太陽燃料合成是指利用太陽能、風能、水能等可再生能源發(fā)電，進而電解水制備綠氫、將二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化制甲醇等液體燃料，把可再生能源存儲在液體燃料中。簡言之就是利用太陽能等可再生能源、二氧化碳和水，生產(chǎn)清潔可再生的甲醇等液體燃料(故又被形象地稱為“液態(tài)陽光”)。這將是未來解決二氧化碳排放的根本途徑之一，也是將間歇分散的太陽能等可再生能源收集儲存的一種儲能技術(shù)，是“自然光合作用”，實現(xiàn)人工光合成綠色能源的一種過程。
該項目基于中科院大連化物所李燦院士團隊開發(fā)的兩項關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)：高效、低成本、長壽命規(guī)模化電催化分解水制氫技術(shù)和廉價、高選擇性、高穩(wěn)定性二氧化碳加氫制甲醇催化技術(shù)。
項目采用堿性電解水制氫技術(shù)。雖然電解水制氫技術(shù)過去已經(jīng)有實際應(yīng)用，但一般規(guī)模較小(在50-200標方/小時)，單位制氫能耗較高(約4.7-5.0方氫/度電)。李燦院士團隊基于長期對光、電催化分解水的研究，研發(fā)了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新型電解水制氫催化劑，與蘇州競立制氫設(shè)備有限公司合作，制造規(guī)模化(1000標方/小時)電解水制氫設(shè)備，單位制氫能耗降低至4.0-4.2方氫/度電，大幅降低了電解水制氫的成本，是目前世界上規(guī)?；瘔A性電解水制氫的最高效率。二氧化碳加氫制甲醇技術(shù)則采用李燦院士團隊自主研發(fā)的固溶體雙金屬氧化物催化劑(ZnO-ZrO?)，該催化劑可實現(xiàn)二氧化碳高選擇性、高穩(wěn)定性加氫合成甲醇。其中單程甲醇選擇性大于90%，催化劑運行3000小時性能衰減小于2%。
該項目由太陽能光伏發(fā)電、電解水制氫、二氧化碳加氫合成甲醇三個基本單元構(gòu)成，華陸工程科技有限責任公司主持完成了項目設(shè)計，總占地約289畝，其中光伏發(fā)電占地259畝，總投資約1.4億元，其中光伏發(fā)電約5000萬元。項目配套建設(shè)總功率為10 MW光伏發(fā)電站，經(jīng)逆變-整流后，為2臺1000標方/小時電解水制氫設(shè)備提供電力。
該項目對緩解我國能源安全問題乃至全球生態(tài)文明建設(shè)具有重大戰(zhàn)略意義。它一方面探索中國西部地區(qū)豐富的太陽能等可再生能源的優(yōu)化利用模式，將太陽能等可再生能源轉(zhuǎn)化為液體燃料甲醇，提供了一條特高壓輸電之外的有效利用可再生能源的路徑，為解決我國許多地區(qū)“棄光、棄風、棄水”問題提供了新的策略。另一方面，太陽燃料甲醇又是綠氫載體，可助于解決氫能儲存和運輸?shù)陌踩y題。
此外，該項目將二氧化碳作為碳資源，實現(xiàn)二氧化碳的積極減排，生產(chǎn)的太陽燃料甲醇為綠色甲醇，不同于傳統(tǒng)煤、天然氣所制得的甲醇，實現(xiàn)了零碳排放。綠色甲醇的生產(chǎn)是目前國際上興起的碳捕獲儲存(CCS)以及進而發(fā)展的碳捕獲及資源化利用(CCSU)的發(fā)展方向，為推進低碳、清潔的能源革命提供了創(chuàng)新的技術(shù)路線。
該項目得到了蘭州新區(qū)黨工委和管委會的大力支持，蘭州新區(qū)石化產(chǎn)業(yè)投資有限公司資助并承接了工程建設(shè)，各方緊密合作，僅用18個月，實現(xiàn)了從實驗室研究成果走向工業(yè)化示范，是產(chǎn)學研成功合作的一個典范。該項目的前期基礎(chǔ)研究工作得到國家自然科學基金委、科技部重點研發(fā)計劃及中國科學院潔凈能源先導專項(A類)項目的資助。
我國原油嚴重依賴進口，而另一方面，可再生能源資源豐富，潛力巨大。據(jù)國家電網(wǎng)研究院報告，2050年，可再生能源發(fā)電量將超過50%。如何利用可再生能源替代化石燃料、保障液體燃料供給，成為關(guān)系我國能源安全的重要課題。太陽燃料合成提供了從可再生能源發(fā)電到綠色液體燃料生產(chǎn)的全新途徑。
可再生能源的發(fā)展，將經(jīng)歷與傳統(tǒng)能源并存、互補和替代的轉(zhuǎn)化過程。隨著可再生能源發(fā)電成本進一步降低，太陽燃料生產(chǎn)成本有望大幅降低，規(guī)?；柸剂仙a(chǎn)實現(xiàn)規(guī)?；疾东@及資源化利用(CCSU)，從而規(guī)?；{包括太陽能在內(nèi)的各種可再生能源，實現(xiàn)億噸級減排二氧化碳、年產(chǎn)億噸級太陽燃料甲醇成為可能。
