【院士意见】咱们对于“碳中以及”的六大误区及处置它的事实道路

本文源头：科技立异院士陈说厅第四期行动现场陈说刘科院士的碳中以及《碳中以及误区及其事实道路》

导读：7月15日上午，刘科院士环抱“碳中以及误区及其事实道路”做了演讲。院士意（如下内容凭证刘科院士的咱们置演讲录音整理，经刘科自己审订。对于的大道路）

刘科院士

我自己曾经在外洋使命过二十多年，误区以前在GE、及处UTC（散漫技术公司）、事实埃克森-美孚等单元使命，碳中以及2009年归国。院士意归来之后第一份使命便是咱们置退出筹建北京低碳清洁能源钻研所（现国家能源总体北京低碳清洁能源钻研院），而且负责副短处以及首席技术官。对于的大道路再其后，误区我抉择进去做一些自己的及处使命。当时,事实南方科技大学前校长陈十一院士聘用我去南方科技大学，就这样多少年前我就并吞了深圳。碳中以及

并吞南科大后我负责了立异守业学院院长以及清洁能源钻研院院长，由于我不断在钻研低碳以及能源的使命，明天与巨匠分享一下碳中以及的一些内容。

碳中以及很热，巨匠都在谈，但真正做这一方面钻研的人未多少。有一次我碰着一个同伙，他说咱们如今特意在钻研未来奈何样去计量各个单元、各家公司的二氧化碳排放，这是一个大财富。我说他是劳夷易近伤财。着实一方面，碳中以及是一个宏不雅的下场；另一方面，看一个都市的碳排放，可能零星地看，好比深圳市一年耗多少多万吨煤炭，耗多少多万吨做作气，耗多少多万吨油，每一个乘一个系数，这个二氧化碳的排放就进去了，这样算进去的碳排放量根基上占实际排放量的92%。

我先讲一些数据以及事实

据统计，2020年，中国二氧化碳排淘汰约103亿吨（约莫是102亿吨到108亿吨，我选了103这个中间的数字），其中，煤炭、煤油、做作气排放抵达95亿吨，另一部份是种种小的，好比沼气、生物资，尚有一些其余的排放。以是，约92%的排放因此上这三个发生的。掂量任何一家公司、任何一家单元、任何一个零星，把这三个算准就能了。国家对于这三个都有统计数据，不需要格外计量。2020年，中国的总煤耗量约莫36亿吨，折算成尺度煤约莫28亿吨，每一吨尺度煤再乘以一个系数就能患上出，煤炭一年约莫排放73.5亿吨二氧化碳。2020年，中国的煤油破费量折成尺度煤是9亿吨，排放二氧化碳15.4亿吨；做作气破费量折成标煤是4亿吨，排放二氧化碳6亿吨；三个加起来是95亿吨。103亿吨除了以14亿生齿，人均约莫7.4吨，一个三口之家平均每一年排放22吨二氧化碳，这是一个天量的数字。奈何样说呢？假如把二氧化碳转化成一种产物，22吨质料就要破费22吨产物，哪家一年能破费掉这22吨的工具呢？

巨匠都说碳中以及简略，好比天天用空调、开车等等都与碳无关连，每一总体、每一小步都是可以为碳中以及做出贡献的，但实现碳中以及这个使命还黑白常难题的，而且是一个简短的历程。由于可见的未来，咱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，碳捉拿与封存）、CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage，碳捉拿、运用与封存），后退能效都市或者多或者少地对于减碳有些贡献，都值患上去鼓舞探究以及实施，但对于天量排放的二氧化碳减低的比例是至关有限的。

在这种情景下咱们奈何样能耐实现碳中以及？这是我愿望跟巨匠进一步品评辩说的。

对于碳中以及的误区

之后公共对于碳中以及的挑战及认知有确定规模，以为繁多的技术道路概况技术突破可能处置碳中以及下场，因此常存在多少个误区：

第一个误区因此为风能以及太阳能比火电都重价了，因此太阳能大风能残缺可能取代火电实现碳中以及。这句话只对于了1/5到1/6。由于一年有8760小时，而中国的太阳能每一年发电小时数因地而异，在1300小时到2000小时之间不等，很少有逾越2000小时的地域，平均在1700小时摆布；也便是说太阳能约莫在1/5–1/6的光阴段比火电重价；而在其余4/5-5/6的光阴段，假如要储电，其老本会远远高于火电。风能每一年发电的光阴比太阳能稍微长一点，是2000小时摆布，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，由于咱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。太阳能大风能是重价了，但最大的下场黑白晃动供电。

不可招供，中国的风能以及太阳能睁开了快要四十年，取患上颇为大的下场，咱们给这个规模做出贡献的迷信家们以高尚的致敬。但直到明天，风能、太阳能与煤电比照依然是无济于事。以2019年为例，天下的风能以及太阳能加起来发电总量至关于1.92亿吨尺度煤的发电量，而中国年发电耗煤约莫是22亿吨煤，至关于18-19亿吨尺度煤，也便是说，风能以及太阳能只能占煤电的10%摆布。

而且，电网靠电池储电的意见黑白常危害的。据估算，当初全天下5年的电池产能仅能知足东京全市停电3天的电能。假如说咱们有4/5的光阴概况5/6的光阴要靠电池储电，这是不可想象的。况且，这个天下也不那末多的钴以及锂，无奈让咱们造那末多的电池。在这种情景下，弃光弃风的下场颇为严正，由于电网只能容纳15%的非晃动电源。风能、太阳能收回来的电，电网无奈全副接受。假如不断削减风能、太阳能，同时大规模储能下场处置不了，只能销毁更多。

弃光弃风在中国有两方面的原因，一是技术因素，便是由于太阳能、风能是没措施预料的，电网小于15%可能容纳，多于15%容纳不了，这是一个很大的技术难题，到如今还不益处置；二是机制因素，中间呵护主义的存在可能会让中间出于种种原因不用风电、光电、水电。机制下场在中间鼎力增长“碳中以及”的布景下是可能处置的，但技术下场，不易处置。

