2021年7月15日上午，國際知名的能源專家、澳大利亞國家工程院外籍院士、南方科技大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院院長(zhǎng)劉科做客科技創(chuàng)新院士報(bào)告廳，圍繞“碳中和誤區(qū)及其現(xiàn)實(shí)路徑”做了精彩演講，在業(yè)內(nèi)引起廣泛關(guān)注。

以下內(nèi)容根據(jù)劉科院士的演講速記整理，經(jīng)本人修訂發(fā)布。原標(biāo)題為《碳中和誤區(qū)及其現(xiàn)實(shí)路徑》。

圖1 1912年，愛迪生跟他的電動(dòng)車合影。

電動(dòng)車和燃油車之爭(zhēng)不是今天剛剛開始。1912年，以愛迪生為首的一批科學(xué)家，就覺得將來電動(dòng)車可以統(tǒng)領(lǐng)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(jì)30年代以后電動(dòng)車就幾乎銷聲匿跡了，今天燃油車仍然占有絕對(duì)統(tǒng)治地位。

為什么一百年前電動(dòng)車多于燃油車？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)開的車，上面再加一個(gè)車體就是汽車了。今天高爾夫球場(chǎng)開的車就是一百年前愛迪生開的車，所以電動(dòng)車不是全新的技術(shù)，它這么多年來創(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)車沒有競(jìng)爭(zhēng)過燃油車？世界前100年選擇了燃油車的根本原因是什么？我在這里不預(yù)測(cè)未來，只用數(shù)據(jù)來講歷史，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、輪船的影響不大，但油箱不能無窮大。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，遠(yuǎn)大于電池。

第二個(gè)原因，液體是最好的儲(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，而且可以在常溫常壓下長(zhǎng)期儲(chǔ)存。

2016年我到深圳工作不久，在一個(gè)能源研討會(huì)上，我向很多能源界、學(xué)術(shù)界的朋友提了一個(gè)問題，當(dāng)時(shí)很長(zhǎng)一段時(shí)間在深圳開車加油是7塊錢左右一升，假設(shè)這個(gè)汽油是從休斯敦的煉油廠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？我讓好多搞能源的朋友猜，有人猜是一半（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(shí)候大家沒人相信，但一算就明白了。現(xiàn)在的大油輪一條大船可以拉30萬噸，折算汽油是約4億升（折算原油約3.6億升）。

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)的就是船的油錢和折舊費(fèi)，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(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車。

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（如蘇格蘭烈性伏特加、中國的二鍋頭、茅臺(tái)等）存50年沒問題，但電和氣都不能長(zhǎng)期儲(chǔ)存。常見的高度酒也是一種醇類液體，舉這個(gè)例子告訴大家，液體燃料的運(yùn)輸以及長(zhǎng)期存儲(chǔ)不存在任何問題。

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，那里沒有電網(wǎng)、天然氣網(wǎng)，很多村鎮(zhèn)只有一個(gè)加油站，一罐汽油、一罐柴油拉過來就可以滿足日常生活了。

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(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)沒那么容易可以鋪設(shè)到。這就是液體能源的優(yōu)勢(shì)。人類永遠(yuǎn)選擇經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化的東西，不是誰喜歡什么，而是什么東西最便宜，最方便。

第三點(diǎn)，為什么人類的第一條流水線是福特的流水線？

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)設(shè)計(jì)一旦定型，在一條流水線每年造100萬臺(tái)的時(shí)候，每臺(tái)的成本會(huì)極大降低。1913年，福特的流水線一上去量產(chǎn)，就讓美國的汽車從4700美元降到380美元，讓每個(gè)藍(lán)領(lǐng)工人都可以買得起汽車。

然而電動(dòng)車的不同之處在于，每個(gè)電池都需要一定量的鎳、鈷、鋰，車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)車的材料成本占大頭，加工成本并不是主流，所以采用流水線可以降低一些，但不能有根本的降低。

中國的電動(dòng)車從2016年底的51.7萬輛增加到2018年第一個(gè)季度的79.4萬輛，增量為28萬輛，相對(duì)于當(dāng)時(shí)整個(gè)汽車市場(chǎng)一年2900萬輛的產(chǎn)量的1/1000，但同期追蹤全世界的鈷的價(jià)格和鋰的價(jià)格，分別漲到了原來的四倍和兩倍。

