劉科：碳中和誤區(qū)及其現(xiàn)實(shí)路徑

（本文系由深圳創(chuàng)新發(fā)展研究院、博研商學(xué)院、深圳企聯(lián)等共同主辦的“科技創(chuàng)新院士報(bào)告廳”第四期內(nèi)容，7月15日上午，劉科院士圍繞“碳中和誤區(qū)及其現(xiàn)實(shí)路徑”做了演講。以下內(nèi)容根據(jù)劉科院士的演講錄音整理，經(jīng)劉科本人審訂。）

　　我自己曾在海外工作過(guò)二十多年，之前在GE、UTC（聯(lián)合技術(shù)公司）、?？松?美孚等單位工作，2009年回國(guó)。回來(lái)以后第一份工作就是參與籌建北京低碳清潔能源研究所（現(xiàn)國(guó)家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院），并且擔(dān)任副所長(zhǎng)和首席技術(shù)官。再后來(lái)，我決定出來(lái)做一些自己的事情。當(dāng)時(shí),南方科技大學(xué)前校長(zhǎng)陳十一院士邀請(qǐng)我去南方科技大學(xué)，就這樣幾年前我就來(lái)到了深圳。

　　來(lái)到南科大后我擔(dān)任了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院院長(zhǎng)和清潔能源研究院院長(zhǎng)，因?yàn)槲乙恢痹谘芯康吞己湍茉吹氖虑?#xff0c;今天與大家分享一下碳中和的一些內(nèi)容。

　　碳中和很熱，大家都在談，但真正做這一方面研究的人不多。有一次我碰到一個(gè)朋友，他說(shuō)我們現(xiàn)在專(zhuān)門(mén)在研究將來(lái)怎么去計(jì)量各個(gè)單位、各家公司的二氧化碳排放，這是一個(gè)大產(chǎn)業(yè)。我說(shuō)他是勞民傷財(cái)。其實(shí)一方面，碳中和是一個(gè)宏觀的問(wèn)題；另一方面，看一個(gè)城市的碳排放，可以系統(tǒng)地看，比如深圳市一年耗多少萬(wàn)噸煤炭，耗多少萬(wàn)噸天然氣，耗多少萬(wàn)噸油，每一個(gè)乘一個(gè)系數(shù)，這個(gè)二氧化碳的排放就出來(lái)了，這樣算出來(lái)的碳排放量基本上占實(shí)際排放量的92%。

我先講一些數(shù)據(jù)和事實(shí)

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年，中國(guó)二氧化碳排放大約103億噸（大約是102億噸到108億噸，我選了103這個(gè)中間的數(shù)字），其中，煤炭、石油、天然氣排放達(dá)到95億噸，另外一部分是各種小的，比如沼氣、生物質(zhì)，還有一些其他的排放。所以，約92%的排放是以上這三個(gè)產(chǎn)生的。衡量任何一家公司、任何一家單位、任何一個(gè)系統(tǒng)，把這三個(gè)算準(zhǔn)就可以了。國(guó)家對(duì)這三個(gè)都有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，不需要額外計(jì)量。2020年，中國(guó)的總煤耗量大約36億噸，折算成標(biāo)準(zhǔn)煤大約28億噸，每噸標(biāo)準(zhǔn)煤再乘以一個(gè)系數(shù)就可以得出，煤炭一年大約排放73.5億噸二氧化碳。2020年，中國(guó)的石油消耗量折成標(biāo)準(zhǔn)煤是9億噸，排放二氧化碳15.4億噸；天然氣消耗量折成標(biāo)煤是4億噸，排放二氧化碳6億噸；三個(gè)加起來(lái)是95億噸。103億噸除以14億人口，人均大概7.4噸，一個(gè)三口之家平均每年排放22噸二氧化碳，這是一個(gè)天量的數(shù)字。怎么說(shuō)呢？如果把二氧化碳轉(zhuǎn)化成一種產(chǎn)品，22噸原料就要生產(chǎn)22噸產(chǎn)品，哪家一年能消耗掉這22噸的東西呢？

　　大家都說(shuō)碳中和容易，比如每天用空調(diào)、開(kāi)車(chē)等等都與碳有關(guān)系，每一個(gè)人、每一小步都是可以為碳中和做出貢獻(xiàn)的，但完成碳中和這個(gè)任務(wù)還是非常艱巨的，而且是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。因?yàn)榭梢?jiàn)的未來(lái)，我們?nèi)辈涣诉@三種化石能源。盡管風(fēng)能、太陽(yáng)能，二氧化碳轉(zhuǎn)化為化學(xué)品，CCS（carbon capture and storage，碳捕獲與封存）、CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage，碳捕獲、利用與封存），提高能效都會(huì)或多或少地對(duì)減碳有些貢獻(xiàn)，都值得去鼓勵(lì)探索和實(shí)施，但對(duì)天量排放的二氧化碳減低的比例是相當(dāng)有限的。

　　在這種情況下我們?cè)趺床拍軐?shí)現(xiàn)碳中和？這是我希望跟大家進(jìn)一步探討的。

關(guān)于碳中和的誤區(qū)

　　當(dāng)前大眾對(duì)碳中和的挑戰(zhàn)及認(rèn)知有一定局限，認(rèn)為單一的技術(shù)路線(xiàn)或者技術(shù)突破能夠解決碳中和問(wèn)題，因此常存在幾個(gè)誤區(qū)：

　　第一個(gè)誤區(qū)是認(rèn)為風(fēng)能和太陽(yáng)能比火電都便宜了，因此太陽(yáng)能和風(fēng)能完全可以取代火電實(shí)現(xiàn)碳中和。這句話(huà)只對(duì)了1/5到1/6。因?yàn)橐荒暧?760小時(shí)，而中國(guó)的太陽(yáng)能每年發(fā)電小時(shí)數(shù)因地而異，在1300小時(shí)到2000小時(shí)之間不等，很少有超過(guò)2000小時(shí)的區(qū)域，平均在1700小時(shí)左右；也就是說(shuō)太陽(yáng)能大約在1/5–1/6的時(shí)間段比火電便宜；而在其他4/5-5/6的時(shí)間段，如果要儲(chǔ)電，其成本會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于火電。風(fēng)能每年發(fā)電的時(shí)間比太陽(yáng)能略微長(zhǎng)一點(diǎn)，是2000小時(shí)左右，但電是需要24小時(shí)供的，不能說(shuō)一個(gè)電廠一年只供一兩千小時(shí)，因?yàn)槲覀冇秒姴荒苷f(shuō)有太陽(yáng)有風(fēng)的時(shí)候用電，沒(méi)太陽(yáng)、沒(méi)風(fēng)的時(shí)候就停電。太陽(yáng)能和風(fēng)能是便宜了，但最大的問(wèn)題是非穩(wěn)定供電。

　　不可否認(rèn)，中國(guó)的風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)展了將近四十年，取得非常大的成績(jī)，我們給這個(gè)領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)的科學(xué)家們以崇高的致敬。但直到今天，風(fēng)能、太陽(yáng)能與煤電相比仍然是杯水車(chē)薪。以2019年為例，全國(guó)的風(fēng)能和太陽(yáng)能加起來(lái)發(fā)電總量相當(dāng)于1.92億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)電量，而中國(guó)年發(fā)電耗煤大約是22億噸煤，相當(dāng)于18-19億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，也就是說(shuō)，風(fēng)能和太陽(yáng)能只能占煤電的10%左右。

　　而且，電網(wǎng)靠電池儲(chǔ)電的概念是非常危險(xiǎn)的。據(jù)估算，目前全世界5年的電池產(chǎn)能僅能滿(mǎn)足東京全市停電3天的電能。如果說(shuō)我們有4/5的時(shí)間或者5/6的時(shí)間要靠電池儲(chǔ)電，這是不可想象的。況且，這個(gè)世界也沒(méi)有那么多的鈷和鋰，沒(méi)法讓我們?cè)炷敲炊嗟碾姵?。在這種情況下，棄光棄風(fēng)的問(wèn)題非常嚴(yán)重，因?yàn)殡娋W(wǎng)只能容納15%的非穩(wěn)定電源。風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)出來(lái)的電，電網(wǎng)沒(méi)法全部承受。如果繼續(xù)增加風(fēng)能、太陽(yáng)能，同時(shí)大規(guī)模儲(chǔ)能問(wèn)題解決不了，只能廢棄更多。

　　棄光棄風(fēng)在中國(guó)有兩方面的原因，一是技術(shù)因素，就是因?yàn)樘?yáng)能、風(fēng)能是沒(méi)辦法預(yù)測(cè)的，電網(wǎng)小于15%可以容納，多于15%容納不了，這是一個(gè)很大的技術(shù)難題，到現(xiàn)在還不好解決；二是機(jī)制因素，地方保護(hù)主義的存在可能會(huì)讓地方出于各種原因不用風(fēng)電、光電、水電。機(jī)制問(wèn)題在中央大力推動(dòng)“碳中和”的背景下是可以解決的，但技術(shù)問(wèn)題，不容易解決。

