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              產業政策

              碳達峰、碳中和大多數人都搞錯了(1)

              文字:[大][中][小] 2021-11-17    瀏覽次數:775    

              演講:劉科(國際知名能源專家、澳大利亞國家工程院外籍院士、南方科技大學清潔能源研究院院長)

               



              我自己曾在海外工作過二十多年,之前在GE、UTC(聯合技術公司)、??松?美孚等單位工作,2009年回國?;貋硪院蟮谝环莨ぷ骶褪菂⑴c籌建北京低碳清潔能源研究所(現國家能源集團北京低碳清潔能源研究院),并且擔任副所長和首席技術官。再后來,我決定出來做一些自己的事情。當時,南方科技大學前校長陳十一院士邀請我去南方科技大學,于是我就來到了深圳。來到南科大后,我擔任了創新創業學院院長和清潔能源研究院院長,因為我一直在研究低碳和能源的事情,今天與大家分享一下對于碳中和的思考。

               

              碳中和很熱,大家都在談,但真正做這一方面研究的人不多。有一次我碰到一個朋友,他說我們現在專門在研究將來怎么去計量各個單位、各家公司的二氧化碳排放,這是一個大產業。我說他是勞民傷財。其實一方面,碳中和是一個宏觀的問題;另一方面,看一個城市的碳排放,可以系統地看,比如深圳市一年耗多少萬噸煤炭,耗多少萬噸天然氣,耗多少萬噸油,每一個乘一個系數,這個二氧化碳的排放就出來了,這樣算出來的碳排放量基本上占實際排放量的92%。

               


              一些數據和事實


              據統計,2020年,中國二氧化碳排放大約103億噸(大約是102億噸到108億噸,我選了103這個中間的數字),其中,煤炭、石油、天然氣排放達到95億噸,另外一部分是各種小的,比如沼氣、生物質,還有一些其他的排放。所以,約92%的排放是以上這三個產生的。衡量任何一家公司、任何一家單位、任何一個系統,把這三個算準就可以了。國家對這三個都有統計數據,不需要額外計量。2020年,中國的總煤耗量大約36億噸,折算成標準煤大約28億噸,每噸標準煤再乘以一個系數就可以得出,煤炭一年大約排放73.5億噸二氧化碳。2020年,中國的石油消耗量折成標準煤是9億噸,排放二氧化碳15.4億噸;天然氣消耗量折成標煤是4億噸,排放二氧化碳6億噸;三個加起來是95億噸。103億噸除以14億人口,人均大概7.4噸,一個三口之家平均每年排放22噸二氧化碳,這是一個天量的數字。怎么說呢?如果把二氧化碳轉化成一種產品,22噸原料就要生產22噸產品,哪家一年能消耗掉這22噸的東西呢?

               

              大家都說碳中和容易,比如每天用空調、開車等等都與碳有關系,每一個人、每一小步都是可以為碳中和做出貢獻的,但完成碳中和這個任務還是非常艱巨的,而且是一個漫長的過程。因為可見的未來,我們缺不了這三種化石能源。盡管風能、太陽能,二氧化碳轉化為化學品,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),提高能效都會或多或少地對減碳有些貢獻,都值得去鼓勵探索和實施,但對天量排放的二氧化碳減低的比例是相當有限的。

               

              在這種情況下我們怎么才能實現碳中和?這是我希望跟大家進一步探討的。

               


              碳中和的六大誤區:最怕光講概念不講數字


              當前大眾對碳中和的挑戰及認知有一定局限,認為單一的技術路線或者技術突破能夠解決碳中和問題,因此常存在幾個誤區:

               

