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        产业政策

        碳达峰、碳中和大多数人都搞错了(1)

        文字:[大][中][小] 2021-11-17    浏览次数:54    

        演讲:刘科(国际知名能源专家、澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学清洁能源研究院院长)

         



        我自己曾在海外工作过二十多年,之前在GE、UTC(联合技术公司)、??松?美孚等单位工作,2009年回国?;乩匆院蟮谝环莨ぷ骶褪遣斡氤锝ū本┑吞记褰嗄茉囱芯克ㄏ止夷茉醇疟本┑吞记褰嗄茉囱芯吭海?,并且担任副所长和首席技术官。再后来,我决定出来做一些自己的事情。当时,南方科技大学前校长陈十一院士邀请我去南方科技大学,于是我就来到了深圳。来到南科大后,我担任了创新创业学院院长和清洁能源研究院院长,因为我一直在研究低碳和能源的事情,今天与大家分享一下对于碳中和的思考。

         

        碳中和很热,大家都在谈,但真正做这一方面研究的人不多。有一次我碰到一个朋友,他说我们现在专门在研究将来怎么去计量各个单位、各家公司的二氧化碳排放,这是一个大产业。我说他是劳民伤财。其实一方面,碳中和是一个宏观的问题;另一方面,看一个城市的碳排放,可以系统地看,比如深圳市一年耗多少万吨煤炭,耗多少万吨天然气,耗多少万吨油,每一个乘一个系数,这个二氧化碳的排放就出来了,这样算出来的碳排放量基本上占实际排放量的92%。

         


        一些数据和事实


        据统计,2020年,中国二氧化碳排放大约103亿吨(大约是102亿吨到108亿吨,我选了103这个中间的数字),其中,煤炭、石油、天然气排放达到95亿吨,另外一部分是各种小的,比如沼气、生物质,还有一些其他的排放。所以,约92%的排放是以上这三个产生的。衡量任何一家公司、任何一家单位、任何一个系统,把这三个算准就可以了。国家对这三个都有统计数据,不需要额外计量。2020年,中国的总煤耗量大约36亿吨,折算成标准煤大约28亿吨,每吨标准煤再乘以一个系数就可以得出,煤炭一年大约排放73.5亿吨二氧化碳。2020年,中国的石油消耗量折成标准煤是9亿吨,排放二氧化碳15.4亿吨;天然气消耗量折成标煤是4亿吨,排放二氧化碳6亿吨;三个加起来是95亿吨。103亿吨除以14亿人口,人均大概7.4吨,一个三口之家平均每年排放22吨二氧化碳,这是一个天量的数字。怎么说呢?如果把二氧化碳转化成一种产品,22吨原料就要生产22吨产品,哪家一年能消耗掉这22吨的东西呢?

         

        大家都说碳中和容易,比如每天用空调、开车等等都与碳有关系,每一个人、每一小步都是可以为碳中和做出贡献的,但完成碳中和这个任务还是非常艰巨的,而且是一个漫长的过程。因为可见的未来,我们缺不了这三种化石能源。尽管风能、太阳能,二氧化碳转化为化学品,CCS(carbon capture and storage,碳捕获与封存)、CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage,碳捕获、利用与封存),提高能效都会或多或少地对减碳有些贡献,都值得去鼓励探索和实施,但对天量排放的二氧化碳减低的比例是相当有限的。

         

        在这种情况下我们怎么才能实现碳中和?这是我希望跟大家进一步探讨的。

         


        碳中和的六大误区:最怕光讲概念不讲数字


        当前大众对碳中和的挑战及认知有一定局限,认为单一的技术路线或者技术突破能够解决碳中和问题,因此常存在几个误区:

         

        第一个误区是认为风能和太阳能比火电都便宜了,因此太阳能和风能完全可以取代火电实现碳中和。这句话只对了1/5到1/6。因为一年有8760小时,而中国的太阳能每年发电小时数因地而异,在1300小时到2000小时之间不等,很少有超过2000小时的区域,平均在1700小时左右;也就是说太阳能大约在1/5–1/6的时间段比火电便宜;而在其他4/5-5/6的时间段,如果要储电,其成本会远远高于火电。风能每年发电的时间比太阳能略微长一点,是2000小时左右,但电是需要24小时供的,不能说一个电厂一年只供一两千小时,因为我们用电不能说有太阳有风的时候用电,没太阳、没风的时候就停电。太阳能和风能是便宜了,但最大的问题是非稳定供电。

