随着全球气候变暖问题日益严峻，寻找可替代传统化石能源的清洁能源已经成为全球范 围内的共同关注点。我国提出了 2030 年实现碳达峰、2060 年实现碳中和的目标，近年来逐渐加大对清洁能源的投入和支持，包括推动甲醇等清洁能源的发展和应用。作为一种环保、 高效、可再生的能源载体，甲醇备受人们关注。“十四五”工业绿色发展规划明确指出，发展绿色甲醇是重点低碳技术推广应用工程和实现“碳达峰碳中和”的重要课题。随着全球对气候变化的重视以及汽车、船舶产业等重点领域对使用“零碳”燃料的硬性要求，绿色甲醇需求将越来越大。当前，利用CCUS制甲醇技术面临着二氧化碳输运成本高及再生和转化能耗高等关键问题，亟需在绿色甲醇领域开展变革性新理论、新技术研究。
为此，南京师范大学“氢镁煮酒”团队面向“双碳”战略目标的重大科技需求，对绿色甲醇生产新路径展开研究。 在探寻新的廉价稳定碳源时，团队偶然发现中国菱镁矿资源储量非常丰富，但目前菱镁矿的开采存在采富弃贫，导致大量资源浪费，同时传统的菱镁矿煅烧工艺能耗很高，碳排量大，与双碳目标背道而驰，产业亟需绿色转型。基于此，团队人员大胆设想，将菱镁矿中的碳作为甲醇的碳源进行加氢反应，或许能产出甲醇。
团队设计了一个菱镁矿加氢实验，在高压和铜催化的条件下，团队人员在产物中检测到了微量的甲醇。这一发现证明了方案的可行性。
图1 团队成员进行实验
为了提高甲醇的产率，团队创新采用全新熔融盐浸没反应环境和多孔道蜂窝格栅状铜催化剂结构，有效提高了整体反应活性；设计了耦合产物异相分离循环的熔融盐浸没菱镁矿加氢高效制甲醇关键设备，将副产物 CO2、CO、水蒸气和 H2进 行二次循环反应，显著提升了甲醇转化率。有效解决了菱镁矿加氢反应活性低，甲醇产率低的核心技术瓶颈。
解决上述的问题之后，我们用三维建模构建了完整的工艺系统。系统巧妙地将耦合储能系统与末端反应产物的收集相结合，以实现高效能源利用和产品回收。系统充分利用了风能和太阳能这两种清洁能源，将低品位的风能-光伏波动式能量存储到新能源汽车废旧电池中，在实现废旧电池循环利用的同时，得出兼顾高效供能与低成本配置的风电-光伏耦合式供能方案。不仅实现了绿电的稳定供应，还能确保整个生产过程的绿色可持续。在反应器的末端设置了专门的收集装置:固液泵和冷凝系统。固液泵用于分离联产高附加值的氧化镁，冷凝塔用于收集甲醇，副反应产物则通过循环系统再次送入反应器。本工艺系统不仅提高了能源的利用效率，还实现了资源的循环利用，为实现绿色化工生产和可持续发展目标提供了有力支持。
图2 团队成员建模过程
图3 系统模型
通过经济核算，本项目相较于传统工艺，具有显著的经济和环境优势。具体体现在以下几个方面:在生产成本方面:初步估算产品毛利润可达 5040 元/吨，相对于二氧化碳加氢、生物质气化等工艺，新工艺的毛利润最高，且总成本远低于直接空气捕获 CO2加氢技术。 在能耗方面:新工艺的能耗显著低于传统工艺，能有效节约能源，提高资源利用效率。 在环保效益方面:相对于传统菱镁矿烧工艺，新工艺能够显著减少碳排放，年均CO2减少排放35513.63 吨，并且有效利用了菱镁矿资源，符合国家节能减排政策，具有良好的环境效益。
综合而言，本项目团队独辟蹊径地提出了熔融盐体系内菱镁矿加氢制绿色甲醇联产氧化镁的方法，具有较强的创新性和前沿性，所提出的菱镁矿加氢制绿色甲醇联产氧化镁的新方法可助力于我国甲醇、菱镁煅烧等行业率先实现碳达峰与碳中和目标。（团队：氢镁煮酒团队）
