氢气再转化产出甲醇　山西发展洁净能源为汽车供电

氢能的发展及使用在国际社会间越来越普及，内地亦有煤矿重镇近年大力发展氢能，将以往以化石燃料为主轴的能源事业，逐渐改为开发更多洁净能源，以配合国际发展趋势。但其实除了氢能，甲醇亦如氢一样是一种良好的能量载体，也是较环保的车用燃料之一，发展此技术同样有助减低整体的碳排放量，为环境保护带来益处。

撰文：资深工程师及工程师学会前任会长源栢梁

笔者早前随本港医疗学会到山西参观，特别考察了当地环保能源的发展程序。除了上文提及有关氢能的发展技术，另外以生产甲醇作环保燃料使用亦越来越普及。甲醇不单是工业原料，同时也可以替代汽油，直接作为车用燃料；甲醇亦可注入到一种称为甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，简称DMFC）的电化学装置，以甲醇作为燃料将化学能转换为电能，用作发电行车，相对燃烧煤矿或汽油等都是较环保的能源。

山西除了是煤碳之乡，出产高粱等中国白酒亦历史悠久，中国四大名酒之首“汾酒”亦产自山西，而此处也是盛产陈醋的地方。醋不但可作食用，对人体健康亦带来益处，并获科研肯定，醋有助降低餐后血糖水平，亦可降低胆固醇水平和改善心血管健康，帮助肠道健康，醋对大肠杆菌和沙门氏菌等亦具有抗菌作用。而笔者于山西参观制醋工场时，负责人亦介绍到造醋者必𢤦得酿酒，因为造成醋的前期工骤与酿酒大至相同。对方更开玩笑地说，若储存功夫得不好，酿出来的酿酒有机会变成醋，负责人又指出早前爆疫时，工场内无一员工染得疫症，故相信醋有一定的防疫杀箘功效。

山西盛产焦煤，据当地人员表示，他们能使用技术将焦煤转化成氢气，再以此制造甲醇。首先，焦煤需经过特别处理而产生合成气，而过程中会先将煤炭和水蒸气及一定量的氧气混合，在高温下产生了氢气和一氧化碳。其后再在氢气加入二氧化碳，并加入催化剂后，将转化成为甲醇。此洁净能源使用时不会发布污染物，较传统的石化燃料比较，可大大减低碳排放。完成生产后，在常温时甲醇属液体状态，相对比常温常压下氢气的密度是非常低，难以储存和运输，而甲醇是一种液体，易于储存和运输，尤其是在现有的燃料基础设施中。而国家现时是全球最大的甲醇生产国，拥有大量的煤气化和天然气重整设施。

除了透过利用煤碳、石油和天然气资源生产甲醇之外，甲醇亦可以来自再生来源，包括植物材料如农作物或其残余物的稻壳及甘蔗渣、木材等的生物质，经过热化、发酵或气化等过程转化为甲醇，并可通过气化或厌氧消化等技术将城市固体废物转化为甲醇。这些做法不仅减少了废物，同时也生成了能源。若使用可再生能源，如风能、太阳能等进行水电解而生成氢气，将氢气混合二氧化碳而生成甲醇，亦是一种非常环保的能源生产方式。特别之处是液态化的甲醇方便运输，更容易从拥有丰富再生能源如太阳能等地方运送至相对较远地区及城市使用，这些可再生来源不仅令当地减少了对化石燃料的依赖，还有助于降低碳排放，促进可持续发展。

要将氢气转化为甲醇，是将氢气和二氧化碳进行催化反应，生成甲醇。该过程不仅可以有效利用二氧化碳，帮助减少温室气体排放，对于实现碳中和目标具有重要意义。随着技术的成熟，氢气转化为甲醇的工业应用逐渐增多，甲醇作为一种重要的化工原料和能源载体，其市场需求稳定增长。

笔者今次山西之旅亦参观了当地吉利汽车车厂，该品牌在全国来说，可以算是数一数二有研制使用甲醇为能源的汽车及大卡车车厂。因甲醇的能源密度高令到效益较大，因此当地会以甲醇用于汽车制造。而甲醇作为能源载体的能量密度是高于氢气，这意味着在相同体积下，甲醇比氢气能够储存更多的能量，这对于需要高能量输出的应用非常重要。

根据车厂资料，当地人员会以两种方式为汽车提供动能，例如甲醇可与现有的内燃机技术相容，并与汽油混合使用，此方法只会带来少量污染。另一方法则是将甲醇应用于DMFC燃料电池，使用这方法执行时主要产物是电能，而排放物是水和二氧化碳，相较于传统内燃机，对空气质量的影响较小。该车厂于2022 年8月，在山西晋中市便进行了全球首批甲醇混合动力轿车交付仪式。而数十年来，山西省始终走在甲醇产业发展的前端，成为我国甲醇燃料和甲醇汽车技术应用的发源地，晋中市更是山西甲醇经济发展核心区，以吉利为核心的山西新能源汽车产业园，亦是该省汽车产业中最大规模最及最多种类汽车的产业聚集区。

总括而言，甲醇的能量密度高于氢气，便于储存和运输，加上生产成本较低，DMFC燃料电池系统设计更简单，长远有可能设计出适合行动式应用的电源，包括手机、笔记型电脑等小型装置，甚至用于电动车辆和无人机等，更可用作偏远地区应急电源等。因此，未来的研究或会集中在提高转化率、降低成本及开发更绿色的催化剂上。此外，随着氢能技术的发展，氢气转化为甲醇的技术也有望与其他能源系统相结合，实现更高效的能源利用。其实由焦煤至氢气，到甲醇的产生以至在汽车使用上，山西当地发展洁净能源的步伐迅速，显示若当地决心进行改变，实在不难做到。香港亦可作借鉴，探索发展更多洁净能源的可能性，令本港加快达至碳中和的目标。

《01医务所》与资深工程师源栢梁合作，逢周一推出专栏“源途有你”，分享工程与医疗的大小事。

源栢梁一直以推动工程界专业发展为己任，是香港工程师学会前任会长。数十年专业路途，着实值得回忆，亦深信后来者或可从中领会工程专业要点所在。源途有你，就让大家一起体会。