              第一個誤區是認為風能和太陽能比火電都便宜了,因此太陽能和風能完全可以取代火電實現碳中和。這句話只對了1/5到1/6。因為一年有8760小時,而中國的太陽能每年發電小時數因地而異,在1300小時到2000小時之間不等,很少有超過2000小時的區域,平均在1700小時左右;也就是說太陽能大約在1/5–1/6的時間段比火電便宜;而在其他4/5-5/6的時間段,如果要儲電,其成本會遠遠高于火電。風能每年發電的時間比太陽能略微長一點,是2000小時左右,但電是需要24小時供的,不能說一個電廠一年只供一兩千小時,因為我們用電不能說有太陽有風的時候用電,沒太陽、沒風的時候就停電。太陽能和風能是便宜了,但最大的問題是非穩定供電。

               

              不可否認,中國的風能和太陽能發展了將近四十年,取得非常大的成績,我們給這個領域做出貢獻的科學家們以崇高的致敬。但直到今天,風能、太陽能與煤電相比仍然是杯水車薪。以2019年為例,全國的風能和太陽能加起來發電總量相當于1.92億噸標準煤的發電量,而中國年發電耗煤大約是22億噸煤,相當于18-19億噸標準煤,也就是說,風能和太陽能只能占煤電的10%左右。

               

              而且,電網靠電池儲電的概念是非常危險的。據估算,目前全世界5年的電池產能僅能滿足東京全市停電3天的電能。如果說我們有4/5的時間或者5/6的時間要靠電池儲電,這是不可想象的。況且,這個世界也沒有那么多的鈷和鋰,沒法讓我們造那么多的電池。在這種情況下,棄光棄風的問題非常嚴重,因為電網只能容納15%的非穩定電源。風能、太陽能發出來的電,電網沒法全部承受。如果繼續增加風能、太陽能,同時大規模儲能問題解決不了,只能廢棄更多。

               

              棄光棄風在中國有兩方面的原因,一是技術因素,就是因為太陽能、風能是沒辦法預測的,電網小于15%可以容納,多于15%容納不了,這是一個很大的技術難題,到現在還不好解決;二是機制因素,地方保護主義的存在可能會讓地方出于各種原因不用風電、光電、水電。機制問題在中央大力推動“碳中和”的背景下是可以解決的,但技術問題,不容易解決。

               

              因此,太陽能和風能需要大力發展,但在儲電成本仍然很高的當前,在可見的未來仍然無法全部取代化石能源發電。

               

              第二個誤區是人們以為有個魔術般的大規模儲電技術,認為如果儲能技術進步,風能和太陽能就能徹底取代火電。這個假設太大了,因為自鉛酸電池發明至今一百多年來,人類花了數千億美元的研發經費研究儲能,可從鉛酸電池的90千瓦時/立方米增加到今天特斯拉的260千瓦時/立方米,電池的能量密度并沒有得到革命性的根本改變。要知道,汽油是8600千瓦時/立方米。同時,迄今大規模GW(十億瓦特發電裝機容量)級的儲電最便宜的還是100多年前就被發明的抽水蓄能技術。

               

              科學技術的突破不是沒有可能,但是只有發現了才能知道發現了。今天無法預測明天的發現。我經常舉一個例子,火藥發明之后近一千年才有槍的發明。槍的機械原理其實很簡單,但是你要說火藥發明后就可以預測肯定會發明槍,那就錯得離譜了。這就提醒我們,在制定任何戰略時,都千萬不要假設未來這塊有突破就可以做什么事。我們制定戰略一定是以已有的、證明的、現實的技術路線為基礎。

               

              不同行業的進步不一樣,計算機行業有摩爾定律,這么多年確實發展得很快,但是能源行業目前還沒找到類似摩爾定律一樣的規律,“碳中和”必須選擇現實可行的路線來推進。

              有一個笑話是,比爾·蓋茨跟波音公司總裁講,假如飛機行業的技術進步跟計算機一樣快,那現在人人都可以不用開車,可以改為開飛機了。波音公司的總裁說,假如我的技術跟你一樣的話,這個世界就沒人敢坐飛機了,因為那個年代計算機動不動就死機。所以說,大家不要認為某一個行業發展很快,其他的行業就都一樣。能源行業就是一個不斷地砸錢但技術進步緩慢的行業。未來儲能技術肯定會有新發明,我們鼓勵儲能技術的創新與發展,但是在制定戰略目標的時候一定要謹慎,沒發明的時候就不要先假設這個事情存在。