         

        不可否认,中国的风能和太阳能发展了将近四十年,取得非常大的成绩,我们给这个领域做出贡献的科学家们以崇高的致敬。但直到今天,风能、太阳能与煤电相比仍然是杯水车薪。以2019年为例,全国的风能和太阳能加起来发电总量相当于1.92亿吨标准煤的发电量,而中国年发电耗煤大约是22亿吨煤,相当于18-19亿吨标准煤,也就是说,风能和太阳能只能占煤电的10%左右。

         

        而且,电网靠电池储电的概念是非常危险的。据估算,目前全世界5年的电池产能仅能满足东京全市停电3天的电能。如果说我们有4/5的时间或者5/6的时间要靠电池储电,这是不可想象的??銮?,这个世界也没有那么多的钴和锂,没法让我们造那么多的电池。在这种情况下,弃光弃风的问题非常严重,因为电网只能容纳15%的非稳定电源。风能、太阳能发出来的电,电网没法全部承受。如果继续增加风能、太阳能,同时大规模储能问题解决不了,只能废弃更多。

         

        弃光弃风在中国有两方面的原因,一是技术因素,就是因为太阳能、风能是没办法预测的,电网小于15%可以容纳,多于15%容纳不了,这是一个很大的技术难题,到现在还不好解决;二是机制因素,地方?;ぶ饕宓拇嬖诳赡芑崛玫胤匠鲇诟髦衷虿挥梅绲?、光电、水电?;莆侍庠谥醒氪罅ν贫疤贾泻汀钡谋尘跋率强梢越饩龅?,但技术问题,不容易解决。

         

        因此,太阳能和风能需要大力发展,但在储电成本仍然很高的当前,在可见的未来仍然无法全部取代化石能源发电。

         

        第二个误区是人们以为有个魔术般的大规模储电技术,认为如果储能技术进步,风能和太阳能就能彻底取代火电。这个假设太大了,因为自铅酸电池发明至今一百多年来,人类花了数千亿美元的研发经费研究储能,可从铅酸电池的90千瓦时/立方米增加到今天特斯拉的260千瓦时/立方米,电池的能量密度并没有得到革命性的根本改变。要知道,汽油是8600千瓦时/立方米。同时,迄今大规模GW(十亿瓦特发电装机容量)级的储电最便宜的还是100多年前就被发明的抽水蓄能技术。

         

        科学技术的突破不是没有可能,但是只有发现了才能知道发现了。今天无法预测明天的发现。我经常举一个例子,火药发明之后近一千年才有枪的发明。枪的机械原理其实很简单,但是你要说火药发明后就可以预测肯定会发明枪,那就错得离谱了。这就提醒我们,在制定任何战略时,都千万不要假设未来这块有突破就可以做什么事。我们制定战略一定是以已有的、证明的、现实的技术路线为基础。

         

        不同行业的进步不一样,计算机行业有摩尔定律,这么多年确实发展得很快,但是能源行业目前还没找到类似摩尔定律一样的规律,“碳中和”必须选择现实可行的路线来推进。

        有一个笑话是,比尔·盖茨跟波音公司总裁讲,假如飞机行业的技术进步跟计算机一样快,那现在人人都可以不用开车,可以改为开飞机了。波音公司的总裁说,假如我的技术跟你一样的话,这个世界就没人敢坐飞机了,因为那个年代计算机动不动就死机。所以说,大家不要认为某一个行业发展很快,其他的行业就都一样。能源行业就是一个不断地砸钱但技术进步缓慢的行业。未来储能技术肯定会有新发明,我们鼓励储能技术的创新与发展,但是在制定战略目标的时候一定要谨慎,没发明的时候就不要先假设这个事情存在。

         

        第三个误区,有些人认为我们可以把二氧化碳转化成各种各样的化学品,比如保鲜膜、化妆品等等。这些要能转化、能赚钱,可以去干,但是这些解决不了二氧化碳的问题。粗略估算,一个三口之家一年平均排放碳22吨,但什么产品一个家庭一年也消耗不了20多吨。

         