　　因此，太陽(yáng)能和風(fēng)能需要大力發(fā)展，但在儲(chǔ)電成本仍然很高的當(dāng)前，在可見(jiàn)的未來(lái)仍然無(wú)法全部取代化石能源發(fā)電。

　　第二個(gè)誤區(qū)是人們以為有個(gè)魔術(shù)般的大規(guī)模儲(chǔ)電技術(shù)，認(rèn)為如果儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)步，風(fēng)能和太陽(yáng)能就能徹底取代火電。這個(gè)假設(shè)太大了，因?yàn)樽糟U酸電池發(fā)明至今一百多年來(lái)，人類(lèi)花了數(shù)千億美元的研發(fā)經(jīng)費(fèi)研究?jī)?chǔ)能，可從鉛酸電池的90千瓦時(shí)/立方米增加到今天特斯拉的260千瓦時(shí)/立方米，電池的能量密度并沒(méi)有得到革命性的根本改變。要知道，汽油是8600千瓦時(shí)/立方米。同時(shí)，迄今大規(guī)模GW（十億瓦特發(fā)電裝機(jī)容量）級(jí)的儲(chǔ)電最便宜的還是100多年前就被發(fā)明的抽水蓄能技術(shù)。

　　科學(xué)技術(shù)的突破不是沒(méi)有可能，但是只有發(fā)現(xiàn)了才能知道發(fā)現(xiàn)了。今天無(wú)法預(yù)測(cè)明天的發(fā)現(xiàn)。我經(jīng)常舉一個(gè)例子，火藥發(fā)明之后近一千年才有槍的發(fā)明。槍的機(jī)械原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，但是你要說(shuō)火藥發(fā)明后就可以預(yù)測(cè)肯定會(huì)發(fā)明槍，那就錯(cuò)得離譜了。這就提醒我們，在制定任何戰(zhàn)略時(shí)，都千萬(wàn)不要假設(shè)未來(lái)這塊有突破就可以做什么事。我們制定戰(zhàn)略一定是以已有的、證明的、現(xiàn)實(shí)的技術(shù)路線(xiàn)為基礎(chǔ)。

　　不同行業(yè)的進(jìn)步不一樣，計(jì)算機(jī)行業(yè)有摩爾定律，這么多年確實(shí)發(fā)展得很快，但是能源行業(yè)目前還沒(méi)找到類(lèi)似摩爾定律一樣的規(guī)律，“碳中和”必須選擇現(xiàn)實(shí)可行的路線(xiàn)來(lái)推進(jìn)。

　　有一個(gè)笑話(huà)是，比爾·蓋茨跟波音公司總裁講，假如飛機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步跟計(jì)算機(jī)一樣快，那現(xiàn)在人人都可以不用開(kāi)車(chē)，可以改為開(kāi)飛機(jī)了。波音公司的總裁說(shuō)，假如我的技術(shù)跟你一樣的話(huà)，這個(gè)世界就沒(méi)人敢坐飛機(jī)了，因?yàn)槟莻€(gè)年代計(jì)算機(jī)動(dòng)不動(dòng)就死機(jī)。所以說(shuō)，大家不要認(rèn)為某一個(gè)行業(yè)發(fā)展很快，其他的行業(yè)就都一樣。能源行業(yè)就是一個(gè)不斷地砸錢(qián)但技術(shù)進(jìn)步緩慢的行業(yè)。未來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)肯定會(huì)有新發(fā)明，我們鼓勵(lì)儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，但是在制定戰(zhàn)略目標(biāo)的時(shí)候一定要謹(jǐn)慎，沒(méi)發(fā)明的時(shí)候就不要先假設(shè)這個(gè)事情存在。

　　第三個(gè)誤區(qū)，有些人認(rèn)為我們可以把二氧化碳轉(zhuǎn)化成各種各樣的化學(xué)品，比如保鮮膜、化妝品等等。這些要能轉(zhuǎn)化、能賺錢(qián)，可以去干，但是這些解決不了二氧化碳的問(wèn)題。粗略估算，一個(gè)三口之家一年平均排放碳22噸，但什么產(chǎn)品一個(gè)家庭一年也消耗不了20多噸。

　　另一方面，全世界只有大約13%的石油就生產(chǎn)了我們所有的石化產(chǎn)品，剩下的大約87%的石油都是被燒掉的。如果把全世界的化學(xué)品都用二氧化碳來(lái)造，也只是解決13%的碳中和問(wèn)題。所以說(shuō)，從規(guī)模上二氧化碳制成化學(xué)品并不具備減碳價(jià)值。二氧化碳轉(zhuǎn)化為其他化學(xué)品對(duì)減碳的貢獻(xiàn)是相當(dāng)有限的。

　　所以說(shuō)，把二氧化碳轉(zhuǎn)化成任何化學(xué)品，如果能賺錢(qián)那可以去干，但掙不了錢(qián)就別打著“碳中和”的概念來(lái)拿國(guó)家的補(bǔ)貼。講這個(gè)話(huà)我可能會(huì)得罪很多人，特別是企業(yè)界的人。但我們科學(xué)家要講事實(shí)，拿數(shù)字說(shuō)話(huà)。我也參加過(guò)很多關(guān)于碳中和的論壇，很多時(shí)候甚至有些經(jīng)濟(jì)學(xué)家在講的時(shí)候，沒(méi)有數(shù)字的概念，只有一個(gè)粗概，說(shuō)這樣可以減碳、那樣可以減碳，但是對(duì)減多少?zèng)]有概念。這個(gè)也不能怪他們，隔行如隔山。

　　第四個(gè)誤區(qū)，是說(shuō)可以大量地捕集和利用二氧化碳。利用CCUS技術(shù)，把生產(chǎn)過(guò)程排放的二氧化碳進(jìn)行捕獲提純，再投入到新的生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行循環(huán)再利用或封存。理論上能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化碳的大規(guī)模捕集?，F(xiàn)在大家說(shuō)在電廠把二氧化碳分離，分離完以后打到地下可以做驅(qū)油和埋藏等等其他的作用。那么我們看看，未來(lái)十年，中國(guó)整個(gè)二氧化碳驅(qū)油消耗量大概是600多萬(wàn)噸，我們一年的排放是103億噸。而且驅(qū)油這個(gè)階段是一部分二氧化碳進(jìn)到地里，還有一部分會(huì)跟著油出來(lái)，它不是一個(gè)完全的埋藏。

　　把碳打到地下埋藏，我回國(guó)前在GE曾經(jīng)做過(guò)這個(gè)事情。把煤和水、氧轉(zhuǎn)成氫氣和二氧化碳，氫氣燃燒發(fā)電產(chǎn)生水蒸氣，二氧化碳就打到地底下。我們做了示范工程，前后花了28億美元，有上百名博士參與，用了7年的時(shí)間，這個(gè)示范具有環(huán)境方面的意義，并且工廠在美國(guó)運(yùn)行至今，但是不具備經(jīng)濟(jì)性。我們做完這個(gè)項(xiàng)目以后，發(fā)現(xiàn)這是GE創(chuàng)立以來(lái)最復(fù)雜的一套工業(yè)系統(tǒng)。別看全GE可以生產(chǎn)的包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、醫(yī)療器械、核磁共振、CT等等這些，包括三峽水利工程的設(shè)備和青藏線(xiàn)的火車(chē)頭等等，但是GE成立以來(lái)最復(fù)雜的一套系統(tǒng)就是我們當(dāng)時(shí)做的“零污染火電廠”，不過(guò)這個(gè)成本太高了。

　　我回國(guó)之前和當(dāng)時(shí)的GE總經(jīng)理交流，他在一次演講中也提到今后通過(guò)煤炭零污染的火電廠解決二氧化碳的問(wèn)題，但是講完就下來(lái)跟我說(shuō)，別看我在會(huì)上那么講，真正要去做還不如干核能，核能比零污染火電廠便宜多了。當(dāng)然，那會(huì)兒福島核電站事故還沒(méi)有發(fā)生，核能可以做。法國(guó)現(xiàn)在將近70%都是核能，做了幾十年了。但是福島核電站泄漏事故之后，全世界都在提高核能的安全系數(shù)，這個(gè)安全系數(shù)到后期每提高一點(diǎn)，成本就增加很多。