               

              第三個誤區,有些人認為我們可以把二氧化碳轉化成各種各樣的化學品,比如保鮮膜、化妝品等等。這些要能轉化、能賺錢,可以去干,但是這些解決不了二氧化碳的問題。粗略估算,一個三口之家一年平均排放碳22噸,但什么產品一個家庭一年也消耗不了20多噸。

               

              另一方面,全世界只有大約13%的石油就生產了我們所有的石化產品,剩下的大約87%的石油都是被燒掉的。如果把全世界的化學品都用二氧化碳來造,也只是解決13%的碳中和問題。所以說,從規模上二氧化碳制成化學品并不具備減碳價值。二氧化碳轉化為其他化學品對減碳的貢獻是相當有限的。

               

              所以說,把二氧化碳轉化成任何化學品,如果能賺錢那可以去干,但掙不了錢就別打著“碳中和”的概念來拿國家的補貼。講這個話我可能會得罪很多人,特別是企業界的人。但我們科學家要講事實,拿數字說話。我也參加過很多關于碳中和的論壇,很多時候甚至有些經濟學家在講的時候,沒有數字的概念,只有一個粗概,說這樣可以減碳、那樣可以減碳,但是對減多少沒有概念。這個也不能怪他們,隔行如隔山。

               

              第四個誤區,是說可以大量地捕集和利用二氧化碳。利用CCUS技術,把生產過程排放的二氧化碳進行捕獲提純,再投入到新的生產過程中進行循環再利用或封存。理論上能夠實現二氧化碳的大規模捕集?,F在大家說在電廠把二氧化碳分離,分離完以后打到地下可以做驅油和埋藏等等其他的作用。那么我們看看,未來十年,中國整個二氧化碳驅油消耗量大概是600多萬噸,我們一年的排放是103億噸。而且驅油這個階段是一部分二氧化碳進到地里,還有一部分會跟著油出來,它不是一個完全的埋藏。

               

              把碳打到地下埋藏,我回國前在GE曾經做過這個事情。把煤和水、氧轉成氫氣和二氧化碳,氫氣燃燒發電產生水蒸氣,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年的時間,這個示范具有環境方面的意義,并且工廠在美國運行至今,但是不具備經濟性。我們做完這個項目以后,發現這是GE創立以來最復雜的一套工業系統。別看全GE可以生產的包括飛機發動機、醫療器械、核磁共振、CT等等這些,包括三峽水利工程的設備和青藏線的火車頭等等,但是GE成立以來最復雜的一套系統就是我們當時做的“零污染火電廠”,不過這個成本太高了。

               

              我回國之前和當時的GE總經理交流,他在一次演講中也提到今后通過煤炭零污染的火電廠解決二氧化碳的問題,但是講完就下來跟我說,別看我在會上那么講,真正要去做還不如干核能,核能比零污染火電廠便宜多了。當然,那會兒福島核電站事故還沒有發生,核能可以做。法國現在將近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,這個安全系數到后期每提高一點,成本就增加很多。

               

              碳中和不光是一個技術問題,更是經濟和社會平衡發展的綜合性問題?,F在在電廠把二氧化碳分離,分離完以后打到地下可以做驅油和埋藏這條路,在可以驅油的地方可以改,還有一點經濟效益,我國新疆等地已經有類似的二氧化碳驅油工程。這塊的成本是把二氧化碳分離出來的成本,我們算過,假設打下去的成本為30美元一噸,其中20美元是把二氧化碳從整個尾氣里面分離出來成為純二氧化碳,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。在目前的技術手段下,靠CCUS利用來處理的成本很高,作用也是有限的,當然這也可能是實現碳中和的保底技術。

               