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，造得越多材料越貴。當(dāng)鈷的價(jià)格翻了四倍，鋰價(jià)格翻了一倍的時(shí)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(shí)現(xiàn)盈利，這反過來告訴我們，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)榱炕瘜捤桑硪环矫婢褪沁@些金屬原來的供需關(guān)系發(fā)生了變化。原來的供需關(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)在突然來了這么多造車新勢(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)人買不起的價(jià)格。

就按今天的價(jià)格，電動(dòng)車的成本其實(shí)每個(gè)人心里都有數(shù)。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(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(yè)里面是清楚的。現(xiàn)在資本市場(chǎng)很熱，但是一旦補(bǔ)貼政策停止了，能不能掙錢冷暖自知。

圖2 2018年5月13日，李克強(qiáng)總理參觀日本豐田氫燃料汽車。

大家關(guān)心汽車的人可能都看過這張照片（圖2）。借著2018年5月13日國家總理李克強(qiáng)訪問豐田汽車公司，網(wǎng)上瘋炒氫能，說電動(dòng)車真正的未來是氫燃料電池汽車，不是電動(dòng)車。氫能有它的好處，發(fā)電效率高，能降低對(duì)石油的依賴，排放的是水蒸氣，而且大規(guī)模量產(chǎn)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(shù)相對(duì)來講比較成熟。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)幾百萬個(gè)甚至將來上千萬個(gè)電池分布在中國大地，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，怎么把能源輸過來，這是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。

我在GE曾花了幾百萬美元和很多博士一起做能源的全生命周期分析研究的模型，每一步的排碳是多少，效率是多少，最后用數(shù)字說話。回國后，我花了很大的代價(jià)把這套方法論引進(jìn)來，專門在低碳所和美國的最大的EPC公司及國家實(shí)驗(yàn)室合作啟動(dòng)了“能源的全生命周期的分析”的項(xiàng)目，從零開始培養(yǎng)這方面的人才。這種軟課題在國內(nèi)很難拿到大的經(jīng)費(fèi)支持，但是很重要，因?yàn)橐谩皵?shù)據(jù)決策”。

原中國工程院副院長(zhǎng)謝克昌院士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)包括低碳所的田亞俊博士等正在致力于推動(dòng)這方面的工作，補(bǔ)這一塊的短板，是非常有意義、有價(jià)值的工作。

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，并不斷地調(diào)整，最后能夠跟現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)對(duì)照，不斷修正模型參數(shù)，最后用這些模型的預(yù)測(cè)數(shù)字做未來的決策，這叫“數(shù)據(jù)決策data-driven decision making”，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(shù)據(jù)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，建立模型，用模型分析完以后大家用數(shù)字說話。

電動(dòng)車遇到這些問題，并不意味著不去發(fā)展電動(dòng)車和電池技術(shù)，電池技術(shù)的研發(fā)永遠(yuǎn)是重要的，不僅是工業(yè)界在推動(dòng)研發(fā)各種先進(jìn)電池技術(shù)，我們南方科技大學(xué)的趙予生教授、鄧永紅教授等團(tuán)隊(duì)在這方面一直努力創(chuàng)新研發(fā)，并且取得了領(lǐng)先的進(jìn)展。但是有一點(diǎn)我要講，電動(dòng)化和網(wǎng)聯(lián)化沒有必然的聯(lián)系。

內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)只要電池足夠大，夠一臺(tái)較好的計(jì)算機(jī)用就行了?，F(xiàn)在有人說要搞網(wǎng)聯(lián)化、搞智能化，所以必須搞電能化，這句話只對(duì)了一半。今天一個(gè)智能手機(jī)的運(yùn)算能力有多少？網(wǎng)聯(lián)化可能需要幾十個(gè)手機(jī)的運(yùn)算能力，那也就是幾塊電池的問題。