　　碳中和不光是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，更是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)平衡發(fā)展的綜合性問(wèn)題?，F(xiàn)在在電廠把二氧化碳分離，分離完以后打到地下可以做驅(qū)油和埋藏這條路，在可以驅(qū)油的地方可以改，還有一點(diǎn)經(jīng)濟(jì)效益，我國(guó)新疆等地已經(jīng)有類(lèi)似的二氧化碳驅(qū)油工程。這塊的成本是把二氧化碳分離出來(lái)的成本，我們算過(guò)，假設(shè)打下去的成本為30美元一噸，其中20美元是把二氧化碳從整個(gè)尾氣里面分離出來(lái)成為純二氧化碳，5美元是輸送，另外5美元是把它壓縮到地底下。分離是核心，成本也最大。在目前的技術(shù)手段下，靠CCUS利用來(lái)處理的成本很高，作用也是有限的，當(dāng)然這也可能是實(shí)現(xiàn)碳中和的保底技術(shù)。

　　實(shí)際上，我剛剛講的每一件事，比如風(fēng)能、太陽(yáng)能都對(duì)碳中和有貢獻(xiàn)，我們每一個(gè)都應(yīng)該去做，但是今天的技術(shù)你再怎么做，對(duì)碳中和的貢獻(xiàn)是有限的。當(dāng)然，這不是說(shuō)讓大家不去做，我們每一個(gè)人能夠努力的都去努力，畢竟積少成多。

　　第五個(gè)誤區(qū)是認(rèn)為通過(guò)提高能效可以顯著降低工業(yè)流程、產(chǎn)品使用中的碳排放，就可以實(shí)現(xiàn)碳中和。能效永遠(yuǎn)要提高，提高能效也很對(duì)，也是世界上成本最低的減碳路線(xiàn)。但是我經(jīng)常問(wèn)一句話(huà)，加入WTO這二十年來(lái)，我們國(guó)家的能效提高了還是降低了？我們能效提高了很多，但是碳排放的總量是增加了還是減少了？增加得更多。我記得2000年中國(guó)的石油消耗大概是2點(diǎn)幾億噸，2010年大概是4億噸，到去年是7.5億噸。

　　我是做能源的，從能源的數(shù)據(jù)變化可以看到整個(gè)社會(huì)的變化。我們加入WTO之前有一個(gè)很重要的數(shù)字，中國(guó)的煤產(chǎn)量大概是12億噸，基本上自產(chǎn)自銷(xiāo)，出口有一點(diǎn)，但很少。結(jié)果到2012年短短12年的時(shí)間，從12億噸飆升到36億噸，這是一個(gè)天量，當(dāng)然也伴隨著碳排放。這該怎么解讀？唯一的解讀是加入WTO，世界的市場(chǎng)向中國(guó)開(kāi)放了。當(dāng)然，這一期間我們大量的房地產(chǎn)建設(shè)也是一個(gè)因素。煤的耗量表示電的耗量，電的耗量表示工業(yè)化的程度。這期間能效肯定提高了很多，但是單憑能效也難以解決碳中和的問(wèn)題。因此，提高能效是減碳的重要手段，但只要仍然在使用化石能源，提高能效對(duì)碳中和的貢獻(xiàn)也是非常有限的，提高能效確實(shí)是成本最低的減低碳排放的方式，也是最應(yīng)該優(yōu)先做的，但是有一個(gè)現(xiàn)實(shí)的考量就是不能光靠能效提高就能夠達(dá)到碳中和。

　　第六個(gè)誤區(qū)是認(rèn)為電動(dòng)車(chē)可以降低碳排放。前段時(shí)間，我在網(wǎng)易公開(kāi)課上講《電動(dòng)車(chē)和氫能的歷史與未來(lái)》，全國(guó)大概有十幾萬(wàn)人觀看，很多領(lǐng)導(dǎo)看完以后跟我討論這個(gè)問(wèn)題：為什么我們要發(fā)展電動(dòng)車(chē)？很簡(jiǎn)單，主要是因?yàn)橹袊?guó)的石油不夠，我們石油73%靠進(jìn)口；還有就是霧霾的問(wèn)題。

　　我們石油不夠，寄望于我們的多余的發(fā)電能力，這樣發(fā)展電動(dòng)車(chē)是有好處的。因?yàn)殡姀S正常一年8760小時(shí)，但我們實(shí)際使用不到4千小時(shí)，這是資產(chǎn)的巨大浪費(fèi)。而且畢竟電動(dòng)車(chē)可以讓局部的污染降下來(lái)，比如東部地區(qū)的用電很多是在西部新疆等地發(fā)的，污染在西部新疆等地排放，不在東部地區(qū)排放。但是，在全生命周期的碳排放分析看來(lái)，對(duì)全球氣候變化并沒(méi)有什么影響。

　　為什么靠電動(dòng)車(chē)不能完全解決碳中和的問(wèn)題？只有中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)徹底改變以后，電動(dòng)車(chē)才能算得上清潔能源，也才有可能做到碳中和。如果能源結(jié)構(gòu)不改變，電網(wǎng)67%的還是煤電，那電動(dòng)車(chē)的盲目擴(kuò)張是在增加碳排放，而不是減少碳排放，這個(gè)你們?nèi)ニ阋幌戮椭懒?。只有能源結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)里大部分是可再生能源構(gòu)成的時(shí)候，電動(dòng)車(chē)才能算得上清潔能源。

　　大家老在談一個(gè)問(wèn)題，說(shuō)假設(shè)馬六甲海峽封了以后我們能源安全的問(wèn)題怎么解決？但是這個(gè)東西你要仔細(xì)考慮，靠電網(wǎng)是解決不了的。因?yàn)殡娋W(wǎng)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中是最脆弱的東西。石油可以到處分布，可以分一萬(wàn)個(gè)點(diǎn)去藏，炸了一個(gè)油庫(kù)，其他的還可以用。但一個(gè)城市的電網(wǎng)只有一個(gè)配電中心站，電網(wǎng)的安全也非常重要。

　　有的時(shí)候，能源政策和碳排放的政策不能因?yàn)榧僭O(shè)戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)生，別人打我，就不顧成本干一些高成本東西。第一，打仗是小概率事件，第二，真正到那會(huì)兒是靠一個(gè)國(guó)家的制海權(quán)、制空權(quán)等綜合能力，而不是說(shuō)靠一個(gè)電動(dòng)車(chē)就能夠解決問(wèn)題的。

為什么前一百年電動(dòng)車(chē)未能戰(zhàn)勝燃油車(chē)？

　　電動(dòng)車(chē)這個(gè)概念并不新，1912年，紐約、倫敦、巴黎，還有洛杉磯的大街上，跑的電動(dòng)車(chē)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于燃油車(chē)。

圖1 1912年，愛(ài)迪生跟他的電動(dòng)車(chē)合影

　　電動(dòng)車(chē)和燃油車(chē)之爭(zhēng)不是今天剛剛開(kāi)始。1912年，以愛(ài)迪生為首的一批科學(xué)家，就覺(jué)得將來(lái)電動(dòng)車(chē)可以統(tǒng)領(lǐng)世界。以福特為代表的汽車(chē)公司走的是燃油車(chē)路線(xiàn)。到了20世紀(jì)30年代以后電動(dòng)車(chē)就幾乎銷(xiāo)聲匿跡了，今天燃油車(chē)仍然占有絕對(duì)統(tǒng)治地位。

　　為什么一百年前電動(dòng)車(chē)多于燃油車(chē)？因?yàn)殂U酸電池早于內(nèi)燃機(jī)發(fā)明二十多年。有了鉛酸電池，再接一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，就是今天高爾夫球場(chǎng)開(kāi)的車(chē)，上面再加一個(gè)棚子就是汽車(chē)了。今天高爾夫球場(chǎng)開(kāi)的車(chē)就是一百年前愛(ài)迪生開(kāi)的車(chē)，所以電動(dòng)車(chē)不是什么新技術(shù)，它這么多年來(lái)創(chuàng)新的核心在電池和電控系統(tǒng)。

　　那么，為什么前一百年電動(dòng)車(chē)沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)過(guò)燃油車(chē)？原因是什么？我只講歷史不預(yù)測(cè)未來(lái)。我跟大家解釋幾個(gè)原因。

　　第一個(gè)原因，我們做能源的人都有一個(gè)概念叫做體積能量密度。汽車(chē)有壓艙鋼板，輪船有壓艙水，這個(gè)能源略微重一點(diǎn)對(duì)汽車(chē)、輪船的影響不大，但油箱不能無(wú)窮大。假設(shè)我們的油箱都是1立方米，每種能源蘊(yùn)含的能量密度大小，也就決定了汽車(chē)能跑的距離遠(yuǎn)近。

　　100多年前就發(fā)明的鉛酸電池的能量密度是90千瓦時(shí)/立方米，人類(lèi)花了上千億美元和100多年的探索，電池能量密度到現(xiàn)在特斯拉的電池、比亞迪的刀片電池，也就是260千瓦時(shí)/立方米。而汽油的能量密度是8600千瓦時(shí)/立方米，柴油是9600千瓦時(shí)/立方米。稍后即將提到的甲醇液體是4300千瓦時(shí)/立方米。