              實際上,我剛剛講的每一件事,比如風能、太陽能都對碳中和有貢獻,我們每一個都應該去做,但是今天的技術你再怎么做,對碳中和的貢獻是有限的。當然,這不是說讓大家不去做,我們每一個人能夠努力的都去努力,畢竟積少成多。

               

              第五個誤區是認為通過提高能效可以顯著降低工業流程、產品使用中的碳排放,就可以實現碳中和。能效永遠要提高,提高能效也很對,也是世界上成本最低的減碳路線。但是我經常問一句話,加入WTO這二十年來,我們國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年中國的石油消耗大概是2點幾億噸,2010年大概是4億噸,到去年是7.5億噸。

               

              我是做能源的,從能源的數據變化可以看到整個社會的變化。我們加入WTO之前有一個很重要的數字,中國的煤產量大概是12億噸,基本上自產自銷,出口有一點,但很少。結果到2012年短短12年的時間,從12億噸飆升到36億噸,這是一個天量,當然也伴隨著碳排放。這該怎么解讀?唯一的解讀是加入WTO,世界的市場向中國開放了。當然,這一期間我們大量的房地產建設也是一個因素。煤的耗量表示電的耗量,電的耗量表示工業化的程度。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,提高能效對碳中和的貢獻也是非常有限的,提高能效確實是成本最低的減低碳排放的方式,也是最應該優先做的,但是有一個現實的考量就是不能光靠能效提高就能夠達到碳中和。

               

              第六個誤區是認為電動車可以降低碳排放。前段時間,我在網易公開課上講《電動車和氫能的歷史與未來》,全國大概有十幾萬人觀看,很多領導看完以后跟我討論這個問題:為什么我們要發展電動車?很簡單,主要是因為中國的石油不夠,我們石油73%靠進口;還有就是霧霾的問題。

               

              我們石油不夠,寄望于我們的多余的發電能力,這樣發展電動車是有好處的。因為電廠正常一年8760小時,但我們實際使用不到4千小時,這是資產的巨大浪費。而且畢竟電動車可以讓局部的污染降下來,比如東部地區的用電很多是在西部新疆等地發的,污染在西部新疆等地排放,不在東部地區排放。但是,在全生命周期的碳排放分析看來,對全球氣候變化并沒有什么影響。

               

              為什么靠電動車不能完全解決碳中和的問題?只有中國的能源結構徹底改變以后,電動車才能算得上清潔能源,也才有可能做到碳中和。如果能源結構不改變,電網67%的還是煤電,那電動車的盲目擴張是在增加碳排放,而不是減少碳排放,這個你們去算一下就知道了。只有能源結構和電網里大部分是可再生能源構成的時候,電動車才能算得上清潔能源。

               

              大家老在談一個問題,說假設馬六甲海峽封了以后我們能源安全的問題怎么解決?但是這個東西你要仔細考慮,靠電網是解決不了的。因為電網在現代戰爭中是最脆弱的東西。石油可以到處分布,可以分一萬個點去藏,炸了一個油庫,其他的還可以用。但一個城市的電網只有一個配電中心站,電網的安全也非常重要。

               

              有的時候,能源政策和碳排放的政策不能因為假設戰爭發生,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,真正到那會兒是靠一個國家的制海權、制空權等綜合能力,而不是說靠一個電動車就能夠解決問題的。

               


              為什么前一百年電動車未能戰勝燃油車?


              電動車這個概念并不新,1912年,紐約、倫敦、巴黎,還有洛杉磯的大街上,跑的電動車遠遠多于燃油車。

               

              電動車和燃油車之爭不是今天剛剛開始。1912年,以愛迪生為首的一批科學家,就覺得將來電動車可以統領世界。以福特為代表的汽車公司走的是燃油車路線。到了20世紀30年代以后電動車就幾乎銷聲匿跡了,今天燃油車仍然占有絕對統治地位。

               

              為什么一百年前電動車多于燃油車?因為鉛酸電池早于內燃機發明二十多年。有了鉛酸電池,再接一個發動機,就是今天高爾夫球場開的車,上面再加一個棚子就是汽車了。今天高爾夫球場開的車就是一百年前愛迪生開的車,所以電動車不是什么新技術,它這么多年來創新的核心在電池和電控系統。