        另一方面,全世界只有大约13%的石油就生产了我们所有的石化产品,剩下的大约87%的石油都是被烧掉的。如果把全世界的化学品都用二氧化碳来造,也只是解决13%的碳中和问题。所以说,从规模上二氧化碳制成化学品并不具备减碳价值。二氧化碳转化为其他化学品对减碳的贡献是相当有限的。

         

        所以说,把二氧化碳转化成任何化学品,如果能赚钱那可以去干,但挣不了钱就别打着“碳中和”的概念来拿国家的补贴。讲这个话我可能会得罪很多人,特别是企业界的人。但我们科学家要讲事实,拿数字说话。我也参加过很多关于碳中和的论坛,很多时候甚至有些经济学家在讲的时候,没有数字的概念,只有一个粗概,说这样可以减碳、那样可以减碳,但是对减多少没有概念。这个也不能怪他们,隔行如隔山。

         

        第四个误区,是说可以大量地捕集和利用二氧化碳。利用CCUS技术,把生产过程排放的二氧化碳进行捕获提纯,再投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存。理论上能够实现二氧化碳的大规模捕集。现在大家说在电厂把二氧化碳分离,分离完以后打到地下可以做驱油和埋藏等等其他的作用。那么我们看看,未来十年,中国整个二氧化碳驱油消耗量大概是600多万吨,我们一年的排放是103亿吨。而且驱油这个阶段是一部分二氧化碳进到地里,还有一部分会跟着油出来,它不是一个完全的埋藏。

         

        把碳打到地下埋藏,我回国前在GE曾经做过这个事情。把煤和水、氧转成氢气和二氧化碳,氢气燃烧发电产生水蒸气,二氧化碳就打到地底下。我们做了示范工程,前后花了28亿美元,有上百名博士参与,用了7年的时间,这个示范具有环境方面的意义,并且工厂在美国运行至今,但是不具备经济性。我们做完这个项目以后,发现这是GE创立以来最复杂的一套工业系统。别看全GE可以生产的包括飞机发动机、医疗器械、核磁共振、CT等等这些,包括三峡水利工程的设备和青藏线的火车头等等,但是GE成立以来最复杂的一套系统就是我们当时做的“零污染火电厂”,不过这个成本太高了。

         

        我回国之前和当时的GE总经理交流,他在一次演讲中也提到今后通过煤炭零污染的火电厂解决二氧化碳的问题,但是讲完就下来跟我说,别看我在会上那么讲,真正要去做还不如干核能,核能比零污染火电厂便宜多了。当然,那会儿福岛核电站事故还没有发生,核能可以做。法国现在将近70%都是核能,做了几十年了。但是福岛核电站泄漏事故之后,全世界都在提高核能的安全系数,这个安全系数到后期每提高一点,成本就增加很多。

         

        碳中和不光是一个技术问题,更是经济和社会平衡发展的综合性问题。现在在电厂把二氧化碳分离,分离完以后打到地下可以做驱油和埋藏这条路,在可以驱油的地方可以改,还有一点经济效益,我国新疆等地已经有类似的二氧化碳驱油工程。这块的成本是把二氧化碳分离出来的成本,我们算过,假设打下去的成本为30美元一吨,其中20美元是把二氧化碳从整个尾气里面分离出来成为纯二氧化碳,5美元是输送,另外5美元是把它压缩到地底下。分离是核心,成本也最大。在目前的技术手段下,靠CCUS利用来处理的成本很高,作用也是有限的,当然这也可能是实现碳中和的保底技术。

         

        实际上,我刚刚讲的每一件事,比如风能、太阳能都对碳中和有贡献,我们每一个都应该去做,但是今天的技术你再怎么做,对碳中和的贡献是有限的。当然,这不是说让大家不去做,我们每一个人能够努力的都去努力,毕竟积少成多。

         

        第五个误区是认为通过提高能效可以显著降低工业流程、产品使用中的碳排放,就可以实现碳中和。能效永远要提高,提高能效也很对,也是世界上成本最低的减碳路线。但是我经常问一句话,加入WTO这二十年来,我们国家的能效提高了还是降低了?我们能效提高了很多,但是碳排放的总量是增加了还是减少了?增加得更多。我记得2000年中国的石油消耗大概是2点几亿吨,2010年大概是4亿吨,到去年是7.5亿吨。

