“碳中和”背景下，电动汽车未必低碳！甲醇开启能源新赛道

“碳中和”是在全球变暖的背景下提出的，“碳中和”提出的目标就是为了追求净零排放，将经济增长与资源消耗断联。在“碳中和”的大背景下，习总书记也立下了2060年实现“碳中和”的宏伟目标，国家作出的相关决策与部署，积极地推进了我国社会经济向绿色低碳经济的转型，这也是我国未来40年经济发展的主要基调。
   
据相关资料显示，全球73%的碳排放主要来源于能源领域，仅2019年，在能源领域二氧化碳排放量达330亿吨，其中，中国常年位居全球二氧化碳排放首位，2020年中国二氧化碳排放99亿吨，占全球中排放量30.66%。对于一个发展中国家来说，实现“碳中和”是一项重大的挑战。
 
归根到底，实现“碳中和”就是要解决能源问题，以中国能源结构来看，“富煤、少气、缺油”是国内能源的主要特点，其中煤炭资源消费总量占比达56.8%，这也是中国碳排放强度较高的主要原因之一。若想实现“碳中和”，需要供给端与需求端共同发力，控制化石能源总量，提高利用率，推动产业架构转型，发展绿色能源与储能。
 
电动汽车出行真的是低碳出行吗？
 
电动汽车已成为现在汽车转型的主要发展方向，那么电动汽车真的可以减碳吗？单从汽车这一层面来看，电动汽车的确可以做到减碳，但从整个能源架构来看，碳排放并没有减少。
 
我国电网的63.7%主要还是依靠火力发电，电动汽车的电能来源还是化石燃料。总的来说，表面是在开新能源汽车，实际开的还是化石能源汽车。因此，在使用电动汽车的过程中依然会存在碳排放，距离零排放的目标还有一定距离，并没我们想象中那么美好。
 
液体才是能源的最佳载体
 
谈到绿色能源与储能问题，很多人都会想到现在大力发展的电动汽车，以电池作为电能存储的载体，为汽车动力提供所需的电能，通过电能取代传统的化石能源的方式，实现低碳的目的。但是早在1859年就已经发明的电池技术，为什么直到现在才被推广呢？归根结底就是能量密度的问题。
 
每种能源的能量密度都不相同，当能源载体的体积为1m³时，氢气的能量密度为3.2 kWh/m³，天然气的能量密度为10 kWh/m³，铅酸电池的能量密度为90 kWh/m³，现在备受推广的锂电池能量密度也仅为260 kWh/m³，即使是在电动汽车领域备受看好的刀片电池，能量密度也仅仅在300~500 kWh/m³之间。而以液态形式存在的汽油能量密度达8600 kWh/m³，柴油为9600 kWh/m³，甲醇液体为4300 kWh/m³。就能量密度而言，电池的能量密度连液体的零头都不到。
 
资金成本也是项目发展首要考量的问题，在运输方面，液体比固体更易运输，仅需通过修筑运输管道或通过轮船即可实现低成本运输。这也是为什么石油能在全世界流通的原因之一，同时，液体与固体电池相比，液体的能量密度也更高、方便储存、安全系数高。
 
甲醇制氢减少化石能源使用
 
既然液体是最佳的能源载体，那有什么既低碳能量密度又高的能源液体吗？答案是当然的，那就是甲醇，甲醇可以当作氢气的载体，通过催化甲醇产生氢气实现供能。
 
自提出节能减排以来，氢气也成为了备受瞩目的焦点，以氢气作为汽车燃料电池可摆脱传统化石能源的依赖，在保证了化石燃料总量的同时，还降低了碳的排放。
 
氢气虽好，但在实际应用中存在着诸多问题。第一点：如氢气的能量密度较低，不便存储与运输，这也是目前市面上推广应用氢燃料汽车的阻碍之一，若使用液态甲醇更易运输，能量密度也更高。第二点：安全问题，氢气是化学元素周期表中最活跃的气体，化学性质极不稳定，容易发生爆炸。举个简单的例子，氢气球爆炸的新闻相信大家都略有耳闻，当氢气遇到火星时会被点燃产生爆炸。而甲醇具有闪点高的特点，在常压状态下存储或运输发生爆炸、着火的概率相对较低。第三点：注氢站建设的问题，由于氢气的化学性质与物理性质的问题，导致注氢站不宜在城市中建设，这也就降低了用户加注氢气的便捷性，同时由于能量密度的问题，注氢站的占地面积比注甲醇站的占地更大，建设成本也更高。
 
今年9月，生态环境部正式打开甲醇汽车公告申报端口，甲醇汽车被纳入国家汽车工业统一管理范围，这也意味着甲醇汽车开始进入新一轮市场推广。
 
虽说甲醇在汽车上应用时一个比较新鲜的事物，但吉利在这一领域已经深耕了16年之久。吉利在这一领域已有接近200项专利技术，并且目前已经开发了将近20款以甲醇作为动能燃料的车型。在工信部甲醇汽车试点项目中，投入甲醇汽车占试点总数近90%。截至目前，吉利甲醇乘用车已规模化运行2.7万辆，总运行里程达到80亿公里，最高单车运行里程120万公里。
 
中国船舶集团711所也成功研发了甲醇重整制氢原理样机，并完成了调试验证。经过验证在标准工况下制氢量达15 Nm3 h-1、制氢纯度高达99.99%，CO浓度小于0.15 ppm。制造出的氢气可满足燃料电池的需求，且制氢率也达到了国内领先水平。
 
近日，中科院在甲醇制氢催化剂研究中取得了新的进展，开发出了具备高机械强度和高催化活性的 3D 打印催化剂制备方法。通过干燥结晶煅烧方法，成功在高机械强度氧化铝多孔载体上合成了铜锌片层结构活性组分层。通过改进氧化铝载体空间结构，从而提高传热与传质效率降低床层压降，进而提高甲醇重整反应催化效果。实现单位质量催化剂氢气的时空产率达到 536 mol / kg cat / h，径向压溃强度达 152.4 N / mm。可在不同的行驶路况下保证制氢催化效果，且催化效率是传统催化效率的四倍。
 
小结：
 
通过电动汽车实现降低碳排放固然没错，但忽略了能源供给源头这一重要的一环，若在新能源汽车内配备甲醇制氢的催化装置，在车内实现制氢，不仅提高了能量密度，还可减少了化石能源的使用，这样才能真正的实现减少碳排放，早日达成“碳中和”的目标。