因此，太阳能大风能需要鼎力睁开，但在储电老本依然很高确之后，在可见的未来依然无奈全副取代化石能源发电。

第二个误区是人们以为有个花着般的大规模储电技术，以为假如储能技术后退，风能以及太阳能就能残缺取代火电。这个假如太大了，由于自铅酸电池缔造至今一百多年来，人类花了数千亿美元的研发经费钻研储能，可从铅酸电池的90千瓦时/立方米削减到明天特斯拉的260千瓦时/立方米，电池的能量密度并无患上到革命性的根基修正。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）级的储电最重价的仍是100多年前就被缔造的抽水蓄能技术。

迷信技术的突破不是不可能，可是惟独发现了能耐知道发现了。明天无奈预料明天的发现。我每一每一举一个例子，炸药缔造之后近一千年才有枪的缔造。枪的机械道理着实很重大，可是你要说炸药缔造后就能预料确定会发冷箭，那就错患上离谱了。这就揭示咱们，在拟订任何策略时，都万万不要假如未来这块有突破就能做甚么事。咱们拟订策略确定因此已经有的、证实的、事实的技术道路为根基。

差距行业的后退纷比方样，合计机行业有摩尔定律，这么多年简直睁开患上很快，可是能源行业当初还没找到相似摩尔定律同样的纪律，“碳中以及”必需抉择事实可行的道路来增长。

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后退跟合计机同样快，那如古巨匠都可能不用开车，可能改为开飞机了。波音公司的总裁说，假如我的技术跟你同样的话，这个天下就没人敢坐飞机了，由于那个年月合计迅速不动就去世机。以是说，巨匠不要以为某一个行业睁开很快，其余的行业就都同样。能源行业便是一个不断地砸钱但技术后退飞快的行业。未来储能技术确定会有新缔造，咱们鼓舞储能技术的立异与睁开，可是在拟订策略目的的时候确定要谨严，没缔造的时候就不要先假如这个使命存在。

第三个误区，有些人以为咱们可能把二氧化碳转化成林林总总的化学品，好比保鲜膜、化装品等等。这些要能转化、能赚钱，可能去干，可是这些处置不了二氧化碳的下场。简陋估算，一个三口之家一年平均排放碳22吨，但甚么产物一个家庭一年也破费不了20多吨。

另一方面，全天下惟独约莫13%的煤油就破费了咱们所有的石化产物，剩下的约莫87%的煤油都是被烧掉的。假如把全天下的化学品都用二氧化碳来造，也只是处置13%的碳中以及下场。以是说，从规模上二氧化碳制成化学品并不具备减碳价钱。二氧化碳转化为其余化学品对于减碳的贡献是至关有限的。

以是说，把二氧化碳转化成任何化学品，假如能赚钱那可能去干，但挣不了钱就别打着“碳中以及”的意见来拿国家的津贴。讲这个话我可能会患上罪良多人，特意是企业界的人。但咱们迷信家要讲事实，拿数字语言。我也退出过良多对于碳中以及的论坛，良多时候致使有些经济学家在讲的时候，不数字的意见，惟独一个粗概，说这样可能减碳、那样可能减碳，可是对于减多少多没无意见。这个也不能怪他们，隔行如隔山。

第四个误区，是说可能大批地捕集以及运用二氧化碳。运用CCUS技术，把破费历程排放的二氧化碳妨碍捉拿提纯，再投入到新的破费历程中妨碍循环再运用或者封存。实际上可能实现二氧化碳的大规模捕集。如今巨匠说在电厂把二氧化碳分说，分说完之后打到果真可能做驱油以及埋藏等等其余的熏染。那末咱们看看，未来十年，中国全部二氧化碳驱油破费量约莫是600多万吨，咱们一年的排放是103亿吨。而且驱油这个阶段是一部份二氧化碳进到地里，尚有一部份会随着油进去，它不是一个残缺的埋藏。

把碳打到果真埋藏，我归国前在GE已经做过这个使命。把煤以及水、氧转成氢气以及二氧化碳，氢气熄灭发电发生水蒸气，二氧化碳就打到地底下。咱们做了树模工程，先后花了28亿美元，有上百名博士退出，用了7年的光阴，这个树模具有情景方面的意思，而且工场在美鼎祚转至今，可是不具备经济性。咱们做完这个名目之后，发现这是GE建树以来最重大的一套工业零星。别看全GE可能破费的搜罗飞机建议机、医疗工具、核磁共振、CT等等这些，搜罗三峡水利工程的配置装备部署以及青藏线的火车头等等，可是GE建树以来最重大的一套零星便是咱们当时做的“零传染火电厂”，不外这个老本过高了。

我归国以前以及当时的GE总司理交流，他在一次演讲中也提到尔后经由煤炭零传染的火电厂处置二氧化碳的下场，可是讲完就下来跟我说，别看我在会上那末讲，真正要去做还不如干核能，核能比零传染火电厂重价多了。尽管，那会儿福岛核电站事变尚未爆发，核能可能做。法国如今快要70%都是核能，做了多少十年了。可是福岛核电站泄露事变之后，全天下都在后退核能的清静系数，这个清静系数到前期每一后退一点，老本就削减良多。

碳中以及不光是一个技术下场，更是经济以及社会失调睁开的综合性下场。如今在电厂把二氧化碳分说，分说完之后打到果真可能做驱油以及埋藏这条路，在可能驱油的中间可能改，尚有一点经济效益，我国新疆等地已经有相似的二氧化碳驱油工程。这块的老本是把二氧化碳分说进去的老本，咱们算过，假如打上来的老本为30美元一吨，其中20美元是把二氧化碳从全部尾气焰略分说进去成为纯二氧化碳，5美元是输送，此外5美元是把它缩短到地底下。分说是中间，老本也最大。在当初的技术本领下，靠CCUS运用来处置的老本很高，熏染也是有限的，尽管这也可能是实现碳中以及的保底技术。