　　第二個(gè)原因，我認(rèn)為液體可能是最好的儲(chǔ)能的載體。液體能源有個(gè)非常好的特點(diǎn)，陸上可以管路輸送，海上可以非常便宜地跨海輸送。

　　2016年我到深圳工作不久，邀請(qǐng)了我的三個(gè)好朋友，有時(shí)任美國(guó)能源部部長(zhǎng)、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者朱棣文先生，還有當(dāng)時(shí)中國(guó)工程院主管能源的副院長(zhǎng)謝克昌院士，以及中國(guó)科學(xué)院主管能源的副院長(zhǎng)李靜海院士參加南科大清潔能源研究院成立的揭牌儀式。

　　當(dāng)時(shí)在一個(gè)能源研討會(huì)上，我問(wèn)大家一個(gè)問(wèn)題，說(shuō)很長(zhǎng)一段時(shí)間在深圳開(kāi)車(chē)加油是7塊錢(qián)一升，假設(shè)這個(gè)汽油是從休斯敦?zé)捰蛷S用船拉到深圳鹽田港再到加油站，這一升的運(yùn)費(fèi)是多少錢(qián)？我讓好多搞能源的朋友猜，有人猜是3塊5，甚至有人猜5塊，也有人猜1塊的，我說(shuō)真正的答案是7分錢(qián)不到。

　　我說(shuō)7分錢(qián)的時(shí)候大家沒(méi)人相信，但一算就明白了。現(xiàn)在一條大船可以拉30萬(wàn)噸，大概是4億升。液體的好處在于，使用泵和管道就能裝船，不需要人工。到了深圳的碼頭，管道連接好后，使用泵就能打到罐里，也不要人工。路上耗費(fèi)的就是船的油錢(qián)和折舊費(fèi)，4億升，如果一升一毛錢(qián)就是4000萬(wàn)元，但跑一趟船根本用不了這么多油錢(qián)。這就是為什么世界上產(chǎn)石油的只有那么幾個(gè)地方，但任何一個(gè)角落都可以很方便地加油開(kāi)車(chē)。所以，液體在運(yùn)輸上有很多好處，而且可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存。高度酒（醇類(lèi)）存50年沒(méi)問(wèn)題，但電和氣都不能長(zhǎng)期儲(chǔ)存。

　　這些最基本的概念大家需要清楚，這也是為什么我冬天到加拿大那些靠近北極的鎮(zhèn)子去看，那里沒(méi)有電網(wǎng)、天然氣網(wǎng)，只有一個(gè)加油站，一罐汽油、一罐柴油拉過(guò)來(lái)就可以生產(chǎn)了。在世界上再偏僻的角落，只要有公路的地方，拉過(guò)去就可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存，拉一罐，一兩個(gè)月就夠了，但電和天然氣管網(wǎng)沒(méi)那么容易可以鋪設(shè)到。這就是液體能源的優(yōu)勢(shì)。人類(lèi)永遠(yuǎn)選擇經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化的東西，不是誰(shuí)喜歡什么，是什么東西最科學(xué)。

　　第三點(diǎn)，為什么人類(lèi)的第一條流水線(xiàn)是福特的流水線(xiàn)？內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)是機(jī)械的東西，造一臺(tái)很貴，但當(dāng)一條流水線(xiàn)造出100萬(wàn)臺(tái)的時(shí)候，每臺(tái)的成本會(huì)極大降低。1913年，福特的流水線(xiàn)一上去量產(chǎn)，就讓美國(guó)的汽車(chē)從4700美元降到380美元，讓藍(lán)領(lǐng)工人都可以買(mǎi)得起汽車(chē)。

　　然而電動(dòng)車(chē)不同，每個(gè)電池都需要一定量的鎳、鈷、鋰，車(chē)上還有銅等各種金屬。產(chǎn)能擴(kuò)張后每臺(tái)成本會(huì)有所下降，但是下降不多，不像機(jī)械不銹鋼，要多少，產(chǎn)多少，造得越多，成本越低，材料成本很少。電動(dòng)車(chē)的材料成本占大頭，加工成本并不是主流，所以你可以采用流水線(xiàn)，可以降低一點(diǎn)，但不能有根本的降低。

　　中國(guó)的電動(dòng)車(chē)從2016年底的51.7萬(wàn)輛增加到2018年第一個(gè)季度的79.4萬(wàn)輛，增量為28萬(wàn)輛，相對(duì)于當(dāng)時(shí)整個(gè)汽車(chē)市場(chǎng)一年2900萬(wàn)輛的產(chǎn)量，是很少的，但同期追蹤全世界的鈷的價(jià)格和鋰的價(jià)格，分別翻了四倍和一倍。這種情況告訴我們，如果技術(shù)不突破，不把鈷和鋰的用量降下來(lái)，造得越多材料越貴。當(dāng)鈷價(jià)格翻了四倍，鋰價(jià)格翻了一倍的時(shí)候，全世界沒(méi)有一家公司聲稱(chēng)通過(guò)回收電池里的鈷和鋰能實(shí)現(xiàn)盈利，電池的回收技術(shù)還有待突破。

　　最近很多原材料漲價(jià)，一方面是因?yàn)榱炕瘜捤?#xff0c;另一方面就是這些金屬原來(lái)的供需關(guān)系發(fā)生了變化。原來(lái)的供需關(guān)系是非常穩(wěn)定的，因?yàn)楣I(yè)上用到的鈷、鎳這些的量非常有限?，F(xiàn)在突然來(lái)了這么多造車(chē)新勢(shì)力，供需關(guān)系就變了。當(dāng)供需關(guān)系變了以后價(jià)格絕對(duì)不會(huì)說(shuō)是按比例增長(zhǎng)，比如世界上100個(gè)人，但是只有99瓶礦泉水，最后1瓶的礦泉水一定不是漲到1.1倍，而是最后一個(gè)人買(mǎi)不起的價(jià)格。

　　就按今天的價(jià)格，我們電動(dòng)車(chē)的成本其實(shí)每個(gè)人心里都有數(shù)。我列出來(lái)，每輛車(chē)需要銅53.2公斤，鋰8.9公斤，鎳39.9公斤，錳24.5公斤，鈷13.3公斤，石墨66.3公斤，稀土0.5公斤，其他0.3公斤。最近，磷酸鐵鋰電池出來(lái)，鈷的用量可以降下來(lái)，但是最大的問(wèn)題是冬天溫度一低它的性能不好了。所以，今天的這個(gè)價(jià)格，一輛最好的寶馬、奔馳的內(nèi)燃機(jī)成本在2300美元左右，特斯拉的電池成本則是在2萬(wàn)美元左右。一個(gè)工業(yè)要發(fā)展必須是可以大規(guī)模量產(chǎn)的時(shí)候，越大規(guī)模越便宜。這就是為什么人類(lèi)的第一條流水線(xiàn)是福特的流水線(xiàn)。這都不是偶然的。這些問(wèn)題我們大眾不清楚，但是行業(yè)里面是清楚的?，F(xiàn)在資本市場(chǎng)很熱，但是一旦補(bǔ)貼政策停止了，能不能掙錢(qián)冷暖自知。

　　2018年網(wǎng)上瘋炒氫能，炒作說(shuō)電動(dòng)車(chē)真正的未來(lái)是氫燃料電池汽車(chē)。氫能有它的好處，發(fā)電效率高，能降低對(duì)石油的依賴(lài)，排放的是水蒸氣，而且大規(guī)模量產(chǎn)后成本能下來(lái)。盡管燃料電池也要用貴金屬，但是它的貴金屬回收技術(shù)相對(duì)來(lái)講比較成熟。并且這些年的研發(fā)使得貴金屬用料量在降低，這都是它的優(yōu)點(diǎn)。

　　現(xiàn)在我們的電池是梯級(jí)利用，今天的電動(dòng)汽車(chē)用了5到7年，把退役動(dòng)力電池用作儲(chǔ)能電源，比如放到5G基站底下做儲(chǔ)能，可能還可以再延遲一二十年。但是儲(chǔ)能電池是有壽命的，里邊有很多對(duì)自然有害的化學(xué)物質(zhì)，不可能無(wú)限期使用，一二十年后仍然需要回收。如果不回收，當(dāng)幾百萬(wàn)個(gè)甚至將來(lái)上千萬(wàn)個(gè)電池分布在中國(guó)大地，如果任其泄露，那是環(huán)境的災(zāi)難。

　　能源全生命周期分析概念很重要，我們?cè)?jīng)做過(guò)一百多條線(xiàn)的“油井到車(chē)輪子”或者是“礦井到車(chē)輪子”的分析，要知道中國(guó)的能源40%在新疆，怎么把能源輸送過(guò)來(lái)，這是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。

