三、

发明内容

要解决的问题：

(1)氢气存储困难：常温压缩到70MPa存储密度为39g/L,存储密度低，需要大量的费用用于压缩处理，压力高不安全；氢液化的温度-253摄氏度，密度为70g/L，需要大量的费用用于氢液化和维持液氢的低温。为解决现在使用氢能源循环，氢不能在常温下高密度存储，在高压下、或低温下需要大量的能源来实现与维持，其效率低，无法满足未来的新能源储存的需要。

(2)碳封存：为解决二氧化碳碳封存的问题，降低空气中温室气体二氧化碳的含量。现在二氧化碳地质碳封存，只有付出，没有经济收益，还要不断的投入，也就没有发展的动力，注定是搞不好的，导致造假碳封存，靠道德根本无法长久的发展。而且地下岩层储存不安全，如果地震等多种自然灾害导致二氧化碳地质存储的泄漏导致人类的灭顶之灾！

技术方案：

电能转换为其它形式的能方便，使用方便，容易输送；但电能本身是即发即用的，发电的电能未被及时消纳掉的电能在导体上发热损失掉，如部分新能源、用电谷阶段发电厂发的部分不能及时消纳的电能，并且这些不确定的能源不确定的功率输出对电网造成冲击，如风能发电功率随着风速的大小而忽高忽低，甚至可能导致电网崩溃；以下简称“垃圾电能”；

甲醇循环；储能循环；电能循环；碳封存；

烃类或烃类化合物为(1)储能介质；(2)二氧化碳碳封存的介质；将各种形式的能量转换为化学能存储，将不能及时消纳而被浪费掉的“垃圾电能”用于电解二氧化碳和水生成为烃类或烃类化合物来储能，同时实现二氧化碳封存；需要使用电能时利用烃类或烃类化合物燃料电池将燃料的化学能转换为电能供使用，并将产生的二氧化碳回收；实现物质循环和能量储存；

二氧化碳为循环中间体，临时存储；来源：空气中的二氧化碳；各种日用或工厂生产过程中回收的二氧化碳；燃料电池释放的二氧化碳再回收；实现了二氧化碳临时存储；

储能、碳封存新能源循环：利用无法消纳而会被浪费掉的“垃圾电能”电解二氧化碳和水生成甲醇存储，实现化学能储存；实现二氧化碳封存。当用户需要电力供应时，醇燃料电池按需发电满足人类需求；二氧化碳、甲醇存储对环境要求比氢气存储简单、经济、安全；碳的零排放；同时将其它途径产生的二氧化碳，以及空气中的二氧化碳实现碳封存；比地质碳封存安全、同时有现实经济效益；即二氧化碳可以卖钱；有经济效益才能真正良性运行；“垃圾电能”电解二氧化碳和水产生甲醇，实现了本循环的闭环。醇的储存为人类提供随时可使用能源，解决人类的能源危机；

光解水、二氧化碳制醇(101)，电解水、二氧化碳制醇(102)，工业制醇类(103)，生物质制醇(104)；醇类储存(105)；醇类燃料电池(106)，醇类内燃机(107)，醇类燃烧炉(108)；二氧化碳回收(109)；

制醇：

光解水、二氧化碳制醇(101)：利用太阳光的能量，在光解催化剂的共同作用下将水、二氧化碳光解为醇；

电解水、二氧化碳制醇(102)：电能作用下将水、二氧化碳电解为醇；或在电能和催化剂的共同作用下将水、二氧化碳电解为醇；

工业制醇类(103)：利用煤、石油、天然气、生物质等利用重整技术将含碳类物质转换为醇；

生物质制醇(104)：利用发酵技术，或酶技术将生物质转换为醇，或植物基因改造技术利用植物或微生物的光合作用直接将阳光、空气中的二氧化碳、水生成醇类；

醇类储存(105)：储能，碳封存；将其他形式的能量以醇的化学能存储；醇类由于氢键的作用，在常温、常压下是液态，容易储存；碳封存，固定空气中的二氧化碳，从而减少温室气体对地球气温的影响，降低继工业革命以来，人类在空气中大量排放的二氧化碳；或工厂或家庭燃烧石化燃料产生的二氧化碳；或生物质燃料产生的二氧化碳；或醇类燃料电池或醇类内燃机产生的二氧化碳或醇类燃烧炉产生的二氧化碳；或汽油或柴油内燃机工作产生的二氧化碳；

