南科大刘科团队提出绿色低碳甲醇发展新路径

近日，澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学创新创业学院院长刘科团队与合作者在低碳甲醇发展路径研究方面取得进展，相关成果以“基于中国国情的绿色低碳甲醇发展路径研究”为题，发表在学术期刊《中国工程科学》。

面向我国能源资源禀赋和“双碳”目标需求，针对能源资源分布与需求区域错配、新兴产业能源需求快速增长等问题，研究团队提出了符合中国国情的绿色低碳甲醇发展路径。该路径以低碳甲醇作为液态能源载体和长时储能介质，构建安全、灵活、可持续的甲醇能源体系，推动多种能源协同融合和市场化应用。同时，采用光伏板下微矿分离副产物、土壤改良耦合循环种养的新型模式，可不断提升沙地地力和生产水平，最终实现新能源战略与生态农业的协同发展。通过该路径，可在保障国家液体能源安全和粮食安全的基础上，降低全生命周期碳排放强度，促进能源结构绿色转型，并带动土地地力提升和生态环境改善。

图1. 符合中国国情的绿色绿色低碳甲醇路径

依托西部地区丰富的可再生能源、低质煤炭资源和广阔沙土地资源，团队提出构建“绿电—碳源利用—土地治理—甲醇合成—能源转化”一体化闭环体系。该体系通过沙土地修复与改良技术建设绿色能源基地，利用“风光”绿电电解水制备绿氢、副产绿氧，并将绿氢、绿氧与低质煤等碳源耦合成低碳甲醇。在此过程中，结合微矿分离等技术实现低质煤的清洁高效利用，将副产矿物质转化为微矿肥、土壤调理剂和沙土地改良材料，反哺土地治理与生态修复。最终形成能源开发、碳源转化、土地改良和甲醇能源利用协同发展的绿色低碳产业路径。

绿色低碳甲醇制备的关键在于推动传统煤制甲醇低碳化改造，使存量产业在保持经济可行的基础上实现提效降碳。其技术路径是以“风光”绿电电解水制取的绿氢、绿氧，替代传统工艺中高耗能的空分制氧和水煤气变换环节，并与低质煤、生物质等碳源耦合合成甲醇。相较完全依赖二氧化碳加绿氢的高成本路线，该路径更加注重技术可行性、成本约束和产业承接能力。团队提出的绿色低碳甲醇工艺可在存量设施生产成本增加低于20%的前提下，实现达80%的碳减排。

图2.传统甲醇与绿色低碳甲醇合成示意图

绿色低碳甲醇具有广泛的终端应用价值和能源载体优势。在交通领域，甲醇辛烷值高、燃烧性能好，可作为高性能内燃机燃料，适用于汽车、重卡、船舶、无人机及分布式能源系统。在船舶领域，甲醇动力有助于推动远洋航运和内河航运低碳化，甲醇增程式电动船还具备噪音低、排放少、操作灵活等特点。在工业领域，甲醇可替代天然气、重油等燃料，用于锅炉、陶瓷、玻璃、冶金等场景，具有燃烧稳定、污染物排放低和设备适配性强等优势。在民用和农业领域，甲醇可用于清洁供暖、农业大棚供热、谷物干燥和农村能源替代，降低散煤使用和污染排放。同时，甲醇也是重要化工原料和优质氢能载体，便于常温常压储运和长距离输送。总而言之，甲醇兼具液体能源高密度、低成本、价格稳定、产能充足和燃烧清洁等优势，是支撑交通、工业、农业农村和氢能体系低碳转型的重要能源形式。

绿色低碳甲醇的发展模式以“能源载体化、区域配置化、终端多元化”为核心。一方面，通过“风光”电解水制绿氢、绿氧，并与煤或生物质等碳源耦合合成甲醇，将间歇性可再生能源转化为稳定液体化学能，发挥长时储能、跨季节调节和灵活调峰作用。另一方面，依托“西醇东送”管网体系，将西部资源优势转化为东部用能支撑，构建跨区域能源优化配置格局。以建设“疆醇送粤”管线为例，假设采用长距离输送管道将新疆煤制甲醇输送至广东，则整体成本为人民币1980元/吨（含管道运输费），低于当前广东地区传统甲醇2395元/吨，且单位热值成本显著低于柴油。从中期看，输送绿色低碳甲醇市场竞争力将逐步增强；从远期看，随着二氧化碳捕集成本和绿电成本下降、碳税政策的逐步实施，输送绿色甲醇将具备更强可行性。

图3.“西醇东送”管线绿色大动脉示意图

研究指出，绿色低碳甲醇发展应坚持系统化、市场化，并分阶段推进。一是依托新能源大基地和煤炭资源富集区，推动“风光”绿电、绿氢、煤化工、土地治理与甲醇合成深度耦合，构建“绿电—碳源利用—土地治理—甲醇合成—能源转化”闭环体系。二是加快“西醇东送”管网和储运设施建设，形成跨区域能源优化配置网络。三是优先拓展交通、工业、农业农村等应用场景，以需求带动产业升级。四是建立甲醇能源用途的独立管理体系，以充分体现其新能源属性与减排价值。五是推进甲醇加注体系标准化、模块化和民用化，围绕储存、运输、配送、加注接口、安全示踪、质量检测等环节建立统一标准，提升甲醇能源使用的安全性、便利性和交易透明度，推动其在各场景的规模化应用。六是完善甲醇碳排放核算体系，建议采用“能量法”而非单一“质量法”核算，充分体现甲醇作为液体能源载体、二次能源和清洁燃料的属性。

本研究由南方科技大学创新创业学院、南方科技大学理学院化学系、华润电力控股有限公司、浙江吉利控股集团有限公司、正泰集团股份有限公司等单位合作完成，为我国构建安全、经济、低碳、可持续的甲醇能源体系提供了重要理论依据和技术路径参考。在此基础上，团队已联合浙江正泰新能源开发有限公司、浙江吉利控股集团有限公司、华润电力控股有限公司同步推进技术产业化落地和示范项目建设。

刘科院士为论文的第一作者与通讯作者，南方科技大学为论文第一完成单位。该研究得到了国家重点研发计划项目和广东省科技计划项目等支持。

《中国工程科学》是中国工程院院刊、工程科技综合性学术期刊，由中国工程院主管，中国工程院战略咨询中心、高等教育出版社有限公司主办，《中国工程科学》杂志社出版。

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供稿：创新创业学院

通讯员：夏榕

文字：江锋浩

主图：丘妍

编辑：任奕霏