　　我在GE曾花了幾百億美元和很多博士一起做分析研究的模型，每一步的排碳是多少，效率是多少，最后用數(shù)字說(shuō)話(huà)。于是，我花了很大的代價(jià)把這套方法論引進(jìn)來(lái)，做了一個(gè)“能源的全生命周期的分析”。這種軟課題在國(guó)內(nèi)很難拿到，但是很重要，因?yàn)橐谩皵?shù)據(jù)決策”。中國(guó)工程院謝克昌院士正在致力于推動(dòng)這一塊短板的開(kāi)發(fā)，因?yàn)檎嬲臎Q策最后是要依靠數(shù)據(jù)的，要科研人員花大量的時(shí)間把數(shù)學(xué)模型一點(diǎn)點(diǎn)建起來(lái)，并不斷地調(diào)整，最后能夠跟現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)對(duì)上去，用這些模型的預(yù)測(cè)數(shù)字做未來(lái)的決策，這叫“數(shù)據(jù)決策”，這是我們要提倡的一種文化。就像碳中和，將來(lái)也要做好各種渠道的碳中和數(shù)據(jù)搜集，從油井、礦井、天然氣井到車(chē)輪子、到電燈泡等等，每一步的全生命周期分析，分析完以后大家用數(shù)字說(shuō)話(huà)。

　　電動(dòng)車(chē)遇到這些問(wèn)題，不是不可以發(fā)展，電池的研發(fā)永遠(yuǎn)是重要的。但是有一點(diǎn)我要講，電動(dòng)化和網(wǎng)聯(lián)化沒(méi)有必然的聯(lián)系。內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)只要電池足夠大，夠我的手機(jī)用就行了?，F(xiàn)在有人說(shuō)要搞網(wǎng)聯(lián)化、搞智能化，所以必須搞電能化，這句話(huà)只對(duì)了一半。今天一個(gè)手機(jī)的運(yùn)算能力有多少？網(wǎng)聯(lián)化可能需要十個(gè)手機(jī)的運(yùn)算能力，那也就是幾塊電池的問(wèn)題。但是如果因?yàn)樾枰畟€(gè)手機(jī)的運(yùn)算能力，就要把驅(qū)動(dòng)改成電動(dòng)嗎？這是沒(méi)有必要的。實(shí)際上，現(xiàn)在一輛比較好的奔馳車(chē)，只要有一塊足夠的電池，里面有電動(dòng)機(jī)發(fā)電也可以做網(wǎng)聯(lián)化、智能化。所以智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動(dòng)化沒(méi)有必然的聯(lián)系。

為什么氫能汽車(chē)沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化？

　　氫能一點(diǎn)也不新，早在阿波羅登月的時(shí)候就是帶著液氫液氧上天，發(fā)的電供儀器用，產(chǎn)生的水宇航員喝。

　　我曾經(jīng)在UTC-殼牌合資公司工作，美國(guó)宇宙飛船的燃料電池就是聯(lián)合技術(shù)公司生產(chǎn)的。20世紀(jì)90年代末一直到2005年、2006年，此期間美國(guó)花了上百億美元在燃料電池的研發(fā)上。我記得2003年，小布什總統(tǒng)在他的國(guó)情咨文演講時(shí)說(shuō)，他會(huì)宣布一個(gè)計(jì)劃，美國(guó)能源部花多少億美元開(kāi)發(fā)氫燃料電池汽車(chē)，15年后每一個(gè)美國(guó)人開(kāi)的車(chē)后邊排放的都是水蒸氣。到現(xiàn)在，全世界的燃料電池（車(chē)）可能加起來(lái)也就是3萬(wàn)多輛，美國(guó)不到1萬(wàn)輛。去年全世界氫能源車(chē)只賣(mài)了1900多輛，豐田也沒(méi)賣(mài)多少輛。

　　燃料電池汽車(chē)，也就是我們說(shuō)的氫能汽車(chē)，為什么沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化？最根本的原因是氫氣不適合于作為大眾你我共有的能源載體。很多人在這塊有一個(gè)誤區(qū)，甚至媒體渲染說(shuō)“氫氣是人類(lèi)的終極能源”，這句話(huà)是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹錃獠皇且淮文茉?#xff0c;是一種二次能源，或者更確切地說(shuō)是能源的載體。這個(gè)世界沒(méi)有氫礦，我們有煤田、油田、天然氣田，但沒(méi)有氫田。氫和電以及甲醇一樣，是通過(guò)別的能源制造的，但是作為載體，氫不具備液體能源在能量密度、管道輸送、長(zhǎng)期儲(chǔ)存方面的優(yōu)勢(shì)。

　　氫氣不適合于做大眾能源載體，主要的原因在于有幾個(gè)方面人類(lèi)沒(méi)法改變。第一，氫氣是體積能量密度最小的東西，我們要求是越大越好。好多人犯了一個(gè)概念性的錯(cuò)誤，說(shuō)氫是能量密度最大的，這句話(huà)又是對(duì)了一半。如果論公斤，氫能量密度是最大的。但是對(duì)于汽車(chē)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該論每立方米，論公斤是毫無(wú)意義的。如果轉(zhuǎn)成同樣的能源概念，它的體積能量密度是最小的（如圖2）。為了增加體積能量密度，只好增加壓力。目前看到所有的氫燃料電池車(chē)?yán)锏膬?chǔ)氫罐，都是350公斤和700公斤大氣壓。儲(chǔ)氫罐如果拿不銹鋼設(shè)計(jì)必須做得非常厚，因?yàn)閴毫μ?。學(xué)過(guò)理工的人都知道，700公斤壓力的高壓設(shè)備，不是那么容易生產(chǎn)制造的。

圖2 各類(lèi)能源的能量密度。

　　第二，氫氣高壓會(huì)有一個(gè)問(wèn)題，氫氣是元素周期表中最小的分子，最小的分子就意味著最容易泄露，長(zhǎng)期儲(chǔ)存是問(wèn)題。

　　第三，氫氣在露天沒(méi)有問(wèn)題，我們?cè)?0多年前在美國(guó)做過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，一個(gè)加氫車(chē)，它的儲(chǔ)氫罐為了安全一般都放在最后，普通步槍一槍是打不透的。打完以后，因?yàn)樗茌p，就像氫氣球一樣，一條火龍沖上天，駕駛室的溫度一下子升不了那么高，人有足夠時(shí)間逃生。

　　但是，在封閉的空間里，氫氣就會(huì)有巨大的問(wèn)題。氫氣是爆炸范圍最寬的氣體，可以從4%到74%。小于4%是安全的，大于74%只著火不爆炸。但是在4%到74%這個(gè)很寬的范圍內(nèi)，遇火星就爆。

　　現(xiàn)在北上廣深這些城市，尤其在深圳，大量的車(chē)是停到地下車(chē)庫(kù)這一封閉空間里的。當(dāng)大量氫能汽車(chē)進(jìn)到地下車(chē)庫(kù)，若有一輛車(chē)泄露，就會(huì)產(chǎn)生巨大的危險(xiǎn)。盡管這個(gè)是小概率事件，但是使用眾多的時(shí)候，總有部件老化等問(wèn)題發(fā)生，哪怕儲(chǔ)氫罐是安全的，閥門(mén)、管路等也有一定小概率老化，或者開(kāi)車(chē)不注意發(fā)生了撞擊。一旦泄露遇火星爆炸，引起其他車(chē)爆炸，一個(gè)大樓都有可能毀掉。所以在封閉的空間里，使用氫氣要非常注意。

　　因?yàn)闅錃獾谋ㄐ?#xff0c;現(xiàn)在都不讓運(yùn)輸氫超過(guò)一定的范圍的車(chē)輛過(guò)隧道，如果把隧道炸掉了怎么辦？當(dāng)然，將來(lái)是不是能夠建氫管道是另外一個(gè)問(wèn)題。

　　同樣因?yàn)闅錃獾谋ㄐ?#xff0c;建設(shè)加氫站要特別小心，周?chē)欢ň嚯x不能有居民?，F(xiàn)在的北上廣深到處都是加油站，到哪能找那么多地，重新建加氫站呢？

　　因?yàn)檫@些問(wèn)題，盡管氫能現(xiàn)在很熱，但是要謹(jǐn)慎。氫氣的這些問(wèn)題決定了它不適合做能源載體。所以，當(dāng)人們說(shuō)“氫是人類(lèi)能源的終極”時(shí)，很多的東西似是而非。

　　疫情前，科技部幾位同志可能聽(tīng)說(shuō)我做過(guò)幾屆全美氫能與燃料電池峰會(huì)主席，帶了幾個(gè)專(zhuān)家到深圳來(lái)調(diào)研，我們談了一下，之后我把氫能的一些現(xiàn)狀、問(wèn)題以及解決途徑寫(xiě)了一個(gè)簡(jiǎn)單的報(bào)告，沒(méi)有想到他們就把它放進(jìn)《科技日?qǐng)?bào)》的頭版頭條。（圖3）

