氫氣再轉化產出甲醇　山西發展潔淨能源為汽車供電

氫能的發展及使用在國際社會間越來越普及，內地亦有煤礦重鎮近年大力發展氫能，將以往以化石燃料為主軸的能源事業，逐漸改為開發更多潔淨能源，以配合國際發展趨勢。但其實除了氫能，甲醇亦如氫一樣是一種良好的能量載體，也是較環保的車用燃料之一，發展此技術同樣有助減低整體的碳排放量，為環境保護帶來益處。

撰文：資深工程師及工程師學會前任會長源栢樑

筆者早前隨本港醫療學會到山西參觀，特別考察了當地環保能源的發展進程。除了上文提及有關氫能的發展技術，另外以生產甲醇作環保燃料使用亦越來越普及。甲醇不單是工業原料，同時也可以替代汽油，直接作為車用燃料；甲醇亦可注入到一種稱為甲醇燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell，簡稱DMFC）的電化學裝置，以甲醇作為燃料將化學能轉換為電能，用作發電行車，相對燃燒煤礦或汽油等都是較環保的能源。

山西除了是煤碳之鄉，出產高粱等中國白酒亦歷史悠久，中國四大名酒之首「汾酒」亦產自山西，而此處也是盛產陳醋的地方。醋不但可作食用，對人體健康亦帶來益處，並獲科研肯定，醋有助降低餐後血糖水平，亦可降低膽固醇水平和改善心血管健康，幫助腸道健康，醋對大腸桿菌和沙門氏菌等亦具有抗菌作用。而筆者於山西參觀製醋工場時，負責人亦介紹到造醋者必𢤦得酿酒，因為造成醋的前期工驟與酿酒大至相同。對方更開玩笑地說，若保存功夫得不好，釀出來的酿酒有機會變成醋，負責人又指出早前爆疫時，工場內無一員工染得疫症，故相信醋有一定的防疫殺箘功效。

山西盛產焦煤，據當地人員表示，他們能使用技術將焦煤轉化成氫氣，再以此製造甲醇。首先，焦煤需經過特別處理而產生合成氣，而過程中會先將煤炭和水蒸氣及一定量的氧氣混合，在高溫下產生了氫氣和一氧化碳。其後再在氫氣加入二氧化碳，並加入催化劑後，將轉化成為甲醇。此潔淨能源使用時不會釋出污染物，較傳統的石化燃料比較，可大大減低碳排放。完成生產後，在常溫時甲醇屬液體狀態，相對比常溫常壓下氫氣的密度是非常低，難以儲存和運輸，而甲醇是一種液體，易於儲存和運輸，尤其是在現有的燃料基礎設施中。而國家現時是全球最大的甲醇生產國，擁有大量的煤氣化和天然氣重整設施。

除了透過利用煤碳、石油和天然氣資源生產甲醇之外，甲醇亦可以來自再生來源，包括植物材料如農作物或其殘餘物的稻殼及甘蔗渣、木材等的生物質，經過熱化、發酵或氣化等過程轉化為甲醇，並可通過氣化或厭氧消化等技術將城市固體廢物轉化為甲醇。這些做法不僅減少了廢物，同時也生成了能源。若使用可再生能源，如風能、太陽能等進行水電解而生成氫氣，將氫氣混合二氧化碳而生成甲醇，亦是一種非常環保的能源生產方式。特別之處是液態化的甲醇方便運輸，更容易從擁有豐富再生能源如太陽能等地方運送至相對較遠地區及城市使用，這些可再生來源不僅令當地減少了對化石燃料的依賴，還有助於降低碳排放，促進可持續發展。

要將氫氣轉化為甲醇，是將氫氣和二氧化碳進行催化反應，生成甲醇。該過程不僅可以有效利用二氧化碳，幫助減少溫室氣體排放，對於實現碳中和目標具有重要意義。隨著技術的成熟，氫氣轉化為甲醇的工業應用逐漸增多，甲醇作為一種重要的化工原料和能源載體，其市場需求穩定增長。

筆者今次山西之旅亦參觀了當地吉利汽車車廠，該品牌在全國來說，可以算是數一數二有研製使用甲醇為能源的汽車及大卡車車廠。因甲醇的能源密度高令到效益較大，因此當地會以甲醇用於汽車製造。而甲醇作為能源載體的能量密度是高於氫氣，這意味著在相同體積下，甲醇比氫氣能夠儲存更多的能量，這對於需要高能量輸出的應用非常重要。

根據車廠資料，當地人員會以兩種方式為汽車提供動能，例如甲醇可與現有的內燃機技術兼容，並與汽油混合使用，此方法只會帶來少量污染。另一方法則是將甲醇應用於DMFC燃料電池，使用這方法運行時主要產物是電能，而排放物是水和二氧化碳，相較於傳統內燃機，對空氣質量的影響較小。該車廠於2022 年8月，在山西晉中市便進行了全球首批甲醇混合動力轎車交付儀式。而數十年來，山西省始終走在甲醇產業發展的前端，成為我國甲醇燃料和甲醇汽車技術應用的發源地，晉中市更是山西甲醇經濟發展核心區，以吉利為核心的山西新能源汽車產業園，亦是該省汽車產業中最大規模最及最多種類汽車的產業聚集區。

總括而言，甲醇的能量密度高於氫氣，便於儲存和運輸，加上生產成本較低，DMFC燃料電池系統設計更簡單，長遠有可能設計出適合便攜式應用的電源，包括手機、筆記本電腦等小型設備，甚至用於電動車輛和無人機等，更可用作偏遠地區應急電源等。因此，未來的研究或會集中在提高轉化率、降低成本及開發更綠色的催化劑上。此外，隨著氫能技術的發展，氫氣轉化為甲醇的技術也有望與其他能源系統相結合，實現更高效的能源利用。其實由焦煤至氫氣，到甲醇的產生以至在汽車使用上，山西當地發展潔淨能源的步伐迅速，顯示若當地決心進行改變，實在不難做到。香港亦可作借鑑，探索發展更多潔淨能源的可能性，令本港加快達至碳中和的目標。

《01醫務所》與資深工程師源栢樑合作，逢周一推出專欄「源途有你」，分享工程與醫療的大小事。

源栢樑一直以推動工程界專業發展為己任，是香港工程師學會前任會長。數十年專業路途，著實值得回憶，亦深信後來者或可從中領會工程專業要點所在。源途有你，就讓大家一起體會。