         

        我是做能源的,从能源的数据变化可以看到整个社会的变化。我们加入WTO之前有一个很重要的数字,中国的煤产量大概是12亿吨,基本上自产自销,出口有一点,但很少。结果到2012年短短12年的时间,从12亿吨飙升到36亿吨,这是一个天量,当然也伴随着碳排放。这该怎么解读?唯一的解读是加入WTO,世界的市场向中国开放了。当然,这一期间我们大量的房地产建设也是一个因素。煤的耗量表示电的耗量,电的耗量表示工业化的程度。这期间能效肯定提高了很多,但是单凭能效也难以解决碳中和的问题。因此,提高能效是减碳的重要手段,但只要仍然在使用化石能源,提高能效对碳中和的贡献也是非常有限的,提高能效确实是成本最低的减低碳排放的方式,也是最应该优先做的,但是有一个现实的考量就是不能光靠能效提高就能够达到碳中和。

         

        第六个误区是认为电动车可以降低碳排放。前段时间,我在网易公开课上讲《电动车和氢能的历史与未来》,全国大概有十几万人观看,很多领导看完以后跟我讨论这个问题:为什么我们要发展电动车?很简单,主要是因为中国的石油不够,我们石油73%靠进口;还有就是雾霾的问题。

         

        我们石油不够,寄望于我们的多余的发电能力,这样发展电动车是有好处的。因为电厂正常一年8760小时,但我们实际使用不到4千小时,这是资产的巨大浪费。而且毕竟电动车可以让局部的污染降下来,比如东部地区的用电很多是在西部新疆等地发的,污染在西部新疆等地排放,不在东部地区排放。但是,在全生命周期的碳排放分析看来,对全球气候变化并没有什么影响。

         

        为什么靠电动车不能完全解决碳中和的问题?只有中国的能源结构彻底改变以后,电动车才能算得上清洁能源,也才有可能做到碳中和。如果能源结构不改变,电网67%的还是煤电,那电动车的盲目扩张是在增加碳排放,而不是减少碳排放,这个你们去算一下就知道了。只有能源结构和电网里大部分是可再生能源构成的时候,电动车才能算得上清洁能源。

         

        大家老在谈一个问题,说假设马六甲海峡封了以后我们能源安全的问题怎么解决?但是这个东西你要仔细考虑,靠电网是解决不了的。因为电网在现代战争中是最脆弱的东西。石油可以到处分布,可以分一万个点去藏,炸了一个油库,其他的还可以用。但一个城市的电网只有一个配电中心站,电网的安全也非常重要。

         

        有的时候,能源政策和碳排放的政策不能因为假设战争发生,别人打我,就不顾成本干一些高成本东西。第一,打仗是小概率事件,第二,真正到那会儿是靠一个国家的制海权、制空权等综合能力,而不是说靠一个电动车就能够解决问题的。

         


        为什么前一百年电动车未能战胜燃油车?


        电动车这个概念并不新,1912年,纽约、伦敦、巴黎,还有洛杉矶的大街上,跑的电动车远远多于燃油车。

         

        电动车和燃油车之争不是今天刚刚开始。1912年,以爱迪生为首的一批科学家,就觉得将来电动车可以统领世界。以福特为代表的汽车公司走的是燃油车路线。到了20世纪30年代以后电动车就几乎销声匿迹了,今天燃油车仍然占有绝对统治地位。

         

        为什么一百年前电动车多于燃油车?因为铅酸电池早于内燃机发明二十多年。有了铅酸电池,再接一个发动机,就是今天高尔夫球场开的车,上面再加一个棚子就是汽车了。今天高尔夫球场开的车就是一百年前爱迪生开的车,所以电动车不是什么新技术,它这么多年来创新的核心在电池和电控系统。

         

        那么,为什么前一百年电动车没有竞争过燃油车?原因是什么?我只讲历史不预测未来。我跟大家解释几个原因。

         

        第一个原因,我们做能源的人都有一个概念叫做体积能量密度。汽车有压舱钢板,轮船有压舱水,这个能源略微重一点对汽车、轮船的影响不大,但油箱不能无穷大。假设我们的油箱都是1立方米,每种能源蕴含的能量密度大小,也就决定了汽车能跑的距离远近。

         