圖3 2019年7月3日，《科技日?qǐng)?bào)》頭版頭條專(zhuān)訪(fǎng)劉科院士

　　制氫容易，但儲(chǔ)氫、運(yùn)氫有難度。世界上氫氣的使用很廣泛，今天我們用的每一克的化肥都是氫造的。世界上有這么多的化肥廠、煉油廠都要大量的氫氣，但是有一個(gè)化肥廠、煉油廠是靠太陽(yáng)能、風(fēng)能制氫、制化肥嗎？沒(méi)有。什么原因？太貴了，要是便宜的話(huà)他們?cè)缇透挠锰?yáng)能、風(fēng)能制氫了。

　　氫不是說(shuō)現(xiàn)在沒(méi)用，現(xiàn)在全世界每年幾千萬(wàn)噸的氫市場(chǎng)，而且到煉油廠，氫是最貴的，每個(gè)煉油廠邊上都有幾個(gè)大的氣體公司。用風(fēng)能、太陽(yáng)能制氫不是不可以做，只是缺乏經(jīng)濟(jì)性。如果說(shuō)這是賺錢(qián)的，相信很多企業(yè)家早就開(kāi)始拿風(fēng)能和太陽(yáng)能制氫去了。

　　氫也不是沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，也可以做，怎么做？跟我們的碳中和有關(guān)系。

為什么甲醇可能成為最好的儲(chǔ)氫載體？

　　如果今后真正想實(shí)現(xiàn)碳中和，并且太陽(yáng)能、風(fēng)能可以賣(mài)碳稅的時(shí)候，可以把風(fēng)能、太陽(yáng)能和煤結(jié)合制出比較便宜的甲醇，通過(guò)車(chē)載甲醇制氫并與燃料電池系統(tǒng)集成，這就比直接燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)效率高。這條路線(xiàn)未來(lái)是有可能的。我只說(shuō)有可能，不能保證，主要取決于各種政策的調(diào)整和碳稅。如果碳稅上去了，這條線(xiàn)路就有經(jīng)濟(jì)性。

　　1L甲醇和水反應(yīng)可以放出143克的氫。儲(chǔ)氫要么壓縮，要么冷凝。即使冷凝，1L的液氫也就72克，而1L甲醇的產(chǎn)氫量是1L液氫的2倍。

　　為什么這個(gè)技術(shù)有可能這樣做？二十年前，全世界第一輛汽油轉(zhuǎn)化制氫的燃料電池汽車(chē)，是我領(lǐng)著尼桑和殼牌的一些工程師造出來(lái)的。

　　這有一個(gè)小故事，那時(shí)豐田、本田、GM的高壓氫燃料電池已經(jīng)造出來(lái)了，尼桑發(fā)現(xiàn)落后了，于是找到殼牌，又找到我們，說(shuō)能不能造一輛車(chē)，加的是汽油，汽油在車(chē)上和水、空氣反應(yīng)造氫，然后推動(dòng)燃料電池，這樣燃料電池的效率高，同時(shí)也可以不用加氫站。

　　當(dāng)時(shí)為什么沒(méi)有做甲醇？因?yàn)槊绹?guó)還沒(méi)有大規(guī)模開(kāi)采頁(yè)巖氣，國(guó)外的甲醇成本太高。2005年，如果我們預(yù)測(cè)到會(huì)發(fā)生頁(yè)巖氣革命，就不會(huì)花28億美元建零污染火電廠。但技術(shù)是不可預(yù)測(cè)的。頁(yè)巖氣革命讓世界上突然發(fā)現(xiàn)了上百年用不完的天然氣，也使得天然氣從17美元/百萬(wàn)英熱單位狂降到1.5美元，現(xiàn)在平盤(pán)到3美元左右。

　　在天然氣價(jià)格那么高的時(shí)候，甲醇沒(méi)有經(jīng)濟(jì)性。所以，當(dāng)時(shí)我們公司考慮用油，說(shuō)能不能在車(chē)上汽油制氫。老板找我的時(shí)候，我說(shuō)這個(gè)項(xiàng)目肯定不掙錢(qián)。他跟我說(shuō)，我做阿波羅登月的時(shí)候根本沒(méi)有想到掙錢(qián)，但事實(shí)上我們阿波羅登月開(kāi)發(fā)的技術(shù)后來(lái)在各個(gè)領(lǐng)域用上了，現(xiàn)在有尼桑給我們錢(qián)，只要把技術(shù)做到極限，最后也能在其他領(lǐng)域有用。我說(shuō)，只要?jiǎng)e拿掙錢(qián)衡量我，你給我錢(qián)我來(lái)玩技術(shù)。后來(lái)，幾年之內(nèi)我們就把第一輛汽油轉(zhuǎn)化制氫的燃料電池汽車(chē)造出來(lái)了。

　　有了這個(gè)技術(shù)做積累，甲醇制氫比汽油轉(zhuǎn)化容易很多，因?yàn)橐环矫婕状几蓛舻枚?#xff0c;沒(méi)有硫；另一方面汽油轉(zhuǎn)化需要850度以上，甲醇200度就可以了。

　　為什么我提甲醇這條線(xiàn)路？甲醇可以用煤、天然氣來(lái)制，未來(lái)可以用太陽(yáng)能催化二氧化碳和水來(lái)制甲醇，就變成綠色的甲醇。中國(guó)科學(xué)院大連化物所的李燦院士以及我們南方科技大學(xué)都在做綠色甲醇的研發(fā)，中科院在蘭州已經(jīng)建設(shè)了1000噸的論證示范工廠?，F(xiàn)在中國(guó)甲醇產(chǎn)能全世界最高，大概8000多萬(wàn)噸。另外，頁(yè)巖氣革命讓世界發(fā)現(xiàn)了100多年用不完的天然氣。有100多年用不完的天然氣，就有100多年用不完的甲醇。未來(lái)如果碳稅真正上去了，我們也可以用風(fēng)能和太陽(yáng)能制氫，這樣生產(chǎn)的甲醇就完全是綠色甲醇了。

　　但是這個(gè)世界不需要追求絕對(duì)的“零碳”。“碳中和”有一個(gè)概念，就是這個(gè)世界碳太多不好。但是任何人追求零碳是不科學(xué)的，因?yàn)槲覀兂缘氖称?、植物生長(zhǎng)和光合作用都需要二氧化碳。如果把中國(guó)的經(jīng)濟(jì)從煤經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)到天然氣經(jīng)濟(jì)或者是甲醇經(jīng)濟(jì)就可以減碳67%，那么基本上就可以做到碳平衡了。因此中國(guó)講的是“碳中和”，國(guó)外講的是“凈零排放”，也就是要排放的同時(shí)也要有別的技術(shù)平衡排放。

　　我個(gè)人覺(jué)得，從中國(guó)的天然稟賦來(lái)看，中國(guó)有很成熟的煤制甲醇技術(shù)，只是要產(chǎn)生很多的二氧化碳，因?yàn)橐a(bǔ)氫。如果那部分的氫可以在西部用太陽(yáng)能和風(fēng)能制，這樣煤轉(zhuǎn)成甲醇就不用排放二氧化碳，再用甲醇作為能源的載體就可以減碳67%，這可能是比較現(xiàn)實(shí)的一條碳中和路線(xiàn)。

　　這樣風(fēng)能、太陽(yáng)能雖然貴一點(diǎn)，但煤很便宜，這兩個(gè)一中和，成本就可控了。氫氣和二氧化碳做綠色甲醇目前還有一定的成本障礙，如今直接用現(xiàn)有的煤甚至劣質(zhì)煤制甲醇就可以了。甲醇是一個(gè)載體，液體的載體比氣和電載體科學(xué)多了。因?yàn)?#xff0c;電雖然好輸送但是不好存儲(chǔ)，氫既不好輸送，也不好存儲(chǔ)，只有液體比較方便。

　　今天氫氣制造很便宜，可一旦壓縮到幾百公斤大氣壓的時(shí)候成本就上去了。張家口冬奧會(huì)做氫能示范，國(guó)家補(bǔ)貼了大量資金，并且目標(biāo)在未來(lái)幾年達(dá)到30元/kg的氫氣價(jià)格。但是如果在車(chē)上用甲醇，就按今天的市場(chǎng)價(jià)格買(mǎi)甲醇，每公斤氫氣的成本只有15元。

　　所以一方面是甲醇制氫的成本低了；另一方面，甲醇常溫常壓下是液體，甲醇站可以用已有的液體加油站改裝。對(duì)于一般的加油站，近年可能是6個(gè)罐，前期替換成1個(gè)甲醇罐、5個(gè)汽柴油罐，再過(guò)十年，替換成2個(gè)甲醇罐，4個(gè)汽油罐。這樣整個(gè)能源轉(zhuǎn)型就不需要再花多少萬(wàn)億去建加氫站和充電樁了。