甲醇可使用通用容器储存，油库、石油运输设备储存、运输、售卖；而不像氢气需要高压或极低的温度；甲醇的储存能量密度高；

使用醇类的方式：醇类燃料电池(106)，或醇类内燃机(107)，或醇类燃烧炉(108)；将醇类储存的化学能转换为用户需要的能量形式，供人类使用；

醇类燃料电池(106)：利用醇与空气中的氧气反应，在燃料电池中将化学能转换为电能供人类使用；

醇类内燃机(107)：利用醇与空气中的氧气在内燃机中燃烧，产生动力供人类使用；

醇类燃烧炉(108)：利用醇与空气中的氧气燃烧，产生热能供人类使用；

电解制醇的目的：将“垃圾电能”转换为化学能存储，实现多余的电能储能，同时实现固定二氧化碳，碳封存；

削峰填谷：醇类储能新能源循环：电解水和二氧化碳制醇；或光解水和二氧化碳制醇；或化石燃料重整制醇；或生物质制醇；醇的储存；醇燃料电池；醇燃料电池生成的二氧化碳回收；

电解制醇：利用电能电解水和二氧化碳生成醇类物质将电能转换为化学能存储；

或光解制醇：利用光能光解水和二氧化碳生成甲醇、乙醇等醇类物质将光能转换为化学能存储；

电解制醇、或光解制醇的二氧化碳来源：(1)直接利用空气中的二氧化碳；(2)利用醇燃料电池回收的二氧化碳；(3)利用工业生产的产品或副产品二氧化碳；(4)居民生活中燃烧燃料产生的二氧化碳；

或化石燃料重整制醇：利用煤、石油、天然气、可燃冰等重整，制醇；

电力微网中通过监测各种发电、用电设备状态，控制电解二氧化碳和水生成甲醇；和控制醇燃料电池的发电；从而实现微网电能的平衡供电；电力微网可应用于家庭，汽车，海岛等；

电力网中，利用电力互联网，或电力控制系统提供的参数，控制电解二氧化碳和水生成甲醇；和控制醇燃料电池的发电；从而实现大电网电能的平衡供电；

本发明醇类储能新能源循环与氢储能循环的优势：

(1)本发明醇类储能新能源循环与氢储能循环同样都是二氧化碳零排放：因为制醇时要消耗二氧化碳制醇，醇燃料电池生成的二氧化碳通过回收装置回收，供电解制醇或光解制醇时使用，实现二氧化碳的闭环运行，做到二氧化碳零排放；

(2)氢气的沸点-252.77℃；临界温度-234.9℃，在临界温度，在临界温度以上加再大的压强，氢都不可能液化；而二氧化碳的临界温度：304.2K；二氧化碳液化容易存储；

(3)二氧化碳、醇类燃料的储存难度比氢气的储存，难度小得多。

(4)二氧化碳、醇类燃料的储存难度比氢气的储存，成本低得多；

(5)二氧化碳、醇类燃料的储存难度比氢气的储存，储存能量的密度大得多。

(6)二氧化碳、醇类燃料的储存难度比氢气的储存，安全得多：并能顺利实现固碳，即固定二氧化碳，实现碳封存。

碱性电解槽,电解水及二氧化碳制醇：电解电源21(201)，导线21(202)，阴极板21(205),电解质21(204),二氧化碳通入管21(210),电解槽21(206)，隔膜21(208)，电解质22(209)，阳极板21(207)，导线22(203)；

电解电源21(201)的负电极通过导线21(202)连接到阴极板21(205)；电解电源21(201)正极通过导线22(203)连接到阳极板21(207)；电解质21(204)为碱性水溶液，如，NaOH、或KOH、或LiOH水溶液等；