实际上，我适才讲的每一件事，好比风能、太阳能都对于碳中以及有贡献，咱们每一个都理当去做，可是明天的技术你再奈何样做，对于碳中以及的贡献是有限的。尽管，这不是说让巨匠不去做，咱们每一总体可能自动的都去自动，事实积少成多。

第五个误区因此为经由后退能效可能清晰飞腾工业流程、产物运用中的碳排放，就能实现碳中以及。能效永世要后退，后退能效也很对于，也是天下上老本最低的减碳道路。可是我每一每一问一句话，退出WTO这二十年来，咱们国家的能效后退了仍是飞腾了？咱们能效后退了良多，可是碳排放的总量是削减了仍是削减了？削减患上更多。我记患上2000年中国的煤油破费约莫是2点多少亿吨，2010年约莫是4亿吨，到去年是7.5亿吨。

我是做能源的，从能源的数据变更可能看到全部社会的变更。咱们退出WTO以前有一个很紧张的数字，中国的煤产量约莫是12亿吨，根基上自产自销，进口有一点，但很少。服从到2012年短短12年的光阴，从12亿吨飙升到36亿吨，这是一个天量，尽管也伴同着碳排放。这该奈何样解读？仅有的解读是退出WTO，天下的市场向中国凋谢了。尽管，这临时期咱们大批的房地产建树也是一个因素。煤的耗量展现电的耗量，电的耗量展现工业化的水平。这时期能效确定后退了良多，可是单凭能效也难以处置碳中以及的下场。因此，后退能效是减碳的紧张本领，但惟独依然在运用化石能源，后退能效对于碳中以及的贡献也黑白常有限的，后退能效简直是老本最低的减低碳排放的方式，也是最理当优先做的，可是有一个事实的考量便是不能光靠能效后退就能抵达碳中以及。

第六个误区因此为电动车可能飞腾碳排放。前段光阴，我在网易果真课上讲《电动车以及氢能的历史与未来》，天下约莫有十多少万人旁不雅，良多向导看完之后跟我品评辩说这个下场：为甚么咱们要睁开电动车？很重大，次若是由于中国的煤油不够，咱们煤油73%靠进口；尚有便是雾霾的下场。

咱们煤油不够，留意于咱们的过剩的发电能耐，这样睁开电动车是有利益的。由于电厂个别一年8760小时，但咱们实际运用不到4千小时，这是资产的重大浪费。而且事实电动车可能让部份的传染降下来，好比东部地域的用电很概况是在西部新疆等地发的，传染在西部新疆等地排放，不在东部地域排放。可是，在全性命周期的碳排放合成看来，对于全天下天气变更并无甚么影响。

为甚么靠电动车不能残缺处置碳中以及的下场？惟独中国的能源妄想残缺修正之后，电动车能耐算患上上清洁能源，也才有可能做到碳中以及。假如能源妄想不修正，电网67%的仍是煤电，那电动车的自觉扩展是在削减碳排放，而不是削减碳排放，这个你们去算一下就知道了。惟独能源妄想以及电网里大部份是可再沉闷力组成的时候，电动车能耐算患上上清洁能源。

巨匠老在谈一个下场，说假如马六甲海峡封了之后咱们能源清静的下场奈何样处置？可是这个工具你要子细机虑，靠电网是处置不了的。由于电网在今世清静中是最单薄结子的工具。煤油可能各处分布，可能分一万个点去藏，炸了一个油库，其余的还可能用。但一个都市的电网惟独一个配电中间站，电网的清静也颇为紧张。

有的时候，能源政策以及碳排放的政策不能由于假如清静爆发，他人打我，就掉臂老本干一些高老本工具。第一，干戈是小多少率使命，第二，真正到那会儿是靠一个国家的制海权、制空权等综合能耐，而不是说靠一个电动车就能处置下场的。

为甚么前一百年电动车未能战败燃油车？

电动车这个意见并不新，1912年，纽约、伦敦、巴黎，尚有洛杉矶的大巷上，跑的电动车远远多于燃油车。

图1 1912年，爱迪生跟他的电动车合影

电动车以及燃油车之争不是明天适才开始。1912年，以爱迪生为首的一批迷信家，就感应未复电动车可能统领天下。以福特为代表的汽车公司走的是燃油车道路。到了20世纪30年月之后电动车就简直大张旗鼓了，明天燃油车依然占有相对于统治位置。

为甚么一百年前电动车多于燃油车？由于铅酸电池早于内燃机缔造二十多年。有了铅酸电池，再接一个建议机，便是明天高尔夫球场开的车，下面再加一个棚子便是汽车了。明天高尔夫球场开的车便是一百年前爱迪生开的车，以是电动车不是甚么新技术，它这么多年来立异的中间在电池以及电控零星。

那末，为甚么前一百年电动车不相助过燃油车？原因是甚么？我只讲历史不预料未来。我跟巨匠批注多少个原因。

第一个原因，咱们做能源的人都有一个意见叫做体积能量密度。汽车有压舱钢板，汽船有压舱水，这个能源稍微重一点对于汽车、汽船的影响不大，但油箱不能无穷大。假如咱们的油箱都是1立方米，每一种能源搜罗的能量密度巨细，也就抉择了汽车能跑的距离远近。

100多年前就缔造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以及100多年的探究，电池能量密度到如今特斯拉的电池、比亚迪的刀片电池，也便是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。稍先即将提到的甲醇液体是4300千瓦时/立方米。

第二个原因，我以为液体可能是最佳的储能的载体。液体能源有个颇为宜的特色，陆上可能管路输送，海上可能颇为重价地跨海输送。

2016年我到深圳使命不久，聘用了我的三个好同伙，无意任美国能源部部长、诺贝尔奖取患上者朱棣文学生，尚有当时中国工程院主管能源的副院长谢克昌院士，以及中国迷信院主管能源的副院长李静海院士退出南科大清洁能源钻研院建树的揭牌仪式。