　　簡(jiǎn)單估算一下布局成本，按照加油站450輛車(chē)/天的加注能力，充電站24輛車(chē)/天充電能力，小型氫氣加注30輛車(chē)/天的能力來(lái)測(cè)算，假設(shè)都建一萬(wàn)座，甲醇大約需要20億美元，充電站大約需要830億美元，加氫站大約1.4萬(wàn)億美元，而且這個(gè)1.4萬(wàn)億還沒(méi)有考慮地價(jià)的因素。

　　我不認(rèn)為我們會(huì)把花了幾萬(wàn)億建起來(lái)的液體燃料基礎(chǔ)設(shè)施毀掉再重新建加氫站和充電樁，沒(méi)有必要。石油如果排碳太高可以用綠色的液體取代，而且我們可以把太陽(yáng)能和風(fēng)能轉(zhuǎn)成液體儲(chǔ)存下來(lái)，這就改變了儲(chǔ)能的概念，原來(lái)大家多少年花了多少萬(wàn)億就是研究?jī)?chǔ)電，但是儲(chǔ)電干了一百年都干不過(guò)一個(gè)抽水儲(chǔ)電，這條線(xiàn)上再給十億的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，成功的概率也就是萬(wàn)分之十、千分之一。

　　電池對(duì)小型設(shè)備比如說(shuō)手機(jī)非常重要，但是靠電池做大型的儲(chǔ)能要非常謹(jǐn)慎。最近國(guó)家也非常注意，把梯級(jí)利用的大電站停下來(lái)了，因?yàn)榘踩允且粋€(gè)問(wèn)題。

　　電動(dòng)車(chē)和燃料電池最大的問(wèn)題在于基礎(chǔ)設(shè)施的土地成本問(wèn)題和冬天續(xù)航問(wèn)題?，F(xiàn)在我們城市里土地很貴，好多人為了拿國(guó)家補(bǔ)貼就在郊外搞一個(gè)充電站，但是買(mǎi)一輛車(chē)如果開(kāi)車(chē)一個(gè)小時(shí)才能到充電站，你會(huì)買(mǎi)嗎？現(xiàn)在，中國(guó)已建成的公共充電樁利用率平均只有4%左右，其中充電樁鋪設(shè)最多的北京、上海，使用率僅為1.8%、1.5%。電動(dòng)車(chē)存在里程焦慮且冬天無(wú)法滿(mǎn)足供暖，到冬天一遇冷可能會(huì)趴窩，要知道全世界80%主要發(fā)達(dá)城市位于北緯25度以上，紐約、倫敦、巴黎、莫斯科、東京、北京、多倫多，這些城市都是有冬天的地方，如果一輛汽車(chē)只能夏天開(kāi)冬天開(kāi)不了，你會(huì)買(mǎi)嗎？原來(lái)我在北京，為了研究這個(gè)，專(zhuān)門(mén)找電動(dòng)出租車(chē)坐，上車(chē)后我發(fā)現(xiàn)司機(jī)大冬天穿著軍大衣、棉靴子，不敢開(kāi)暖氣。我說(shuō)把暖氣打開(kāi)，司機(jī)說(shuō)他不敢。因?yàn)椴婚_(kāi)暖氣，只能跑100多公里，如果開(kāi)了暖氣，馬上就沒(méi)電了，他根本賺不了錢(qián)。

　　如果風(fēng)能、太陽(yáng)能和煤炭結(jié)合轉(zhuǎn)成甲醇，我車(chē)上永遠(yuǎn)裝50升的甲醇就好辦了。今天，在深圳買(mǎi)一輛電動(dòng)車(chē)，連廣州都不敢跑一趟。跑到那里沒(méi)電了不知道到哪充，即使能找到充電樁，可能也要等一個(gè)小時(shí)，而快充對(duì)電池的破壞很大。怎么辦？我們現(xiàn)在想辦法給電動(dòng)車(chē)賦能。反正晚上回家停車(chē)，你在停車(chē)位邊安一個(gè)比較小的慢充裝置，幾百塊錢(qián)就行了。你把它充滿(mǎn)，但是車(chē)上永遠(yuǎn)裝50L的甲醇，就相當(dāng)于你晚上睡覺(jué)把手機(jī)充滿(mǎn)，同時(shí)還帶了一個(gè)充電寶。沒(méi)電的時(shí)候，就可以用車(chē)上的甲醇和水制氫，用氫發(fā)電。這樣根本不需要再建那么多充電站和加氫站，而且甲醇和水反應(yīng)只需要200多度，它的余熱就可以把電池維持在最佳的溫度。

霧霾的元兇在哪里？

　　還有一個(gè)碳中和的路線(xiàn)，是跟霧霾相關(guān)的

　　這些年，我一直在研究霧霾。我對(duì)霧霾有親身體會(huì)。如果一直在北京生活我們可能感覺(jué)不到，但我家在南加州，早些年回國(guó)后，每次從洛杉磯到北京以后，那種強(qiáng)烈的對(duì)比讓我覺(jué)得一定要把中國(guó)的霧霾給治理好。

　　霧霾包括一次顆粒和二次顆粒?；剂先绮裼腿紵龝r(shí)尾氣中直接排放的顆粒是“一次顆粒（Primary Particulates）”，占霧霾總量的24%左右。對(duì)霧霾貢獻(xiàn)最大的是 “二次顆粒(Secondary Particulates)” 占到其總量的約50%左右。“二次顆?！笔腔剂先紵矚庵械臍鈶B(tài)污染物（如NOx、SOx）和揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）進(jìn)入大氣后，在一定的水霧狀態(tài)下與空氣中的氨及VOC等物質(zhì)發(fā)生氣溶膠反應(yīng)形成的顆粒。氮氧化物在天空遇水就變成硝酸，硫氧化物氧化遇水就是硫酸。如果我們不使用化肥就只能形成酸雨形不成霧霾。大量使用化肥所以天上有氨，氨是堿，酸堿反應(yīng)然后形成顆粒PM2.5。肉眼的分辨率只有60微米，頭發(fā)絲大概是70微米，一個(gè)PM2.5的顆粒是看不見(jiàn)摸不著，但是當(dāng)無(wú)數(shù)個(gè)PM2.5懸浮在天空中就可以遮天蔽日。

　　這兩年國(guó)家在脫硫脫硝上花了上萬(wàn)億，取得非常大的進(jìn)展，但是到冬天還有霧霾，一個(gè)重要因素是使用化肥以及氨排放沒(méi)有得到足夠的重視。化肥的排放就是氨的排放。

　　化肥有它的問(wèn)題和弊性，使用一年、兩年、三年、五年沒(méi)問(wèn)題，但是用了三十年、五十年以后，問(wèn)題來(lái)了。早些年硝酸銨、磷酸銨強(qiáng)酸弱堿，氨被吸收，酸流到土壤里面，把土壤中的細(xì)菌殺死，引起大面積的土地板結(jié)。

　　另外，用了化肥三十年、五十年后的東西看著個(gè)大皮厚，但吃著沒(méi)有味道了。什么原因？因?yàn)闆Q定食品營(yíng)養(yǎng)和味道的是生長(zhǎng)作物的半米左右深的土壤中微量元素和礦物質(zhì)的含量。土壤中有很多礦物質(zhì)不溶于水，但是一遇到酸，會(huì)發(fā)生酸浸，浸三五十年以后，當(dāng)半米深的土壤中這些微量的礦物質(zhì)都沒(méi)有了的時(shí)候，食品不可能不變。中國(guó)淮河兩岸吃的東西不一樣是因?yàn)閮砂兜耐寥澜M成不一樣。

　　對(duì)比1960年的玉米和2013年的玉米情況。1960年是純粹自然生長(zhǎng)的，2013年的是化肥催大的，看著個(gè)大飽滿(mǎn)，但是每100克里面鈣含量下降了78%。人類(lèi)大量使用化肥和農(nóng)藥，導(dǎo)致土壤中的微量元素不斷下降，并伴隨著哮喘、心臟病、癌癥等疾病的增加。

　　中國(guó)自1978年改革開(kāi)放之后，開(kāi)始大量開(kāi)始使用化肥，到大概2011年化肥產(chǎn)能接近峰值。這期間全中國(guó)糧食增產(chǎn)了87%，但化肥使用量增加到682%。每噸糧食產(chǎn)量需要0.1噸的化肥。2017年全國(guó)農(nóng)作物總播種面積1.6億公頃，平均化肥施用強(qiáng)度為352公斤/公頃，福建、海南、北京、廣東等省市分別為751公斤/公頃、724公斤/公頃、707公斤/公頃、611公斤/公頃；而國(guó)際警戒線(xiàn)值為225公斤/公頃（世界平均水平為120公斤/公頃）。