        100多年前就发明的铅酸电池的能量密度是90千瓦时/立方米,人类花了上千亿美元和100多年的探索,电池能量密度到现在特斯拉的电池、比亚迪的刀片电池,也就是260千瓦时/立方米。而汽油的能量密度是8600千瓦时/立方米,柴油是9600千瓦时/立方米。稍后即将提到的甲醇液体是4300千瓦时/立方米。

         

        第二个原因,我认为液体可能是最好的储能的载体。液体能源有个非常好的特点,陆上可以管路输送,海上可以非常便宜地跨海输送。

         

        2016年我到深圳工作不久,邀请了我的三个好朋友,有时任美国能源部部长、诺贝尔奖获得者朱棣文先生,还有当时中国工程院主管能源的副院长谢克昌院士,以及中国科学院主管能源的副院长李静海院士参加南科大清洁能源研究院成立的揭牌仪式。

         

        当时在一个能源研讨会上,我问大家一个问题,说很长一段时间在深圳开车加油是7块钱一升,假设这个汽油是从休斯敦炼油厂用船拉到深圳盐田港再到加油站,这一升的运费是多少钱?我让好多搞能源的朋友猜,有人猜是3块5,甚至有人猜5块,也有人猜1块的,我说真正的答案是7分钱不到。

         

        我说7分钱的时候大家没人相信,但一算就明白了。现在一条大船可以拉30万吨,大概是4亿升。液体的好处在于,使用泵和管道就能装船,不需要人工。到了深圳的码头,管道连接好后,使用泵就能打到罐里,也不要人工。路上耗费的就是船的油钱和折旧费,4亿升,如果一升一毛钱就是4000万元,但跑一趟船根本用不了这么多油钱。这就是为什么世界上产石油的只有那么几个地方,但任何一个角落都可以很方便地加油开车。所以,液体在运输上有很多好处,而且可以长期储存。高度酒(醇类)存50年没问题,但电和气都不能长期储存。

         

        这些最基本的概念大家需要清楚,这也是为什么我冬天到加拿大那些靠近北极的镇子去看,那里没有电网、天然气网,只有一个加油站,一罐汽油、一罐柴油拉过来就可以生产了。在世界上再偏僻的角落,只要有公路的地方,拉过去就可以长期储存,拉一罐,一两个月就够了,但电和天然气管网没那么容易可以铺设到。这就是液体能源的优势。人类永远选择经济最优化的东西,不是谁喜欢什么,是什么东西最科学。

         

        第三点,为什么人类的第一条流水线是福特的流水线?内燃发动机是机械的东西,造一台很贵,但当一条流水线造出100万台的时候,每台的成本会极大降低。1913年,福特的流水线一上去量产,就让美国的汽车从4700美元降到380美元,让蓝领工人都可以买得起汽车。

        然而电动车不同,每个电池都需要一定量的镍、钴、锂,车上还有铜等各种金属。产能扩张后每台成本会有所下降,但是下降不多,不像机械不锈钢,要多少,产多少,造得越多,成本越低,材料成本很少。电动车的材料成本占大头,加工成本并不是主流,所以你可以采用流水线,可以降低一点,但不能有根本的降低。

         

        中国的电动车从2016年底的51.7万辆增加到2018年第一个季度的79.4万辆,增量为28万辆,相对于当时整个汽车市场一年2900万辆的产量,是很少的,但同期追踪全世界的钴的价格和锂的价格,分别翻了四倍和一倍。这种情况告诉我们,如果技术不突破,不把钴和锂的用量降下来,造得越多材料越贵。当钴价格翻了四倍,锂价格翻了一倍的时候,全世界没有一家公司声称通过回收电池里的钴和锂能实现盈利,电池的回收技术还有待突破。

         

        最近很多原材料涨价,一方面是因为量化宽松,另一方面就是这些金属原来的供需关系发生了变化。原来的供需关系是非常稳定的,因为工业上用到的钴、镍这些的量非常有限。现在突然来了这么多造车新势力,供需关系就变了。当供需关系变了以后价格绝对不会说是按比例增长,比如世界上100个人,但是只有99瓶矿泉水,最后1瓶的矿泉水一定不是涨到1.1倍,而是最后一个人买不起的价格。

         