当时在一个能源钻研会上，我问巨匠一个下场，说很长一段光阴在深圳开车加油是7块钱一升，假如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多钱？我让良多多少多搞能源的同伙猜，有人猜是3块5，致使有人猜5块，也有人猜1块的，我说真正的谜底是7分钱不到。

我说7分钱的时候巨匠没人信托，但一算就清晰了。如今一条大船可能拉30万吨，约莫是4亿升。液体的短处在于，运用泵以及管道就能装船，不需要家养。到了深圳的码头，管道衔接好后，运用泵就能打到罐里，也不要家养。路上破费的便是船的油钱以及折旧费，4亿升，假如一升一毛钱便是4000万元，但跑一趟船根基用不了这么多油钱。这便是为甚么天下上产煤油的惟独那末多少个中间，但任何一个角落都可能很利便地加油开车。以是，液体在运输上有良多短处，而且可能临时贮存。高度酒（醇类）存50年没下场，但电以及善都不能临时贮存。

这些最根基的意见巨匠需要清晰，这也是为甚么我夏日到加拿大那些挨近北极的镇子去看，那边不电网、做作气网，惟独一个加油站，一罐汽油、一罐柴油拉以前就能破费了。谢世界上再偏远的角落，惟独有公路的中间，拉以前就能临时贮存，拉一罐，一两个月就够了，但电以及做作气管网没那末简略可能铺设到。这便是液体能源的优势。人类永世抉择经济最优化的工具，不是谁喜爱甚么，是甚么工具最迷信。

第三点，为甚么人类的第一条流水线是福特的流水线？内燃建议机是机械的工具，造一台很贵，但当一条流水线造出100万台的时候，每一台的老本会极大飞腾。1913年，福特的流水线一下来量产，就让美国的汽车从4700美元降到380美元，让蓝领工人都可能买患上起汽车。

可是电动车差距，每一个电池都需要确定量的镍、钴、锂，车上尚有铜等种种金属。产能扩展后每一台老本会有所着落，可是着落未多少，不像机械不锈钢，要多少多，产多少多，造患上越多，老本越低，质料老本很少。电动车的质料老本占大头，加工老本并非主流，以是你可能接管流水线，可能飞腾一点，但不能有根基的飞腾。

中国的电动车从2016年尾的51.7万辆削减到2018年第一个季度的79.4万辆，增量为28万辆，相对于当时全部汽车市场一年2900万辆的产量，是很少的，但同期追踪全天下的钴的价钱以及锂的价钱，分说翻了四倍以及一倍。这种情景见告咱们，假如技术不突破，不把钴以及锂的用量降下来，造患上越多质料越贵。当钴价钱翻了四倍，锂价钱翻了一倍的时候，全天下不一家公司宣称经由接管电池里的钴以及锂能实现盈利，电池的接管技术尚有待突破。

最近良多原质料减价，一方面是由于量化宽松，另一方面便是这些金属原本的供需关连爆发了变更。原本的供需关连黑白常晃动的，由于工业上用到的钴、镍这些的量颇为有限。如今猛然来了这么多造车新权柄，供需关连就变了。当供需关连变了之后价钱相对于不会说是按比例削减，好比天下上100总体，可是惟独99瓶矿泉水，最后1瓶的矿泉水确定不是涨到1.1倍，而是最后一总体买不起的价钱。

就按明天的价钱，咱们电动车的老本着实每一总体心田都有数。我列进去，每一辆车需要铜53.2千克，锂8.9千克，镍39.9千克，锰24.5千克，钴13.3千克，石墨66.3千克，稀土0.5千克，其余0.3千克。最近，磷酸铁锂电池进去，钴的用量可能降下来，可是最大的下场是夏日温度一低它的功能欠好了。以是，明天的这个价钱，一辆最佳的宝马、奔流的内燃机老本在2300美元摆布，特斯拉的电池老本则是在2万美元摆布。一个工业要睁开必需是可能大规模量产的时候，越大规模越重价。这便是为甚么人类的第一条流水线是福特的流水线。这都不是无意偶尔的。这些下场咱们公共不清晰，可是行业概况是清晰的。如今老本市场很热，可是一旦津贴政策停止了，能不能挣钱心田有数。

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。氢能有它的短处，发电功能高，能飞腾对于煤油的依赖，排放的是水蒸气，而且大规模量产后成先天下来。尽管燃料电池也要用贵金属，可是它的贵金属接管技术相对于来说比力成熟。而且这些年的研发使患上贵金属用料量在飞腾，这都是它的短处。

如今咱们的电池是梯级运用，明天的电动汽车用了5到7年，把退役能源电池用作储能电源，好比放到5G基站底下做储能，可能还可能再延迟一二十年。可是储能电池是有寿命的，里边有良多对于做作有害的化学物资，不可能有限期运用，一二十年后依然需要接管。假如不接管，当多少百万个致使未来上万万个电池扩散在中国大地，假如任其激进，那是情景的苦难。

能源全性命周期合成意见很紧张，咱们已经做过一百多条线的“油井到车轮子”概况是“矿井到车轮子”的合成，要知道中国的能源40%在新疆，奈何样把能源输送以前，这是一个重大的零星。

我在GE曾经花了多少百亿美元以及良多博士一起做合成钻研的模子，每一步的排碳是多少多，功能是多少多，最后用数字语言。于是，我花了很大的价钱把这套措施论引进来，做了一个“能源的全性命周期的合成”。这种软课题在国内很难拿到，可是很紧张，由于要用“数据抉择规画”。中国工程院谢克昌院士正在自动于增长这一块短板的开拓，由于真正的抉择规画最后是要依靠数据的，要科研职员花大批的光阴把数学模子一点点建起来，并不断地调解，最后可能跟事实的数据对于下来，用这些模子的预料数字做未来的抉择规画，这叫“数据抉择规画”，这是咱们要建议的一种横蛮。就像碳中以及，未来也要做好种种渠道的碳中以及数据群集，从油井、矿井、做作气井到车轮子、到电灯泡等等，每一步的全性命周期合成，合成完之后巨匠用数字语言。