　　其實(shí)隨經(jīng)數(shù)百萬(wàn)至數(shù)千萬(wàn)年，物質(zhì)不滅，土壤中寶貴的微量元素及礦物質(zhì)是以煤炭的形式保留至今的。煤炭中可燃的部分，基本是通過(guò)光合作用二氧化碳形成的；不可燃的部分從哪里來(lái)的？就是遠(yuǎn)古時(shí)期樹(shù)根吸收的寶貴的礦物質(zhì)、微量元素。但這些東西不能用火燒掉，一千多度以后它們就形成了玻璃狀的琉璃瓦。

圖4 微礦分離技術(shù)

　　現(xiàn)在我們有一個(gè)核心技術(shù)（圖4）就是在水中把煤里面可燃的和不可燃的分開(kāi)進(jìn)行磨細(xì)，底下淺色的就是土壤中最寶貴的東西，但是不能直接加，要經(jīng)過(guò)一系列微生物的過(guò)程，最后形成最好的土壤改良劑。上層的劣質(zhì)煤就可以制甲醇，這樣甲醇的成本也可以降下來(lái)。這是環(huán)環(huán)相扣的。

　　為什么要從霧霾開(kāi)始講？因?yàn)檫@種小顆粒像霧霾，過(guò)濾下來(lái)以后比重比空氣重得多，它以2.5微米懸浮在空中不會(huì)落下來(lái)，除非下雨，因?yàn)楫?dāng)粒度到這么小的時(shí)候，重力就起不了作用，而是表面力在起作用。

　　那么既然它懸浮到空氣中下不來(lái)，我們就讓它懸浮到水里面造成類(lèi)似“黑色牛奶”的燃料。牛奶表面上看是液體，在顯微鏡底下其實(shí)是幾十微米的氮顆粒懸浮在水里的。我們將微米級(jí)的煤炭顆粒、純碳顆粒懸浮在水里，然后設(shè)計(jì)一個(gè)鍋爐，讓它燃燒起來(lái)比天然氣都干凈。我們甚至可以直接用汽化爐制甲醇，得到的燃料比現(xiàn)在的船油還干凈、還便宜，同時(shí)還可以解決中國(guó)的煤炭運(yùn)輸問(wèn)題。

　　現(xiàn)在到鄂爾多斯、呂梁高速公路上，很多大卡車(chē)?yán)?#xff0c;污染很重。目前，我們儲(chǔ)煤的地方海拔大約1500-2000米，運(yùn)煤的地方比如深圳只有幾十米的海拔，這樣建一個(gè)管路自己就流過(guò)來(lái)了。

　　十年前，我說(shuō)中國(guó)的霧霾汽車(chē)有貢獻(xiàn)但是絕對(duì)不是主要的，要治理霧霾首先要把煤搞干凈以后再燒；當(dāng)時(shí)推動(dòng)電動(dòng)車(chē)的一批人，說(shuō)要治理霧霾就要把汽車(chē)變成電動(dòng)車(chē)。但是去年疫情防控期間很多地方封城，讓我有機(jī)會(huì)做一個(gè)大實(shí)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)，全中國(guó)的汽車(chē)，包括電動(dòng)車(chē)都停了兩個(gè)多月，可北京、太原、西安、哈爾濱、鄭州霧霾的天還是很多。原因在哪里？主要還是抗疫的時(shí)候大冬天家里供暖的問(wèn)題，中國(guó)的天然氣不夠，還得燒煤。

　　當(dāng)時(shí)，我以治理霧霾的心態(tài)做這個(gè)技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化了，工廠已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)了，而且做了大量的農(nóng)田實(shí)驗(yàn)，效果比我們想象的要好。

碳中和的現(xiàn)實(shí)路徑

　　這樣，我們就可以談碳中和的幾個(gè)現(xiàn)實(shí)路徑。

　　第一是通過(guò)現(xiàn)有煤化工與可再生能源結(jié)合實(shí)現(xiàn)低碳能源系統(tǒng)。一方面可以讓現(xiàn)有的煤化工實(shí)現(xiàn)凈零碳排放，另一方面是通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能電解水制備綠氫和氧氣，合成氣不經(jīng)水汽變換，大大降低煤制甲醇的二氧化碳排放。

　　第二是利用煤炭領(lǐng)域的碳中和技術(shù)——微礦分離技術(shù)。在煤燃燒前，把可燃物及含污染物的礦物質(zhì)分離開(kāi)，制備低成本類(lèi)液體燃料+土壤改良劑，源頭解決煤污染、濫用化肥及土壤生態(tài)問(wèn)題，同時(shí)低成本生產(chǎn)甲醇、氫氣等高附加值化學(xué)品。

　　因?yàn)閭鹘y(tǒng)的煤炭使用方式燃燒二氧化碳排放產(chǎn)生的灰渣有10%的碳，不光是浪費(fèi)能源而且現(xiàn)在變成了固廢，整個(gè)內(nèi)蒙古的電廠粉煤灰成災(zāi)。通過(guò)分離之后，該做燃料就做燃料，該做土壤做土壤，分流以后，這邊釋放二氧化碳，更多的森林長(zhǎng)起來(lái)把二氧化碳吸回來(lái)，這樣做了完全可以達(dá)到碳中和。（圖5）

圖5 微礦分離技術(shù)效果示意

　　當(dāng)清潔固體燃料CSF產(chǎn)量達(dá)到25萬(wàn)噸時(shí)，我們每年碳排放大約69.5萬(wàn)噸，根據(jù)治理的面積大約可以吸回來(lái)20.8萬(wàn)噸，在施用土壤礦物改良劑SRA條件下，可以吸回來(lái)48.7萬(wàn)噸、61.9萬(wàn)噸，甚至74.9萬(wàn)噸。（見(jiàn)下表）

　　這是比較現(xiàn)實(shí)的碳中和的路徑，而且不需要那么高的成本，適當(dāng)花一點(diǎn)錢(qián)就可以做到的。

　　第三，實(shí)現(xiàn)光伏與農(nóng)業(yè)的綜合發(fā)展，將光伏與農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、水資源利用及沙漠治理并舉，實(shí)現(xiàn)光伏和沙漠治理結(jié)合，及光伏和農(nóng)業(yè)聯(lián)合減碳。

　　西部缺水，水一澆就漏下去了，因此，我們可以采用非常保水的材料。但是西部再保水，大太陽(yáng)曬還是長(zhǎng)不出來(lái)，怎么辦？有了太陽(yáng)能板，底下的揮發(fā)減少了，就可以種東西。太陽(yáng)能有一個(gè)最大的好處，就是要定期沖這個(gè)板，有了發(fā)電，大家可以花一點(diǎn)錢(qián)拿PVC管接點(diǎn)黃河水過(guò)去，每幾周給光伏板沖水，同時(shí)，水資源寶貴，沖過(guò)的水我們還可以用來(lái)給農(nóng)作物做滴灌。這樣，發(fā)電的同時(shí)還可以把底下全部變成綠色，變好了再把太陽(yáng)能板搬個(gè)幾百米，一片片土地可以治理出來(lái)。

　　第四，峰谷電與熱儲(chǔ)能綜合利用。火電廠是半夜也不能停的?，F(xiàn)在中國(guó)的火電廠在半夜12點(diǎn)到早上的6點(diǎn)電這個(gè)區(qū)間，盡管還在排放大量二氧化碳，但發(fā)的電沒(méi)人用，是浪費(fèi)掉的。怎么辦？電不好儲(chǔ)存，可以用熱的形式儲(chǔ)存下來(lái)，利用分布式儲(chǔ)熱模塊，在谷電時(shí)段把電以熱的形式儲(chǔ)下來(lái)，再在需要時(shí)用于供熱或空調(diào)，這樣可以讓1/4甚至是1/3的時(shí)間的電不至被浪費(fèi)，可大大降低二氧化碳排放，實(shí)現(xiàn)真正的煤改電，再配合屋頂光伏戰(zhàn)略及縣域經(jīng)濟(jì)，進(jìn)一步減少電能消耗。能量不僅僅是電能，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)τ趦?chǔ)電關(guān)注較多，但實(shí)際上大多數(shù)的能量從消費(fèi)端來(lái)看都是用在了熱能領(lǐng)域，儲(chǔ)熱技術(shù)也是需要我們?nèi)リP(guān)注和發(fā)展的。

　　第五，利用可再生能源制甲醇，然后做分布式的發(fā)電?？梢允褂眉状?xì)淠芊植际侥茉刺娲磺惺褂貌裼蜋C(jī)的場(chǎng)景，和光伏、風(fēng)能等不穩(wěn)定可再生能源多能互補(bǔ)。

　　謝謝大家！