【中国科学报】中国科学院院士李灿:大力发展太阳能减碳新技术

  来源:《中国科学报》

  发布时间:2021-06-04

  “最大程度上利用太阳能、风能等可再生能源是实现碳达峰、碳中和目标的根本出路。实现这一途径需要突破科学难题,发展新技术。”近日,在由Cell Press、中科院大连化学物理研究所联合主办的第二届“Cell Press物质科学周”上,中科院院士、中科院大连化学物理研究所太阳能研究部主任李灿说。

  当前,太阳能等可再生能源发电已经取得重大进展。截至2020年底,可再生能源发电装机达到9.34亿千瓦,同比增长约17.5%。尽管如此,依然有许多行业刚性排放二氧化碳,比如煤基火电、化石燃料、交通领域、煤化工、冶金、水泥等行业。

  李灿认为,如何解决这部分二氧化碳,是实现“双碳”目标的“硬骨头”。他提出,除了依靠植物自然光合作用、海洋吸收、节能减排等传统减碳途径,还应该发展新技术,特别是发展碳捕获及利用(CCU)技术。利用可再生能源分解水制绿氢,进而转化二氧化碳制液态阳光甲醇,实现二氧化碳规模化转化利用,完成碳达峰、碳中和目标。

  谈及CCU技术优势,李灿表示,可再生能源规模化电解水制氢有望实现规模化、低能耗、高稳定性三者统一。一般来说,电解水催化剂能效提升10%~20%,可使制氢成本降低30%~50%;发展耐强酸、强碱的材料,能够使装置的使用寿命达到5年以上,大大降低电解槽更新换代成本;同时,电解水制氢装置与下游规模化应用市场匹配后,减少工业用地,制氢成本将进一步下降。

  实现这一路径,需要攻克能源转换相关的光催化、电催化甚至生物催化等一系列难题。可以说,将太阳能等可再生能源转化为可储存、可运输的燃料,被认为是“圣杯”式难题。

  李灿介绍,目前,国际上大部分光催化分解水制氢 研究停留在筛选催化剂阶段,光生电荷动力学和光催化微观机制的研究相对薄弱,解决这一重大科学问题仍有很长一段路要走。

  此外,基于该材料的正负两极匹配得到的锂硫电池,在高硫负载量、低负正极容量比、电解液体积/硫质量比较低的条件下,实现了较高的面积容量和长循环性能。这种异质结构的设计策略,为实现面向实用化需求的高性能锂硫电池电极设计提供了新的思路,有望应用在无人机、电动车和军用便携式电源领域。

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