               

              那么,為什么前一百年電動車沒有競爭過燃油車?原因是什么?我只講歷史不預測未來。我跟大家解釋幾個原因。

               

              第一個原因,我們做能源的人都有一個概念叫做體積能量密度。汽車有壓艙鋼板,輪船有壓艙水,這個能源略微重一點對汽車、輪船的影響不大,但油箱不能無窮大。假設我們的油箱都是1立方米,每種能源蘊含的能量密度大小,也就決定了汽車能跑的距離遠近。

               

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

               

              第二個原因,我認為液體可能是最好的儲能的載體。液體能源有個非常好的特點,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,邀請了我的三個好朋友,有時任美國能源部部長、諾貝爾獎獲得者朱棣文先生,還有當時中國工程院主管能源的副院長謝克昌院士,以及中國科學院主管能源的副院長李靜海院士參加南科大清潔能源研究院成立的揭牌儀式。

               

              當時在一個能源研討會上,我問大家一個問題,說很長一段時間在深圳開車加油是7塊錢一升,假設這個汽油是從休斯敦煉油廠用船拉到深圳鹽田港再到加油站,這一升的運費是多少錢?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,我說真正的答案是7分錢不到。

               

              我說7分錢的時候大家沒人相信,但一算就明白了?,F在一條大船可以拉30萬噸,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。路上耗費的就是船的油錢和折舊費,4億升,如果一升一毛錢就是4000萬元,但跑一趟船根本用不了這么多油錢。這就是為什么世界上產石油的只有那么幾個地方,但任何一個角落都可以很方便地加油開車。所以,液體在運輸上有很多好處,而且可以長期儲存。高度酒(醇類)存50年沒問題,但電和氣都不能長期儲存。

               

              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子去看,那里沒有電網、天然氣網,只有一個加油站,一罐汽油、一罐柴油拉過來就可以生產了。在世界上再偏僻的角落,只要有公路的地方,拉過去就可以長期儲存,拉一罐,一兩個月就夠了,但電和天然氣管網沒那么容易可以鋪設到。這就是液體能源的優勢。人類永遠選擇經濟最優化的東西,不是誰喜歡什么,是什么東西最科學。

               

              第三點,為什么人類的第一條流水線是福特的流水線?內燃發動機是機械的東西,造一臺很貴,但當一條流水線造出100萬臺的時候,每臺的成本會極大降低。1913年,福特的流水線一上去量產,就讓美國的汽車從4700美元降到380美元,讓藍領工人都可以買得起汽車。

              然而電動車不同,每個電池都需要一定量的鎳、鈷、鋰,車上還有銅等各種金屬。產能擴張后每臺成本會有所下降,但是下降不多,不像機械不銹鋼,要多少,產多少,造得越多,成本越低,材料成本很少。電動車的材料成本占大頭,加工成本并不是主流,所以你可以采用流水線,可以降低一點,但不能有根本的降低。

               

              中國的電動車從2016年底的51.7萬輛增加到2018年第一個季度的79.4萬輛,增量為28萬輛,相對于當時整個汽車市場一年2900萬輛的產量,是很少的,但同期追蹤全世界的鈷的價格和鋰的價格,分別翻了四倍和一倍。這種情況告訴我們,如果技術不突破,不把鈷和鋰的用量降下來,造得越多材料越貴。當鈷價格翻了四倍,鋰價格翻了一倍的時候,全世界沒有一家公司聲稱通過回收電池里的鈷和鋰能實現盈利,電池的回收技術還有待突破。

               

              最近很多原材料漲價,一方面是因為量化寬松,另一方面就是這些金屬原來的供需關系發生了變化。原來的供需關系是非常穩定的,因為工業上用到的鈷、鎳這些的量非常有限?,F在突然來了這么多造車新勢力,供需關系就變了。當供需關系變了以后價格絕對不會說是按比例增長,比如世界上100個人,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,而是最后一個人買不起的價格。