电动车碰着这些下场，不是不可以睁开，电池的研发永世是紧张的。可是有一点我要讲，电动化以及网联化不确定的分割。内燃机驱动惟独电池饶富大，够我的手机用就好了。如今有人说要搞网联化、搞智能化，以是必需搞电能化，这句话只对于了一半。明天一个手机的运算能耐有多少多？网联化可能需要十个手机的运算能耐，那也便是多少块电池的下场。可是假如由于需要十个手机的运算能耐，就要把驱动改为电动吗？这是不需要的。实际上，如今一辆比力好的奔流车，惟独有一块饶富的电池，概况有电念头发电也可能做网联化、智能化。以是智能化、网联化、电动化不确定的分割。

为甚么氢能汽车不财富化？

氢能一点也不新，早在阿波罗登月的时候便是带着液氢液氧入地，发的电供仪器用，发生的水宇航员喝。

我已经在UTC-壳牌合股公司使命，美国宇宙飞船的燃料电池便是散漫技术公司破费的。20世纪90年月末不断到2005年、2006年，此时期美国花了上百亿美元在燃料电池的研发上。我记患上2003年，小布什总统在他的国情咨文演讲时说，他会宣告一个妄想，美国能源部花多少多亿美元开拓氢燃料电池汽车，15年后每一个美国人开的车后边排放的都是水蒸气。到如今，全天下的燃料电池（车）可能加起来也便是3万多辆，美国不到1万辆。去年全天下氢能源车只卖了1900多辆，丰田也没卖多少多辆。

燃料电池汽车，也便是咱们说的氢能汽车，为甚么不财富化？最根基的原因是氢气不适宜于作为公共你我共有的能源载体。良多人在这块有一个误区，致使媒体渲染说“氢气是人类的最终能源”，这句话是不松散的。氢气不是一次能源，是一种二次能源，概况更确凿地说是能源的载体。这个天下不氢矿，咱们有煤田、油田、做作气田，但不氢田。氢以及电以及甲醇同样，是经由此外能源制作的，可是作为载体，氢不具备液体能源在能量密度、管道输送、临时贮存方面的优势。

氢气不适宜于做公共能源载体，主要的原因在于有多少个方面人类无奈修正。第一，氢气是体积能量密度最小的工具，咱们要求是越大越好。良多多少多人犯了一个意见性的过错，说氢是能量密度最大的，这句话又是对于了一半。假如论千克，氢能量密度是最大的。可是对于汽车来说，理当论每一立方米，论千克是毫分心义的。假如转成同样的能源意见，它的体积能量密度是最小的（如图2）。为了削减体积能量密度，只好削减压力。当初看到所有的氢燃料电池车里的储氢罐，都是350千克以及700千克大气压。储氢罐假如拿不锈钢妄想必需做患上颇为厚，由于压力过高。学过理工的人都知道，700千克压力的低压配置装备部署，不是那末简略破费制作的。

第二，氢气低压会有一个下场，氢气是元素周期表中最小的份子，最小的份子就象征着最简略激进，临时贮存是下场。

第三，氢气在露天不下场，咱们在20多年前在美国做过这个试验，一个加氢车，它的储氢罐为了清静艰深都放在最后，艰深步枪一枪是打不透的。打完之后，由于它很轻，就像氢气球同样，一条火龙冲入地，驾驶室的温度一下子升不了那末高，人有饶富光阴逃生。

可是，在封锁的空间里，氢气就会有重大的下场。氢气是爆炸规模最宽的气体，可能从4%到74%。小于4%是清静的，大于74%只着火不爆炸。可是在4%到74%这个很宽的规模内，遇火星就爆。

如今北上广深这些都市，特意在深圳，大批的车是停到果真车库这一封锁空间里的。当大批氢能汽车进到果真车库，若有一辆车激进，就会发生重大的危害。尽管这个是小多少率使命，可是运用泛滥的时候，总有部件老化等下场爆发，哪怕储氢罐是清静的，阀门、管路等也有确定小多少率老化，概况开车不留意爆发了撞击。一旦激进遇火星爆炸，引起其余车爆炸，一个大楼都有可能毁掉。以是在封锁的空间里，运用氢气要颇为留意。

由于氢气的爆炸性，如今都不让运输氢逾越确定的规模的车辆过隧道，假如把隧道炸掉了奈何样办？尽管，未来是否可能建氢管道是另一个下场。

同样由于氢气的爆炸性，建树加氢站要特意留意，周围确定距离不能有居夷易近。如今的北上广深到处都是加油站，到哪能找那末多地，重新建加氢站呢？

由于这些下场，尽管氢能如今很热，可是要谨严。氢气的这些后坚抉择了它不适宜做能源载体。以是，当人们说“氢是人类能源的最终”时，良多的工具似是而非。

疫情前，科技部多少位同志可能风闻我做过多少届全美氢能与燃料电池峰会主席，带了多少个专家到深圳来调研，咱们谈了一下，之后我把氢能的一些现状、下场以及处置道路写了一个重大的陈说，不想到他们就把它放进《科技日报》的头版头条。（图3）

图3 2019年7月3日，《科技日报》头版头条专访刘科院士

制氢简略，但储氢、运氢有难度。天下上氢气的运用很普遍，明天咱们用的每一克的化肥都是氢造的。天下上有这么多的化肥厂、炼油厂都要大批的氢气，可是有一个化肥厂、炼油厂是靠太阳能、风能制氢、制化肥吗？不。甚么原因？太贵了，若是重价的话他们早就改用太阳能、风能制氢了。