但是如果因?yàn)樾枰@種運(yùn)算能力，就一定要把驅(qū)動(dòng)改成電動(dòng)嗎？

實(shí)際上，現(xiàn)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(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)化和電動(dòng)化沒有必然的聯(lián)系。

氫能一點(diǎn)也不新，早在上個(gè)世紀(jì)六十年代，阿波羅登月的時(shí)候就是帶著液氫液氧上天，氫能發(fā)的電供儀器用，產(chǎn)生的水宇航員喝。

我曾經(jīng)在美國聯(lián)合技術(shù)（UTC）-殼牌合資公司工作，很多年美國所有宇宙飛船的燃料電池就是聯(lián)合技術(shù)公司（UTC）生產(chǎn)的。上世紀(jì)90年代一直到2005、2006左右，這個(gè)期間美國花了上百億美元在燃料電池上的研發(fā)。我記得2003年小布什總統(tǒng)在他的國情咨文演講時(shí)說，他會(huì)宣布一個(gè)計(jì)劃，美國能源部花12億美元開發(fā)氫燃料電池汽車，15年后每一個(gè)美國人開的車后邊排放的都是水蒸氣。然而到現(xiàn)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。小布什總統(tǒng)用還沒有真正意義上突破的技術(shù)去制定國家戰(zhàn)略，耗費(fèi)大量投資，盡管在這期間培養(yǎng)了的大量的科學(xué)家和研發(fā)人員，但是對(duì)于產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)和環(huán)境的改變是微乎其微的。

燃料電池汽車，也就是我們說的氫能汽車，為什么沒有產(chǎn)業(yè)化？最根本的原因是氫氣不適合于作為你我大眾共有的能源載體。很多人在這塊有一個(gè)誤區(qū)，甚至有媒體渲染說“氫是人類的終極能源”，這句話是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/span>氫不是一次能源，而是一種二次能源，或者更確切地說是能源的載體。這個(gè)世界有煤田、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，氫不具備上面提到的液體能源在能量密度、管道及跨海輸送、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)方面人們無法通過研發(fā)改變。

第一，氫氣是體積能量密度最小的物質(zhì)，我們要求是體積能量密度越大越好。

如果論公斤（質(zhì)量能量密度），氫的能量密度是最大的。但是對(duì)于汽車壓重和輪船有壓艙水來說，重一點(diǎn)問題不大，但油箱體積不能太大，應(yīng)該論每立方米，論公斤意義不大。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3）。

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?yán)锏膬?chǔ)氫罐，都是350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摺W(xué)過理工的人都知道，700公斤壓力的高壓設(shè)備，不是那么容易生產(chǎn)制造的。

圖3：各類能源的能量密度

第二，氫氣高壓會(huì)有一個(gè)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(zhǎng)期儲(chǔ)存是問題。

第三，氫氣露在空氣中沒有問題，我們?cè)?0多年前在美國做過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，一個(gè)氫燃料電池車，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，用超強(qiáng)的步槍打穿，因?yàn)闅錃夂茌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)間逃逸。

但是，在封閉的空間里，氫氣就會(huì)產(chǎn)生巨大的問題。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(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，90%以上的車是停到地下車庫這一封閉空間里的。當(dāng)大量氫能汽車進(jìn)到地下車庫，若有一輛車泄露，就會(huì)產(chǎn)生巨大的危險(xiǎn)。盡管這個(gè)是小概率事件，但是使用量眾多的時(shí)候，總有部件老化等問題發(fā)生，哪怕儲(chǔ)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(fā)生了撞擊。一旦泄露遇到火星、電火花就會(huì)爆炸，引起其他車爆炸，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?，現(xiàn)在都不讓運(yùn)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(dāng)然，將來是不是能夠建氫管道是另外一個(gè)問題。

同樣因?yàn)闅錃獾谋ㄐ裕ㄔO(shè)加氫站要特別小心，周圍需一定的安全距離?，F(xiàn)在的北上廣深到處都是加油站，但地價(jià)這么貴，到哪找能那么多地重新建加氫站呢？