隔膜21(208)将电解槽21(206)分为两部分；

二氧化碳通入管21(210)将二氧化碳通入电解质21(204)溶液中，溶液中有OH^-离子，CO₃ ^2-离子，阳离子，H⁺离子；

阴极的电解半反应方程式：

10H₂O+12e^-+2CO₂＝2CH₃OH+12OH^-

或8H₂O+12e^-+2H₂CO₃＝2CH₃OH+12OH^-

阳极的电解半反应方程式：

12OH^-＝3O₂+6H₂O+12e^-

总反应方程式：

4H₂O+2CO₂＝2CH₃OH+3O₂

或2H₂O+2H₂CO₃＝2CH₃OH+3O₂

阳极板21(207)，和阴极板21(205)可采用金属，或合金，或石墨；

催化剂，为提高电解二氧化碳生成甲醇的反应速度；催化剂金属，或金属氧化物：如：铜、铝、铁、钴、镍、镁、钛、锌、铅、银、锡、金、汞、锂、钠、钾、钙、钡,铂，或氧化锌，或三氧化二铬，或氧化铜，或三氧化二铝，或三氧化二铁，或四氧化三铁；或氧化锌，或三氧化二铬，或氧化铜，或三氧化二铝，或三氧化二铁，或四氧化三铁中的部分氧化物的混合物；或氧化锌，或三氧化二铬，或氧化铜，或三氧化二铝，或三氧化二铁，或四氧化三铁中；或多种氧化物构成的混合物；或金属，金属氧化物的混合物；或碳粒子，金属，金属氧化物的混合物；

催化剂粘附在阳极板21(207)，或阴极板21(205)上；

或催化剂粘附在阴极板21(205)与隔膜21(208)之间的阴极物质上；阴极物质纳米颗粒，如碳纤维，碳纳米管，硅纳米颗粒；

或催化剂粘附在阳极板21(207)与隔膜21(208)之间的阳极物质上；阳极物质纳米颗粒，如碳纤维，碳纳米管，硅纳米颗粒；

隔膜21(208)采用石棉、或聚砜、或氧化镍等；

甲醇标准大气压下的沸点为64.7℃，只需温度控制在64.7℃-100℃之间，蒸馏出甲醇，可将甲醇与水分离得到甲醇液体；

电力微网中通过监测各种发电、用电设备状态，控制电解二氧化碳和水生成甲醇；和控制醇燃料电池的发电；实现平衡供电；

电力网中，利用电力互联网，或电力控制系统提供的参数，控制电解二氧化碳和水生成甲醇；和控制醇燃料电池的发电；保证大电网的平稳运行。

碱性双极性电解槽电解二氧化碳生成甲醇：双极板电解槽示意图，电解电源31(301)，电极板31(304)，双极电极板32(306)，双极电极板33(311)，电极板3n(308)；端压板31(316)，端压板32(307)；绝缘板31(317)，绝缘板32(318)；电连接线31(302)，电连接线32(303)；隔膜31(305)，隔膜32(310)，隔膜3n-1(318)；输入口31(314)，输入口32(315)，输入口3n(319)；输出口31(312)，输出口32(313)，输出口3n(312)；双极性板既是正极，也是负极；双极性板上有沟槽，便于水、甲醇、CO₂、离子运输、扩散通过；

端压板31(316)，端压板32(307)：承受压力，利用螺丝使双极电解槽固定；可以是金属，或合金，或非金属，或高分子材料；

电极板与隔膜之间，或双极板与隔膜之间为催化剂:催化剂金属，或金属氧化物：如：铜、铝、铁、钴、镍、镁、钛、锌、铅、银、锡、金、汞、锂、钠、钾、钙、钡,铂，或氧化锌，或三氧化二铬，或氧化铜，或三氧化二铝，或三氧化二铁，或四氧化三铁；或氧化锌，或三氧化二铬，或氧化铜，或三氧化二铝，或三氧化二铁，或四氧化三铁中的部分氧化物的混合物；或氧化锌，或三氧化二铬，或氧化铜，或三氧化二铝，或三氧化二铁，或四氧化三铁中；或多种氧化物构成的混合物；或金属，金属氧化物的混合物；或碳粒子，金属，金属氧化物的混合物；