        就按今天的价格,我们电动车的成本其实每个人心里都有数。我列出来,每辆车需要铜53.2公斤,锂8.9公斤,镍39.9公斤,锰24.5公斤,钴13.3公斤,石墨66.3公斤,稀土0.5公斤,其他0.3公斤。最近,磷酸铁锂电池出来,钴的用量可以降下来,但是最大的问题是冬天温度一低它的性能不好了。所以,今天的这个价格,一辆最好的宝马、奔驰的内燃机成本在2300美元左右,特斯拉的电池成本则是在2万美元左右。一个工业要发展必须是可以大规模量产的时候,越大规模越便宜。这就是为什么人类的第一条流水线是福特的流水线。这都不是偶然的。这些问题我们大众不清楚,但是行业里面是清楚的。现在资本市场很热,但是一旦补贴政策停止了,能不能挣钱冷暖自知。

         

        2018年网上疯炒氢能,炒作说电动车真正的未来是氢燃料电池汽车。氢能有它的好处,发电效率高,能降低对石油的依赖,排放的是水蒸气,而且大规模量产后成本能下来。尽管燃料电池也要用贵金属,但是它的贵金属回收技术相对来讲比较成熟。并且这些年的研发使得贵金属用料量在降低,这都是它的优点。

         

        现在我们的电池是梯级利用,今天的电动汽车用了5到7年,把退役动力电池用作储能电源,比如放到5G基站底下做储能,可能还可以再延迟一二十年。但是储能电池是有寿命的,里边有很多对自然有害的化学物质,不可能无限期使用,一二十年后仍然需要回收。如果不回收,当几百万个甚至将来上千万个电池分布在中国大地,如果任其泄露,那是环境的灾难。

         

        能源全生命周期分析概念很重要,我们曾经做过一百多条线的“油井到车轮子”或者是“矿井到车轮子”的分析,要知道中国的能源40%在新疆,怎么把能源输送过来,这是一个复杂的系统。

         

        我在GE曾花了几百亿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,最后用数字说话。于是,我花了很大的代价把这套方法论引进来,做了一个“能源的全生命周期的分析”。这种软课题在国内很难拿到,但是很重要,因为要用“数据决策”。中国工程院谢克昌院士正在致力于推动这一块短板的开发,因为真正的决策最后是要依靠数据的,要科研人员花大量的时间把数学模型一点点建起来,并不断地调整,最后能够跟现实的数据对上去,用这些模型的预测数字做未来的决策,这叫“数据决策”,这是我们要提倡的一种文化。就像碳中和,将来也要做好各种渠道的碳中和数据搜集,从油井、矿井、天然气井到车轮子、到电灯泡等等,每一步的全生命周期分析,分析完以后大家用数字说话。

         

        电动车遇到这些问题,不是不可以发展,电池的研发永远是重要的。但是有一点我要讲,电动化和网联化没有必然的联系。内燃机驱动只要电池足够大,够我的手机用就行了。现在有人说要搞网联化、搞智能化,所以必须搞电能化,这句话只对了一半。今天一个手机的运算能力有多少?网联化可能需要十个手机的运算能力,那也就是几块电池的问题。但是如果因为需要十个手机的运算能力,就要把驱动改成电动吗?这是没有必要的。实际上,现在一辆比较好的奔驰车,只要有一块足够的电池,里面有电动机发电也可以做网联化、智能化。所以智能化、网联化、电动化没有必然的联系。

         


        为什么氢能汽车没有产业化?


        氢能一点也不新,早在阿波罗登月的时候就是带着液氢液氧上天,发的电供仪器用,产生的水宇航员喝。

         

        我曾经在UTC-壳牌合资公司工作,美国宇宙飞船的燃料电池就是联合技术公司生产的。20世纪90年代末一直到2005年、2006年,此期间美国花了上百亿美元在燃料电池的研发上。我记得2003年,小布什总统在他的国情咨文演讲时说,他会宣布一个计划,美国能源部花多少亿美元开发氢燃料电池汽车,15年后每一个美国人开的车后边排放的都是水蒸气。到现在,全世界的燃料电池(车)可能加起来也就是3万多辆,美国不到1万辆。去年全世界氢能源车只卖了1900多辆,丰田也没卖多少辆。

         