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

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(huì)主席并且二十多年來一直是國際氫能協(xié)會(huì)的理事，帶了幾個(gè)專家到深圳來調(diào)研，我們談了一下午，之后我把氫能的一些現(xiàn)狀、問題以及解決途徑寫了一個(gè)簡(jiǎn)單的報(bào)告，后來他們就把它放進(jìn)《科技日?qǐng)?bào)》的頭版頭條里。

制氫容易，但儲(chǔ)氫、運(yùn)氫有難度。世界上其實(shí)氫氣的使用很廣泛，中國的氫氣產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到3000多萬噸/年了，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，但是目前沒有一個(gè)化肥廠、煉油廠是靠太陽能、風(fēng)能制氫、制化肥。

什么原因？太貴，要是便宜的話，這些化肥廠，煉油廠早就改了用太陽能、風(fēng)能制氫了。

現(xiàn)在全世界每年已有數(shù)千萬噸的氫市場(chǎng)，而且供給到煉油廠氫是最貴的，每個(gè)煉油廠邊上都有個(gè)大的氣體公司。用風(fēng)能、太陽能制氫不是不可以做，只是目前沒有足夠的經(jīng)濟(jì)吸引力。如果說這是賺錢的，相信很多企業(yè)家早就開始拿風(fēng)能和太陽能制氫去了。

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

如果今后真正想實(shí)現(xiàn)碳中和，并且太陽能、風(fēng)能可以賣碳稅的時(shí)候，可以把風(fēng)能、太陽能和煤結(jié)合制出比較便宜的甲醇，通過車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。這條路線未來是有可能的。我只能說有可能，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甲醇和水反應(yīng)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，全世界第一輛汽油在線轉(zhuǎn)化制氫的燃料電池汽車，是我領(lǐng)著尼桑和殼牌的一些工程師造出來的。

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)造出來了，尼桑發(fā)現(xiàn)落后了，于是找到殼牌，又找到我們，說能不能造一輛車，加的是汽油，汽油在車上和水、和空氣反應(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)為什么沒有做甲醇？因?yàn)轫搸r氣革命還沒發(fā)生，天然氣當(dāng)時(shí)很貴，國外的天然氣制甲醇成本太高。2005年，如果我們預(yù)測(cè)到會(huì)發(fā)生頁巖氣革命，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/百萬英熱單位狂降到1.5美元，而后平盤到3美元左右。

在天然氣價(jià)格那么高的時(shí)候，甲醇沒有經(jīng)濟(jì)性。所以，當(dāng)時(shí)我們公司考慮用油，說能不能在車上汽油制氫。

老板找我的時(shí)候，我說這個(gè)項(xiàng)目肯定不掙錢。但是他跟我說，我做阿波羅登月的時(shí)候根本沒有想到掙錢，但事實(shí)上我們阿波羅登月開發(fā)的技術(shù)后來在各個(gè)領(lǐng)域用上了，現(xiàn)在有尼桑給我們錢，只要把技術(shù)做到極限，最后也能在其他領(lǐng)域有用。

我說，只要?jiǎng)e拿掙錢衡量我，我們把技術(shù)做到極限那是好事。后來，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造出來了。

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?，沒有硫；另一方面汽油轉(zhuǎn)化需要850度以上，甲醇和水反應(yīng)200多度就可以了。

為什么我提甲醇這條線路？甲醇可以從煤、天然氣來制，未來可以用太陽能制氫與CO2反應(yīng)制，或太陽能催化二氧化碳和水來制甲醇，就變成綠色的甲醇。中國科學(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。

現(xiàn)在中國甲醇產(chǎn)能全世界最高，大概8000多萬噸。另外，頁巖氣革命讓世界發(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。未來如果碳稅真正上去了，我們也可以用風(fēng)能和太陽能制氫，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，國際上常提的零碳排放通常是“近零（Near Zero）”和“凈零(Net Zero)”。

講碳中和的時(shí)候一定要強(qiáng)調(diào)，就是這個(gè)世界碳太多不好，但是任何人追求絕對(duì)的零碳是不科學(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。

