卓 星 文

Huang Zhen,academician of the Chinese Academy of engineering,pointed out in the report that renewable synthetic fuel solves the storage problem of renewable energy,is convenient for transportation and filling,and is expected to make internal combustion engine fuel inexhaustible.It is independent of fossil energy and realizes carbon neutralization and net zero carbon emission.It is a revolutionary technical product with great potential.

2021年4 月22日，在山東濟(jì)南舉辦的第2 屆世界內(nèi)燃機(jī)大會開幕式上，中國工程院院士、上海交通大學(xué)副校長、講席教授黃震作了題為《碳中和目標(biāo)下的內(nèi)燃機(jī)燃料技術(shù)》的報告，報告從我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)、內(nèi)燃機(jī)面臨的問題與挑戰(zhàn)以及內(nèi)燃機(jī)燃料技術(shù)發(fā)展趨勢3 個方面進(jìn)行了闡述，并對可再生合成燃料的生產(chǎn)及其在內(nèi)燃機(jī)工業(yè)上的應(yīng)用前景作了進(jìn)一步的介紹。

中國工程院院士、上海交通大學(xué)副校長、講席教授黃震

我國“十四五”規(guī)劃明確提出，要落實(shí)2030 年應(yīng)對氣候變化國家自主貢獻(xiàn)目標(biāo)，制定2030 年前碳排放達(dá)峰的行動方案，并且努力爭取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。(碳達(dá)峰(carbon peak)指的是碳排放達(dá)到歷史最高值后，由增轉(zhuǎn)降的歷史拐點(diǎn)；簡單說，就是讓CO2排放量“收支相抵”。碳中和(carbon neutrality)，是指按企業(yè)、團(tuán)體或個人測算，在一定時間內(nèi)，直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節(jié)能減排等形式，抵消自身產(chǎn)生的CO2排放，實(shí)現(xiàn)CO2的“零排放”?！幷咦?

據(jù)了解，當(dāng)前我國內(nèi)燃機(jī)保有量超過5 億臺，2019 年我國內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)量達(dá)7 600 多萬臺；我國機(jī)動車、船舶產(chǎn)業(yè)規(guī)模和保有量繼續(xù)保持全球第1 位。目前我國CO2總排放量約100 億t，其中交通運(yùn)輸行業(yè)的碳排放占我國CO2排放的11%～12%。針對日趨嚴(yán)厲的排放法規(guī)，以及滿足我國碳達(dá)峰、碳中和國家目標(biāo)，內(nèi)燃機(jī)行業(yè)將面臨巨大挑戰(zhàn)。

面對碳達(dá)峰、碳中和國家目標(biāo)，黃震認(rèn)為：在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下，中短期來說，內(nèi)燃機(jī)仍要不斷提高熱效率，走低碳、清潔發(fā)展之路；中長期來說，變革性技術(shù)——可再生合成燃料將使內(nèi)燃機(jī)成為碳中性和零碳動力，為內(nèi)燃機(jī)提供嶄新未來。

在《報告》中，黃震對可再生合成燃料的生產(chǎn)及應(yīng)用前景作了進(jìn)一步的闡述。

據(jù)他介紹，可再生合成燃料是以太陽能、風(fēng)能等可再生能源為主要能量供給，合成的高能量密度燃料。在電力的零碳化基礎(chǔ)上通過P2X，實(shí)現(xiàn)燃料的零碳化。

他說，當(dāng)前可再生合成燃料主要有2 種技術(shù)路線：一種是首先通過光解水獲得綠氫(綠氫是利用可再生能源(如風(fēng)電、水電、太陽能)等制氫，制氫過程完全沒有碳排放——編者注)，之后將CO2催化加氫生成醇醚燃料。該概念最早由諾貝爾化學(xué)獎獲得者喬治·奧拉提出，其在《跨越油氣時代：甲醇經(jīng)濟(jì)》一書中提出用可再生能源發(fā)電制取氫氣，將氫氣與大氣中的CO2混合制造甲醇與二甲醚，實(shí)現(xiàn)燃料的碳中性(碳中性一般指碳中和——編者注)。

《跨越油氣時代：甲醇經(jīng)濟(jì)》

他繼續(xù)介紹說，該概念在冰島的喬治奧拉電廠已經(jīng)得到了示范，Carbon Recycling International (CIR)公司在冰島建成了世界上第1 座基于CO2循環(huán)利用的商業(yè)化甲醇工廠。通過冰島豐富的地?zé)岚l(fā)電并電解水制出氫氣，利用氫氣與地?zé)犭娬九艢庵械腃O2合成可再生甲醇，年產(chǎn)能已達(dá)4 000 t。此外，在日本，三井化學(xué)在大阪高石市已建成利用CO2生產(chǎn)甲醇的示范工廠，原料中的CO2來自工業(yè)廢氣，氫氣來自光伏電解水。

冰島的喬治奧拉電廠

在我國，同樣有著相關(guān)的工程，中科院大連化學(xué)物理研究所“二氧化碳加氫制甲醇”項(xiàng)目由太陽能、光伏發(fā)電、電解水制氫、CO2加氫合成甲醇3 個基本單元構(gòu)成。項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后可每年生產(chǎn)“液態(tài)陽光”甲醇1 440 t。

可再生合成燃料的第2 種技術(shù)路線是直接用陽光、水、CO23 者通過電催化、光催化的方法直接生成CO、氫氣、乙醇等原料，隨后再通過控制生成可再生燃料。

“液態(tài)陽光”示范項(xiàng)目工廠

牛津大學(xué)Cameron Hepburn 教授在Nature 刊登的文章中預(yù)測：到2050 年時，將有42 億t 的CO2轉(zhuǎn)化為合成燃料。

黃震最后表示，可再生合成燃料解決了可再生能源的儲存問題，可再生合成燃料輸運(yùn)和加注方便，可利用目前加油站等基礎(chǔ)設(shè)施，社會應(yīng)用成本低，可實(shí)現(xiàn)“源－儲－荷”離線可再生能源利用，有望使內(nèi)燃機(jī)燃料取之不盡用之不竭，獨(dú)立于化石能源，實(shí)現(xiàn)碳中和和凈零碳排放，是一項(xiàng)極具潛力的變革性技術(shù)，將為國家能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型與交通能源可持續(xù)發(fā)展提供全新的解決方案。