               

              就按今天的價格,我們電動車的成本其實每個人心里都有數。我列出來,每輛車需要銅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,鈷的用量可以降下來,但是最大的問題是冬天溫度一低它的性能不好了。所以,今天的這個價格,一輛最好的寶馬、奔馳的內燃機成本在2300美元左右,特斯拉的電池成本則是在2萬美元左右。一個工業要發展必須是可以大規模量產的時候,越大規模越便宜。這就是為什么人類的第一條流水線是福特的流水線。這都不是偶然的。這些問題我們大眾不清楚,但是行業里面是清楚的?,F在資本市場很熱,但是一旦補貼政策停止了,能不能掙錢冷暖自知。

               

              2018年網上瘋炒氫能,炒作說電動車真正的未來是氫燃料電池汽車。氫能有它的好處,發電效率高,能降低對石油的依賴,排放的是水蒸氣,而且大規模量產后成本能下來。盡管燃料電池也要用貴金屬,但是它的貴金屬回收技術相對來講比較成熟。并且這些年的研發使得貴金屬用料量在降低,這都是它的優點。

               

              現在我們的電池是梯級利用,今天的電動汽車用了5到7年,把退役動力電池用作儲能電源,比如放到5G基站底下做儲能,可能還可以再延遲一二十年。但是儲能電池是有壽命的,里邊有很多對自然有害的化學物質,不可能無限期使用,一二十年后仍然需要回收。如果不回收,當幾百萬個甚至將來上千萬個電池分布在中國大地,如果任其泄露,那是環境的災難。

               

              能源全生命周期分析概念很重要,我們曾經做過一百多條線的“油井到車輪子”或者是“礦井到車輪子”的分析,要知道中國的能源40%在新疆,怎么把能源輸送過來,這是一個復雜的系統。

               

              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,最后用數字說話。于是,我花了很大的代價把這套方法論引進來,做了一個“能源的全生命周期的分析”。這種軟課題在國內很難拿到,但是很重要,因為要用“數據決策”。中國工程院謝克昌院士正在致力于推動這一塊短板的開發,因為真正的決策最后是要依靠數據的,要科研人員花大量的時間把數學模型一點點建起來,并不斷地調整,最后能夠跟現實的數據對上去,用這些模型的預測數字做未來的決策,這叫“數據決策”,這是我們要提倡的一種文化。就像碳中和,將來也要做好各種渠道的碳中和數據搜集,從油井、礦井、天然氣井到車輪子、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字說話。

               

              電動車遇到這些問題,不是不可以發展,電池的研發永遠是重要的。但是有一點我要講,電動化和網聯化沒有必然的聯系。內燃機驅動只要電池足夠大,夠我的手機用就行了?,F在有人說要搞網聯化、搞智能化,所以必須搞電能化,這句話只對了一半。今天一個手機的運算能力有多少?網聯化可能需要十個手機的運算能力,那也就是幾塊電池的問題。但是如果因為需要十個手機的運算能力,就要把驅動改成電動嗎?這是沒有必要的。實際上,現在一輛比較好的奔馳車,只要有一塊足夠的電池,里面有電動機發電也可以做網聯化、智能化。所以智能化、網聯化、電動化沒有必然的聯系。

               


              為什么氫能汽車沒有產業化?