因此中國講的是“碳中和”，國外講的是“凈零排放”，也就是要排放碳的同時(shí)，有別的技術(shù)或者措施實(shí)現(xiàn)排放平衡到一定水平。

我個(gè)人覺得，從中國的天然能源稟賦和工業(yè)基礎(chǔ)來看，中國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)氫以達(dá)到甲醇合成所需要的碳?xì)浔?，然而通過水煤氣變換將一氧化碳轉(zhuǎn)化成氫氣的同時(shí)會(huì)排放二氧化碳。

如果那部分的氫可以在西部用太陽能和風(fēng)能制，同時(shí)副產(chǎn)氧氣供煤氣化用，能夠解決很多排放問題；煤制甲醇的工廠里，空氣深冷分離制氧氣的空分裝置是投資最大的，這塊投資未來省下來可以做太陽能電解水裝置生產(chǎn)氧氣和氫氣供煤制甲醇用，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做到減碳60%以上，這可能是未來比較現(xiàn)實(shí)的一條碳中和路線。

說穿了是利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施把太陽能以甲醇液體的形式儲(chǔ)存下來；這是未來風(fēng)能，太陽能儲(chǔ)能的另外一條途徑。

這樣風(fēng)能、太陽能雖然貴一點(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)?，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，國家補(bǔ)貼了大量資金，并且目標(biāo)在未來幾年達(dá)到30元/kg的氫氣價(jià)格。但是如果在車上用甲醇，就按今天的市場(chǎng)價(jià)格買甲醇，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/天的加注能力，充電站24輛車/天充電能力，小型氫氣加注30輛車/天的能力來測(cè)算，假設(shè)都建一萬座，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1.4萬億美元，而且這個(gè)1.4萬億還沒有考慮地價(jià)的因素。

我不認(rèn)為我們會(huì)把花了幾萬億建起來的液體燃料基礎(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能和風(fēng)能轉(zhuǎn)成液體儲(chǔ)存下來，這就改變了儲(chǔ)能的概念，原來大家多少年花了多少萬億就是研究?jī)?chǔ)電，但是儲(chǔ)電干了一百年都干不過一個(gè)抽水儲(chǔ)電，這條線上再給十億的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，成功的概率也就是萬分之十、千分之一。

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

電動(dòng)車和燃料電池最大的問題在于基礎(chǔ)設(shè)施的土地成本問題和冬天續(xù)航問題。現(xiàn)在我們城市里土地很貴，好多人為了拿國家補(bǔ)貼就在郊外搞一個(gè)充電站，但是買一輛車如果開車來回一個(gè)小時(shí)才能到充電站或加氫站，你會(huì)買嗎？

現(xiàn)在，我國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)車存在里程焦慮且冬天無法滿足供暖，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，如果一輛汽車只能夏天開冬天開不了，你會(huì)買嗎？

原來我在北京，為了研究這個(gè)，專門找電動(dòng)出租車坐，上車后我發(fā)現(xiàn)司機(jī)大冬天穿著軍大衣、棉靴子，不敢開暖氣。我說把暖氣打開，司機(jī)說他不敢。因?yàn)椴婚_暖氣，只能跑100多公里，如果開了暖氣，馬上就沒電了，他根本賺不了錢。

如果風(fēng)能、太陽能和煤炭結(jié)合轉(zhuǎn)成甲醇，我車上永遠(yuǎn)裝50升的甲醇就好辦了。今天，在深圳買一個(gè)電動(dòng)車，連廣州都不敢跑一趟。跑到那里沒電了不知道到哪充，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)車賦能。反正晚上回家停車，你在停車位邊安一個(gè)比較小的慢充裝置，幾百塊錢就行了。

你把它充滿，但是車上永遠(yuǎn)裝50L的甲醇，就相當(dāng)于你晚上睡覺把手機(jī)充滿，同時(shí)還帶了一個(gè)充電寶。沒電的時(shí)候，就可以用車上的甲醇和水制氫，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，也解決電動(dòng)車冬天的續(xù)航里程問題。

還有一個(gè)碳中和的路線，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不到，但我家在南加州，早些年回國后，每次從洛杉磯到北京以后，那種強(qiáng)烈的對(duì)比讓我覺得一定要把中國的霧霾給治理好。