        燃料电池汽车,也就是我们说的氢能汽车,为什么没有产业化?最根本的原因是氢气不适合于作为大众你我共有的能源载体。很多人在这块有一个误区,甚至媒体渲染说“氢气是人类的终极能源”,这句话是不严谨的。氢气不是一次能源,是一种二次能源,或者更确切地说是能源的载体。这个世界没有氢矿,我们有煤田、油田、天然气田,但没有氢田。氢和电以及甲醇一样,是通过别的能源制造的,但是作为载体,氢不具备液体能源在能量密度、管道输送、长期储存方面的优势。

         

        氢气不适合于做大众能源载体,主要的原因在于有几个方面人类没法改变。第一,氢气是体积能量密度最小的东西,我们要求是越大越好。好多人犯了一个概念性的错误,说氢是能量密度最大的,这句话又是对了一半。如果论公斤,氢能量密度是最大的。但是对于汽车来说,应该论每立方米,论公斤是毫无意义的。如果转成同样的能源概念,它的体积能量密度是最小的(如下图)。为了增加体积能量密度,只好增加压力。目前看到所有的氢燃料电池车里的储氢罐,都是350公斤和700公斤大气压。储氢罐如果拿不锈钢设计必须做得非常厚,因为压力太高。学过理工的人都知道,700公斤压力的高压设备,不是那么容易生产制造的。

         

        第二,氢气高压会有一个问题,氢气是元素周期表中最小的分子,最小的分子就意味着最容易泄露,长期储存是问题。

         

        第三,氢气在露天没有问题,我们在20多年前在美国做过这个实验,一个加氢车,它的储氢罐为了安全一般都放在最后,普通步枪一枪是打不透的。打完以后,因为它很轻,就像氢气球一样,一条火龙冲上天,驾驶室的温度一下子升不了那么高,人有足够时间逃生。

         

        但是,在封闭的空间里,氢气就会有巨大的问题。氢气是爆炸范围最宽的气体,可以从4%到74%。小于4%是安全的,大于74%只着火不爆炸。但是在4%到74%这个很宽的范围内,遇火星就爆。

         

        现在北上广深这些城市,尤其在深圳,大量的车是停到地下车库这一封闭空间里的。当大量氢能汽车进到地下车库,若有一辆车泄露,就会产生巨大的危险。尽管这个是小概率事件,但是使用众多的时候,总有部件老化等问题发生,哪怕储氢罐是安全的,阀门、管路等也有一定小概率老化,或者开车不注意发生了撞击。一旦泄露遇火星爆炸,引起其他车爆炸,一个大楼都有可能毁掉。所以在封闭的空间里,使用氢气要非常注意。

         

        因为氢气的爆炸性,现在都不让运输氢超过一定的范围的车辆过隧道,如果把隧道炸掉了怎么办?当然,将来是不是能够建氢管道是另外一个问题。

         

        同样因为氢气的爆炸性,建设加氢站要特别小心,周围一定距离不能有居民。现在的北上广深到处都是加油站,到哪能找那么多地,重新建加氢站呢?

         

        因为这些问题,尽管氢能现在很热,但是要谨慎。氢气的这些问题决定了它不适合做能源载体。所以,当人们说“氢是人类能源的终极”时,很多的东西似是而非。

         

        疫情前,科技部几位同志可能听说我做过几届全美氢能与燃料电池峰会主席,带了几个专家到深圳来调研,我们谈了一下,之后我把氢能的一些现状、问题以及解决途径写了一个简单的报告,没有想到他们就把它放进《科技日报》的头版头条。

         

        制氢容易,但储氢、运氢有难度。世界上氢气的使用很广泛,今天我们用的每一克的化肥都是氢造的。世界上有这么多的化肥厂、炼油厂都要大量的氢气,但是有一个化肥厂、炼油厂是靠太阳能、风能制氢、制化肥吗?没有。什么原因?太贵了,要是便宜的话他们早就改用太阳能、风能制氢了。

         

        氢不是说现在没用,现在全世界每年几千万吨的氢市场,而且到炼油厂,氢是最贵的,每个炼油厂边上都有几个大的气体公司。用风能、太阳能制氢不是不可以做,只是缺乏经济性。如果说这是赚钱的,相信很多企业家早就开始拿风能和太阳能制氢去了。

         

        氢也不是没有优势,也可以做,怎么做?跟我们的碳中和有关系。

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