              氫能一點也不新,早在阿波羅登月的時候就是帶著液氫液氧上天,發的電供儀器用,產生的水宇航員喝。

               

              我曾經在UTC-殼牌合資公司工作,美國宇宙飛船的燃料電池就是聯合技術公司生產的。20世紀90年代末一直到2005年、2006年,此期間美國花了上百億美元在燃料電池的研發上。我記得2003年,小布什總統在他的國情咨文演講時說,他會宣布一個計劃,美國能源部花多少億美元開發氫燃料電池汽車,15年后每一個美國人開的車后邊排放的都是水蒸氣。到現在,全世界的燃料電池(車)可能加起來也就是3萬多輛,美國不到1萬輛。去年全世界氫能源車只賣了1900多輛,豐田也沒賣多少輛。

               

              燃料電池汽車,也就是我們說的氫能汽車,為什么沒有產業化?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誤區,甚至媒體渲染說“氫氣是人類的終極能源”,這句話是不嚴謹的。氫氣不是一次能源,是一種二次能源,或者更確切地說是能源的載體。這個世界沒有氫礦,我們有煤田、油田、天然氣田,但沒有氫田。氫和電以及甲醇一樣,是通過別的能源制造的,但是作為載體,氫不具備液體能源在能量密度、管道輸送、長期儲存方面的優勢。

               

              氫氣不適合于做大眾能源載體,主要的原因在于有幾個方面人類沒法改變。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。好多人犯了一個概念性的錯誤,說氫是能量密度最大的,這句話又是對了一半。如果論公斤,氫能量密度是最大的。但是對于汽車來說,應該論每立方米,論公斤是毫無意義的。如果轉成同樣的能源概念,它的體積能量密度是最小的(如下圖)。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里的儲氫罐,都是350公斤和700公斤大氣壓。儲氫罐如果拿不銹鋼設計必須做得非常厚,因為壓力太高。學過理工的人都知道,700公斤壓力的高壓設備,不是那么容易生產制造的。

               

              第二,氫氣高壓會有一個問題,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,長期儲存是問題。

               

              第三,氫氣在露天沒有問題,我們在20多年前在美國做過這個實驗,一個加氫車,它的儲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,因為它很輕,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,人有足夠時間逃生。

               

              但是,在封閉的空間里,氫氣就會有巨大的問題。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%這個很寬的范圍內,遇火星就爆。

               

              現在北上廣深這些城市,尤其在深圳,大量的車是停到地下車庫這一封閉空間里的。當大量氫能汽車進到地下車庫,若有一輛車泄露,就會產生巨大的危險。盡管這個是小概率事件,但是使用眾多的時候,總有部件老化等問題發生,哪怕儲氫罐是安全的,閥門、管路等也有一定小概率老化,或者開車不注意發生了撞擊。一旦泄露遇火星爆炸,引起其他車爆炸,一個大樓都有可能毀掉。所以在封閉的空間里,使用氫氣要非常注意。

               

              因為氫氣的爆炸性,現在都不讓運輸氫超過一定的范圍的車輛過隧道,如果把隧道炸掉了怎么辦?當然,將來是不是能夠建氫管道是另外一個問題。

               

              同樣因為氫氣的爆炸性,建設加氫站要特別小心,周圍一定距離不能有居民?,F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?

               

              因為這些問題,盡管氫能現在很熱,但是要謹慎。氫氣的這些問題決定了它不適合做能源載體。所以,當人們說“氫是人類能源的終極”時,很多的東西似是而非。

               

              疫情前,科技部幾位同志可能聽說我做過幾屆全美氫能與燃料電池峰會主席,帶了幾個專家到深圳來調研,我們談了一下,之后我把氫能的一些現狀、問題以及解決途徑寫了一個簡單的報告,沒有想到他們就把它放進《科技日報》的頭版頭條。

               

              制氫容易,但儲氫、運氫有難度。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,但是有一個化肥廠、煉油廠是靠太陽能、風能制氫、制化肥嗎?沒有。什么原因?太貴了,要是便宜的話他們早就改用太陽能、風能制氫了。

               

              氫不是說現在沒用,現在全世界每年幾千萬噸的氫市場,而且到煉油廠,氫是最貴的,每個煉油廠邊上都有幾個大的氣體公司。用風能、太陽能制氫不是不可以做,只是缺乏經濟性。如果說這是賺錢的,相信很多企業家早就開始拿風能和太陽能制氫去了。

               

              氫也不是沒有優勢,也可以做,怎么做?跟我們的碳中和有關系。

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