绝缘板31(317)，绝缘板32(318)作用：使端压板31(316)，端压板32(307)与电解槽电源隔离；

电解电源31(301)的负极通过电连接线31(302)连接电极板31(304)，电解电源31(301)的正极通过电连接线32(303)连接电极板3n(309)；

绝缘螺栓31(322),螺母31(321)，螺母32(323)用于固定电解槽；双极电解槽有多组螺母、螺栓固定电解槽，保证电解槽的稳定；

输入口31(314)输入二氧化碳或水，经电解后生成甲醇；生成的甲醇由输出口31(312)输出；通过分馏，得到液态的甲醇；

输入口32(315)输入水，电解生成氧气，由输出口32(313)输出排放到空气中，或将氧气收集；

电极板31(304)为电极板31(304)，隔膜31(305)，双极电极板32(306)组成的子电解池31的负极；双极电极板32(306)为电极板31(304)，隔膜31(305)，双极电极板32(306)组成的子电解池31的正极；隔膜让OH^-离子，或水分子通过；隔膜采用石棉、或聚砜、或氧化镍等；

双极电极板32(306)为双极电极板32(306)，隔膜32(310)，双极电极板33(311)组成的子电解池32的负极；双极电极板33(311)为双极电极板32(306)，隔膜32(310)，双极电极板33(311)组成的子电解池32的正极；

以此类推，电极板31(304)，隔膜31(305)，双极电极板32(306)，隔膜32(310)，双极电极板33(311)，隔膜3n-1(318)，电极板3n(308)，过程n-1个子电解池；由n-1个子电解池共同组成双极电解槽；

双极电解槽的优点：结构紧凑，体积小，成本低，产量高。

电力微网中通过监测各种发电、用电设备状态，控制电解二氧化碳和水生成甲醇；和控制醇燃料电池的发电；实现平衡供电；

电力网中，利用电力互联网，或电力控制系统提供的参数，控制电解二氧化碳和水生成甲醇；和控制醇燃料电池的发电；保证大电网的平稳运行。

固体聚合物电解槽电解制甲醇：

电解二氧化碳和水制甲醇的工作原理：

正极反应：2CO₂+12H⁺+12e^-＝2CH₃OH+2H₂O

负极反应：6H₂O＝3O₂+12H⁺+12e^-

总反应：2CO₂+4H₂O＝2CH₃OH+3O₂

电解二氧化碳和水生成甲醇：固体聚合物双极板电解槽示意图，电解电源41(401)，电极板41(404)，双极电极板42(406)，双极电极板43(411)，电极板4n(408)；端压板41(416)，端压板42(407)；绝缘板41(417)，绝缘板42(418)；电连接线41(402)，电连接线42(403)；质子交换膜41(405)，质子交换膜42(410)，质子交换膜4n-1(418)；输入口41(414)，输入口42(415)，输入口4n(419)；输出口41(412)，输出口42(413)，输出口4n(412)；双极性板既是正极，也是负极；双极性板上有沟槽，便于水、甲醇、CO₂、离子运输、扩散通过；

端压板41(416)，端压板42(407)：承受压力，利用螺丝使双极电解槽固定；可以是金属，或合金，或非金属，或高分子材料；

电极板与隔膜之间，或双极板与隔膜之间有金属氧化物为催化剂:如：氧化锌，或三氧化二铬，或氧化铜，或三氧化二铝，或三氧化二铁，或四氧化三铁；或氧化锌，或三氧化二铬，或氧化铜，或三氧化二铝，或三氧化二铁，或四氧化三铁中的部分氧化物的混合物；或氧化锌，或三氧化二铬，或氧化铜，或三氧化二铝，或三氧化二铁，或四氧化三铁中的部分氧化物再构成的复杂化合物；或金属，金属氧化物的混合物；或碳粒子，金属，金属氧化物的混合物；

绝缘板41(417)，绝缘板42(418)作用：使端压板41(416)，端压板42(407)与电解槽电源隔离；

电解电源41(401)的负极通过电连接线41(402)连接电极板41(404)，电解电源41(401)的正极通过电连接线42(403)连接电极板4n(409)；

绝缘螺栓41(422),螺母41(421)，螺母42(423)用于固定电解槽；

输入口41(414)输入二氧化碳或水，经电解后生成甲醇；生成的甲醇由输出口41(412)输出；通过分馏，得到液态的甲醇；

输入口42(415)输入水，电解生成氧气，由输出口42(413)输出排放到空气中，或将氧气收集；

电极板41(404)为电极板41(404)，质子交换膜41(405)，双极电极板42(406)组成的子电解池41的负极；双极电极板42(406)为电极板41(404)，质子交换膜41(405)，双极电极板42(406)组成的子电解池41的正极；隔膜让H⁺离子通过；隔膜采用质子交换膜；