氢不是说如今没用，如今全天下每一年多少万万吨的氢市场，而且到炼油厂，氢是最贵的，每一个炼油厂边上都有多少个大的气体公司。用风能、太阳能制氢不是不可以做，只是缺少经济性。假如说这是赚钱的，信托良多企业家早就开始拿风能以及太阳能制氢去了。

氢也不是不优势，也可能做，奈何样做？跟咱们的碳中以及无关连。

为甚么甲醇可能成为最佳的储氢载体？

假如尔后真正想实现碳中以及，而且太阳能、风能可能卖碳税的时候，可能把风能、太阳能以及煤散漫制出比力重价的甲醇，经由车载甲醇制氢并与燃料电池零星集成，这就比直接熄灭的建议机功能高。这条道路未来是有可能的。我只说有可能，不能保障，主要取决于种种政策的调解以及碳税。假如碳税下来了，这条路线就有经济性。

1L甲醇以及水反映可能放出143克的氢。储氢要末缩短，要末冷凝。纵然冷凝，1L的液氢也就72克，而1L甲醇的产氢量是1L液氢的2倍。

为甚么这个技术有可能这样做？二十年前，全天下第一辆汽油转化制氢的燃料电池汽车，是我领着尼桑以及壳牌的一些工程师造进去的。

这有一个小故事，那时丰田、本田、GM的低压氢燃料电池已经造进去了，尼桑发现落伍了，于是找到壳牌，又找到咱们，说能不能造一辆车，加的是汽油，汽油在车上以及水、空气反映造氢，而后增长燃料电池，这样燃料电池的功能高，同时也可能不用加氢站。

当时为甚么不做甲醇？由于美国尚未大规模开采页岩气，外洋的甲醇老本过高。2005年，假如咱们预料到会爆发页岩气革命，就不会花28亿美元建零传染火电厂。但技术是不可预料的。页岩气革命让天下上猛然发现了上百年用不完的做作气，也使患上做作气从17美元/百万英热单元狂降到1.5美元，如今平盘到3美元摆布。

在做作气价钱那末高的时候，甲醇不经济性。以是，当时咱们公司思考用油，说能不能在车上汽油制氢。老板找我的时候，我说这个名目确定不挣钱。他跟我说，我做阿波罗登月的时候根基不想到挣钱，但事实上咱们阿波罗登月开拓的技术其后在各个规模用上了，如今有尼桑给咱们钱，惟独把技术做到极限，最后也能在其余规模实用。我说，惟独别拿挣钱掂量我，你给我钱我来玩技术。其后，多少年之内咱们就把第一辆汽油转化制氢的燃料电池汽车造进去了。

有了这个技术做积攒，甲醇制氢比汽油转化简略良多，由于一方面甲醇清洁良多，不硫；另一方面汽油转化需要850度以上，甲醇200度就能了。

为甚么我提甲醇这条路线？甲醇可能用煤、做作气来制，未来可能用太阳能催化二氧化碳以及水来制甲醇，就酿成绿色的甲醇。中国迷信院大连化物所的李灿院士以及咱们南方科技大学都在做绿色甲醇的研发，中科院在兰州已经建树了1000吨的论证树模工场。如今中国甲醇产能全天下最高，约莫8000多万吨。此外，页岩气革命让天下发现了100多年用不完的做作气。有100多年用不完的做作气，就有100多年用不完的甲醇。未来假如碳税真正下来了，咱们也可能用风能以及太阳能制氢，这样破费的甲醇就美全是绿色甲醇了。

可是这个天下不需要谋求相对于的“零碳”。“碳中以及”有一个意见，便是这个天下碳太多欠好。可是任何人谋求零碳是不迷信的，由于咱们吃的食物、植物妨碍以及光协熏染都需要二氧化碳。假如把中国的经济从煤经济转到做作气经济概况是甲醇经济就能减碳67%，那末根基上就能做到碳失调了。因其中国讲的是“碳中以及”，外洋讲的是“净零排放”，也便是要排放的同时也要有此外技术失调排放。

我总体感应，从中国的做作先天来看，中国有很成熟的煤制甲醇技术，只是要发生良多的二氧化碳，由于要补氢。假如那部份的氢可能在西部用太阳能大风能制，这样煤转成甲醇就不用排放二氧化碳，再用甲醇作为能源的载体就能减碳67%，这可能是比力事实的一条碳中以及道路。

这样风能、太阳能尽管贵一点，但煤很重价，这两个一中以及，老本即可控了。氢气以及二氧化碳做绿色甲醇当初尚有确定的老本拦阻，如今直接用现有的煤致使劣质煤制甲醇就能了。甲醇是一个载体，液体的载体比气以及电载体迷信多了。由于，电尽管好输送可是欠好存储，氢既欠好输送，也欠好存储，惟独液体比力利便。

明天氢气制作很重价，可一旦缩短到多少百千克大气压的时候成本就下来了。张家口冬奥会做氢能树模，国家津贴了大批资金，而且目的在未来多少年抵达30元/kg的氢气价钱。可是假如在车上用甲醇，就按明天的市场价钱买甲醇，每一千克氢气的老本惟独15元。

以是一方面是甲醇制氢的老本低了；另一方面，甲醇常温常压下是液体，甲醇站可能用已经有的液体加油站改装。对于艰深的加油站，近些年可能是6个罐，前期交流成1个甲醇罐、5个汽柴油罐，再过十年，交流成2个甲醇罐，4个汽油罐。这样全部能源转型就不需要再花多少多万亿去建加氢站以及充电桩了。

重大估算一下妄想老本，凭证加油站450辆车/天的加注能耐，充电站24辆车/天充电能耐，小型氢气加注30辆车/天的能耐来测算，假建都建一万座，甲醇约莫需要20亿美元，充电站约莫需要830亿美元，加氢站约莫1.4万亿美元，而且这个1.4万亿尚未思考地价的因素。