霧霾包括一次顆粒和二次顆粒。化石燃料如柴油燃燒時(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。

然而大量使用化肥向大氣中釋放了一定規(guī)模的氨，氨在大氣中呈堿性，酸堿中和生成硝酸銨鹽、硫酸銨等固體細(xì)顆粒，這些細(xì)顆粒才是PM2.5的主要來源。頭發(fā)絲大概是70微米左右，肉眼的分辨率在60微米左右，一個(gè)PM2.5的顆粒是看不見摸不著的，但是當(dāng)無數(shù)個(gè)PM2.5懸浮在天空中就可以遮天蔽日。

這兩年國家在脫硫脫硝上花了上萬億，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有得到足夠的重視?；实呐欧啪褪前钡呐欧?。

化肥有它的問題和弊性，它使用一年、兩年、三年、五年沒問題，但是用了三十年、五十年以后，問題來了。早些年硝酸銨、磷酸銨強(qiáng)酸弱堿，氨被吸收，酸留到土壤里面，引起土地酸化，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、五十年后的土壤長(zhǎng)出來的蔬菜看著個(gè)大皮厚，但吃著沒有味道了。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)都沒有了的時(shí)候，食品不可能不變。

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，但是每100克里面鈣含量下降了78%。人類大量使用化肥和農(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。

中國自1978年改革開放之后，開始大量開始使用化肥，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、724、707、611公斤/公頃；而國際警戒線值為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)百萬至數(shù)千萬年，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，基本都是通過光合作用二氧化碳形成的；不可燃的部分從哪里來的？就是遠(yuǎn)古時(shí)期樹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不可燃的分開進(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)過一系列微生物的過程，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。這是環(huán)環(huán)相扣的。

為什么要從霧霾開始講？因?yàn)檫@種小顆粒像霧霾，過濾下來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，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，我們就讓它懸浮到水里面造成類似“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)還可以解決中國的煤炭運(yùn)輸問題。

鄂爾多斯、呂梁、榆林等地高速公路上，很多大卡車?yán)?，污染很重。目前，我們?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)管路自己就流過來了。

十年前，我說中國的霧霾汽車有貢獻(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)車的一批人，說要治理霧霾就要把汽車變成電動(dòng)車。

但是去年疫情期間很多地方封城，讓我有機(jī)會(huì)做一個(gè)大實(shí)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)，全中國的汽車，包括電動(dòng)車都停了兩個(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題，中國的天然氣不夠，大冬天，北方農(nóng)村取暖還得燒煤。

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)開始運(yùn)轉(zhuǎn)了，而且做了很多大量的農(nóng)田實(shí)驗(yàn)，效果比我們想象的要好。

圖6 微礦分離技術(shù)效果示意

當(dāng)CSF產(chǎn)量達(dá)到25萬噸時(shí)，我們每年碳排放大約69.5萬噸，根據(jù)治理的面積大約可以吸回來20.8萬噸，在施用SRA條件下，可以吸回來48.7萬噸、61.9萬噸，甚至74.9萬噸。（見下表）

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，大太陽曬還是長(zhǎng)不出來，怎么辦？有了太陽能板，底下的揮發(fā)減少了，就可以種東西。

太陽能有一個(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)錢拿PVC管子接點(diǎn)黃河水過去，每幾周給光伏板沖水，同時(shí)，水資源寶貴，沖過的水我們還可以用來給農(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，變好了再把太陽能板搬個(gè)幾百米，一片片土地可以治理出來。（圖7） 

圖7 利用微礦分離副產(chǎn)的土壤改良劑讓光伏與農(nóng)業(yè)及沙漠治理綜合發(fā)展

能量不僅僅是電能，國內(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。（圖8）

圖8 現(xiàn)實(shí)的碳中和路徑4：峰谷電與熱儲(chǔ)能綜合利用

最后提一下結(jié)論與展望，在“碳達(dá)峰、碳中和”的時(shí)代背景下，需要對(duì)一些誤區(qū)進(jìn)行澄清，同時(shí)認(rèn)清技術(shù)的發(fā)展邏輯，找尋現(xiàn)實(shí)發(fā)展路徑，我在這里總結(jié)了以上的碳中和可能的幾個(gè)現(xiàn)實(shí)路徑供大家參考。