重要地位。氢和甲醇的发展将为电动车提供更加多样化的能源选择(不同类型的电池)以及充电来源(电力的供给),还能帮助换电站或者充电站很好的进行动态储能与使用。说到电动车本身,核心还是其自身的技术进步和成本降低仍然是推动其普及的关键因素。


三、液体与气体管网:电网之外的半边天

在未来能源体系中,除了电力输送网之外,液体、气体的氢和甲醇管网将是另一个重要的能源分发体系,可以直接燃烧使用,可以用于储能分发,可以能源的传输和供给。通过构建完善的氢与甲醇管网,我们可以将可再生能源(太阳能、风能等)转化为化学能并储存起来,为未来的能源需求提供有力保障。

其实,电力、电池、电网和储能等现有技术与氢、甲醇之间存在着紧密的联系,不是彼此割裂的。电力可以通过电解水制取绿氢(电力的来源推荐是太阳能、风能等可再生能源),而绿氢又可以进一步合成甲醇(还可以吸收和转换其他排放的废气和二氧化碳)。同时,甲醇也可以通过重整过程转化为氢气,为燃料电池提供燃料。这种相互转化的能力使得氢和甲醇能够融入现有的能源体系,以及自身的清洁、安全等,支持灵活的储能和分发,实现能源的高效利用和优化配置。

可以说,氢和甲醇的管网建设必将进一步完善能源分发体系,丰富能源的供给和选择,提高能源供应的可靠性和安全保障。电网和管网,这两种形态的能源可以提供更加灵活多样的分发、调度、储能和使用方式。


总之,笔者以为氢与甲醇将很有可能成为未来能源体系的半边天,正逐步展现出其独特的价值和广阔的应用前景。在未来的能源转型中,值得充分发挥氢和甲醇的优势,构建稳定、可靠、高效的能源供应体系,也同时为实现碳中和目标贡献力量。


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