刘科院士：碳中和的6大误区和燃料电池汽车可能的实现路径

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刘科院士：碳中和的6大误区和燃料电池汽车可能的实现路径

来源： 财经十一人，作者：澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学创新创业学院院长刘科

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。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。

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。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。

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。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。

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。

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。

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。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。

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。第一个原因，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（石油汽油柴油）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。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，但如果技术不突破，不把钴和锂的用量降下来，车造得越多材料反倒会越贵。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。

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。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。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。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。今天氢气制造很便宜，可一旦压缩到几百公斤大气压的时候成本就上去了。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，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。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。

当太阳能、风能可以卖碳税的时候，可以把风能、太阳能和煤结合制出比较便宜的甲醇，通过车载甲醇制氢并与燃料电池系统集成，这就比直接燃烧的发动机效率高。这条路线未来是有可能的。甲醇常温常压下是液体。

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