双极电极板42(406)为双极电极板42(406)，质子交换膜42(410)，双极电极板43(411)组成的子电解池42的负极；双极电极板43(411)为双极电极板42(406)，质子交换膜42(410)，双极电极板43(411)组成的子电解池42的正极；

以此类推，电极板41(404)，质子交换膜41(405)，双极电极板42(406)，质子交换膜42(410)，双极电极板43(411)，质子交换膜4n-1(418)，电极板4n(408)，过程n-1个子电解池；由n-1个子电解池共同组成双极电解槽；

双极电解槽的优点：结构紧凑，体积小，成本低，产量高；效率高；

电力微网中通过监测各种发电、用电设备状态，控制电解二氧化碳和水生成甲醇；和控制醇燃料电池的发电；实现平衡供电；

电力网中，利用电力互联网，或电力控制系统提供的参数，控制电解二氧化碳和水生成甲醇；和控制醇燃料电池的发电；保证大电网的平稳运行。

储能、二氧化碳封存循环：甲醇储存51(503)，二氧化碳存储51(504)，其它途径产生的甲醇51(501)，其它途径产生的二氧化碳51(502)；

二氧化碳存储51(504)和水利用“垃圾电能”电解实现甲醇化学能存储和物质存储，即将二氧化碳转换为甲醇实现二氧化碳碳封存；

垃圾电是指：风电、太阳能等，电网无法消纳的电能；或用电谷时段发电厂产生的无法消纳的电能；

用垃圾电来电解二氧化碳和水转换为甲醇存储，实现二氧化碳碳封存；将电能转换为化学能存储，供其它时间使用；

随着太阳能发电效率的提高，利用此电解二氧化碳储能技术，其燃料边际成本将大大下降，从而解决了能源问题，解决污染问题，解决温室气体二氧化碳的碳封存问题。

有益效果：

(1)储能、碳封存新能源循环：利用无法消纳而会被浪费掉的“垃圾电能”电解二氧化碳和水生成甲醇存储，实现化学能储存；实现二氧化碳封存。当用户需要电力供应时，醇燃料电池按需发电满足人类需求。二氧化碳、甲醇存储对环境要求比氢气存储简单、经济、安全；并实现碳的零排放。同时将其它途径产生的二氧化碳，以及空气中的二氧化碳实现碳封存；比地质碳封存安全、有经济效益。只有经济效益才能真正运行。“垃圾电能”电解二氧化碳和水产生甲醇，实现了本循环的闭环。

(2)醇类由于氢键的作用，熔点、沸点高，比氢气、汽油容易存储，且存储安全。

(3)利用电解二氧化碳、水转换为醇类容易。

(4)太阳能、风能、水能、核能等不能被消纳而被浪费掉垃圾电转换为醇的化学能容易。

(5)各种形式的化石能源转换为醇类化学能容易。

(6)生物质能转换为醇类化学能容易。

(7)将温室气体二氧化碳转换为醇类，将工业革命以来人类使用化石能源产生的二氧化碳固定起来，拯救地球；醇的储存为人类提供随时可使用能源，解决人类的能源危机。比现有的将二氧化碳存储到深地球地层中，成本低、更安全、并可在需要时随时使用其储存的化学能转化为所需要能量的形式；靠能源市场自动调节，也降低能源对经济波动的影响。

(8)二氧化碳的压缩存储比氢气、天然气的容易得多；

(9)实现碳封存，将空气中的二氧化碳，工业、民用产生的二氧化碳转化为醇类实现碳封存，同时人类需要使用能源时，可以随时利用储存的醇类。

(10)利用碳封存的醇类，使用方法：(a)醇类直接作为燃料燃烧；

(b)醇类通过燃料电池直接发电，供人类使用；(c)醇类通过重整为氢，利用氢燃料电池转换为电能，供人类使用。