我不以为咱们会把花了多少万亿建起来的液体燃料根基配置装备部署毁掉再重新建加氢站以及充电桩，不需要。煤油假如排碳过高可能用绿色的液体取代，而且咱们可能把太阳能大风能转成液体贮存下来，这就修正了储能的意见，原本巨匠多少多年花了多少多万亿便是钻研储电，可是储电干了一百年都干不外一个抽水储电，这条线上再给十亿的研发经费，乐成的多少率也便是万分之十、千分之一。

电池对于小型配置装备部署好比说手机颇为紧张，可是靠电池做大型的储能要颇为谨严。最近国家也颇为留意，把梯级运用的大电站停下来了，由于清静性是一个下场。

电动车以及燃料电池最大的下场在于根基配置装备部署的土地老本下场以及夏日续航下场。如今咱们都市里土地很贵，良多多少多酬谢了拿国家津贴就在朝外搞一个充电站，可是买一辆车假如开车一个小时能耐到充电站，你会买吗？如今，中国已经建成的公共充电桩运用率平均惟独4%摆布，其中充电桩铺设至多的北京、上海，运用率仅为1.8%、1.5%。电动车存在里程焦虑且夏日无奈知足供暖，到夏日一遇冷可能会趴窝，要知道全天下80%主要发达都市位于北纬25度以上，纽约、伦敦、巴黎、莫斯科、东京、北京、多伦多，这些都市都是有夏日的中间，假如一辆汽车只能炎天开夏日开不了，你会买吗？原本我在北京，为了钻研这个，特意找电动出租车坐，上车后我发现司机大夏日衣着军大衣、棉靴子，不敢开暖气。我说把暖气掀开，司机说他不敢。由于不开暖气，只能跑100多公里，假如开了暖气，即将就没电了，他根基赚不了钱。

假如风能、太阳能以及煤炭散漫转成甲醇，我车上永世装50升的甲醇就好办了。明天，在深圳买一辆电动车，连广州都不敢跑一趟。跑到那边没电了不知道到哪充，纵然能找到充电桩，可能也要等一个小时，而快充对于电池的破损很大。奈何样办？咱们如今想措施给电动车赋能。反正破晓回家停车，你在停车位边安一个比力小的慢充装置，多少百块钱就好了。你把它充斥，可是车上永世装50L的甲醇，就至关于你破晓睡觉把手机充斥，同时还带了一个充电宝。没电的时候，就能用车上的甲醇以及水制氢，用氢发电。这样根基不需要再建那末多充电站以及加氢站，而且甲醇以及水反映惟独要200多度，它的余热就能把电池坚持在最佳的温度。

雾霾的元凶在哪里？

尚有一个碳中以及的道路，是跟雾霾相关的。

这些年，我不断在钻研雾霾。我对于雾霾有亲自体味。假如不断在北京生涯咱们可能感应不到，但我家在南加州，早些年归国后，每一次从洛杉矶到北京之后，那种强烈的比力让我感应确定要把中国的雾霾给规画好。

雾霾搜罗一次颗粒以及二次颗粒。化石燃料如柴油熄灭时尾气中间接排放的颗粒是“一次颗粒（Primary Particulates）”，占雾霾总量的24%摆布。对于雾霾贡献最大的是 “二次颗粒(Secondary Particulates)” 占到其总量的约50%摆布。“二次颗粒”是化石燃料熄灭尾气中的气态传染物（如NOx、SOx）以及挥发性有机物（VOC）进入大气后，在确定的水雾形态下与空气中的氨及VOC等物资爆发气溶胶反映组成的颗粒。氮氧化物在天空遇水就酿成硝酸，硫氧化物氧化遇水便是硫酸。假如咱们不运用化肥就只能组成酸雨形不可雾霾。大批运用化肥以是天上有氨，氨是碱，酸碱反映而后组成颗粒PM2.5。肉眼的分说率惟独60微米，头发丝约莫是70微米，一个PM2.5的颗粒是看不见摸不着，可是当有数个PM2.5悬浮在乾坤面就能遮天蔽日。

这两年国家在脱硫脱硝上花了上万亿，取患上颇为大的妨碍，可是到夏日尚有雾霾，一个严主因素是运用化肥以及氨排放不患上到饶富的看重。化肥的排放便是氨的排放。

化肥有它的下场以及弊性，运用一年、两年、三年、五年没下场，可是用了三十年、五十年之后，下场来了。早些年硝酸铵、磷酸铵强酸弱碱，氨被罗致，酸流到土壤概况，把土壤中的细菌杀去世，引起大面积的土地板结。

此外，用了化肥三十年、五十年后的工具看着个大皮厚，但吃着不滋味了。甚么原因？由于抉择食物营养以及滋味的是妨碍作物的半米摆布深的土壤中微量元素以及矿物资的含量。土壤中有良多矿物资不溶于水，可是一碰着酸，会爆发酸浸，浸三五十年之后，当半米深的土壤中这些微量的矿物资都不了的时候，食物不可能巩固。中国淮河两岸吃的工具纷比方样是由于两岸的土壤组成纷比方样。

比力1960年的玉米以及2013年的玉米情景。1960年是隧道做作妨碍的，2013年的是化肥催大的，看着个大丰满，可是每一100克概况钙含量着落了78%。人类大批运用化肥以及农药，导致土壤中的微量元素不断着落，并伴同着哮喘、心脏病、癌症等疾病的削减。

中国自1978年刷新凋谢之后，开始大批开始运用化肥，到约莫2011年化肥产能挨近峰值。这时期全中国食粮增产了87%，但化肥运用量削减到682%。每一吨食粮产量需要0.1吨的化肥。2017年天下农作物总收获面积1.6亿公顷，平均化肥施用强度为352千克/公顷，福建、海南、北京、广东等省市分说为751千克/公顷、724千克/公顷、707千克/公顷、611千克/公顷；而国内借鉴线值为225千克/公顷（天下平均水平为120千克/公顷）。

着实随经数百万至数万万年，物资不灭，土壤中珍贵的微量元素及矿物资因此煤炭的方式保存至今的。煤炭中可燃的部份，根基是经由光协熏染二氧化碳组成的；不可燃的部份从哪里来的？便是太古时期树根罗致的珍贵的矿物资、微量元素。但这些工具不能用火烧掉，一千多度之后它们就组成为了玻璃状的琉璃瓦。

图4 微矿分说技术

如今咱们有一其中间技术（图4）便是在水中把煤概况可燃的以及不可燃的并吞妨碍磨细，底下浅色的便是土壤中最珍贵的工具，可是不能直接加，要经由一系列微生物的历程，最后组成最佳的土壤改善剂。下层的劣质煤就能制甲醇，这样甲醇的老本也可能降下来。这是环环相扣的。

为甚么要从雾霾开始讲？由于这种小颗粒像雾霾，过滤下来之后比重比空气重良多，它以2.5微米悬浮在地面不会落下来，除了非下雨，由于当粒度到这么小的时候，重力就起不了熏染，而是概况力在起熏染。

那末既然它悬浮到空气中下不来，咱们就让它悬浮到水概况组成相似“玄色牛奶”的燃料。牛奶概况上看是液体，在显微镜底下着实是多少十微米的氮颗粒悬浮在水里的。咱们将微米级的煤炭颗粒、纯碳颗粒悬浮在水里，而后计划一个汽锅，让它熄灭起来比做作气都清洁。咱们致使可能直接用汽化炉制甲醇，患上到的燃料好比今的船油还清洁、还重价，同时还可能处置中国的煤炭运输下场。

如今到鄂尔多斯、吕梁高速公路上，良多大卡车拉煤，传染很重。当初，咱们储煤的中间海拔约莫1500-2000米，运煤的中间好比深圳惟独多少十米的海拔，这样建一个管路自己就流以前了。

十年前，我说中国的雾霾汽车有贡献可是相对于不是主要的，要规画雾霾首先要把煤搞清洁之后再烧；当时增长电动车的一批人，说要规画雾霾就要把汽车酿成电动车。可是去年疫情防控时期良多中间封城，让我有机缘做一个大试验，当时，全中国的汽车，搜罗电动车都停了两个多月，可北京、太原、西安、哈尔滨、郑州雾霾的天仍是良多。原因在哪里？主要仍是抗疫的时候大夏日家里供暖的下场，中国的做作气不够，还患上烧煤。

当时，我以规画雾霾的心态做这个技术，如今已经财富化了，工场已经开始运行了，而且做了大批的农田试验，下场比咱们想象的要好。

碳中以及的事实道路

这样，咱们就能谈碳中以及的多少个事实道路。

第一是经由现有煤化工与可再沉闷力散漫实现低碳能源零星。一方面可能让现有的煤化工实现净零碳排放，另一方面是经由太阳能、风能、核能电解水制备绿氢以及氧气，分解气不经水汽变更，大大飞腾煤制甲醇的二氧化碳排放。

第二是运用煤炭规模的碳中以及技术——微矿分说技术。在煤熄灭前，把可燃物及含传染物的矿物资分并吞，制备低老本类液体燃料+土壤改善剂，源头处置煤传染、滥用化肥及土壤生态下场，同时低老本破费甲醇、氢气等高附加值化学品。

由于传统的煤炭运用方式熄灭二氧化碳排放发生的灰渣有10%的碳，不光是浪费能源而且如今酿成为了固废，全部内蒙古的电厂粉煤灰成灾。经由火离之后，该做燃料就做燃料，该做土壤做土壤，分流之后，这边释放二氧化碳，更多的森林长起来把二氧化碳吸归来，这样做了残缺可能抵达碳中以及。（图5）

图5 微矿分说技术下场展现

当清洁固体燃料CSF产量抵达25万吨时，咱们每一年碳排淘汰约69.5万吨，凭证规画的面积约莫可能吸归来20.8万吨，在施用土壤矿物改善剂SRA条件下，可能吸归来48.7万吨、61.9万吨，致使74.9万吨。（见下表）

这是比力事实的碳中以及的道路，而且不需要那末高的老本，适量花一点钱就能做到的。

第三，实现光伏与农业的综合睁开，将光伏与农业、畜牧业、水资源运用及沙漠规画并举，实现光伏以及沙漠规画散漫，及光伏以及农业散漫减碳。

西部缺水，水一浇就漏上来了，因此，咱们可能接管颇为保水的质料。可是西部再保水，大太阳晒仍是长不进去，奈何样办？有了太阳能板，底下的挥发削减了，就能种工具。太阳能有一个最大的短处，便是要定期冲这个板，有了发电，巨匠可能花一点钱拿PVC管接点黄河水以前，每一多少周给光伏板冲水，同时，水资源珍贵，冲过的水咱们还可能用来给农作物做滴灌。这样，发电的同时还可能把底下全副酿成绿色，变好了再把太阳能板搬个多少百米，一片片土地可能规画进去。

第四，峰谷电与热储能综合运用。火电厂是三更也不能停的。如今中国的火电厂在三更12点到早上的6点电这个区间，尽管还在排淘汰许二氧化碳，但发的电没人用，是浪费掉的。奈何样办？电欠好贮存，可能用热的方式贮存下来，运用扩散式储热模块，在谷电时段把电以热的方式储下来，再在需要时用于供热或者空调，这样可能让1/4致使是1/3的光阴的电不至被浪费，可大大飞腾二氧化碳排放，实现真正的煤改电，再配合屋顶光伏策略及县域经济，进一步削减电能破费。能量不光仅是电能，国内储能规模对于储电关注较多，但实际上大少数的能量从破费端来看都是用在了热能规模，储热技术也是需要咱们去关注以及睁开的。

第五，运用可再沉闷力制甲醇，而后做扩散式的发电。可能运用甲醇氢能扩散式能源替换所有运用柴油机的场景，以及光伏、风能等不晃动可再沉闷力多能互补。

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