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科创院士刘科:为什么100多年前电动车未能战胜燃油车?

 2022-11-25  中国润滑油信息网
市场上对“碳达峰”“碳中和”这两个概念存在许多认知误区和盲点,对此,全球知名能源专家、澳大利亚国家工程院外籍院士刘科,在深圳创新发展研究院举办的“院士报告厅”活动上分享了他的观点。刘科目前担任南方科技大学创新创业学院院长,曾任通用电气全球研...

  市场上对“碳达峰”“碳中和”这两个概念存在许多认知误区和盲点,对此,全球知名能源专家、澳大利亚国家工程院外籍院士刘科,在深圳创新发展研究院举办的“院士报告厅”活动上分享了他的观点。

  刘科目前担任南方科技大学创新创业学院院长,曾任通用电气全球研发中心首席科学家、加州理工能源中心董事。2009年回国后,他作为主要人员参与筹建了国家能源集团北京低碳清洁能源研究院。

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  当前对碳中和的六大误解

  中国每年排放约103亿吨二氧化碳(CO2),人均排放7.4吨,一个三口之家,每年平均排放约22吨。尽管开发利用风能、太阳能,提高能源利用效率,以及将CO2转化为化学品等办法,或多或少都对减碳有贡献,但相对于天量排放的CO2来说,作用还是相当有限的。刘科指出,当前市场上对碳中和的认知有限,存在几个典型的误解。

  第一个误解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。事实是每年8760小时,全国各地的太阳能发电小时数平均在1700小时左右。也就是说,太阳能大概在1/5~1/6的时间段里比火电便宜,而在其他5/6左右的时间段,如果要储电,其成本会远高于火电。风能也好不到哪里去,平均发电时间在2000小时左右。尽管中国的风能、太阳能增量巨大,但总发电量与煤电相比仍然是小巫见大巫。而且,靠电池储电来解决太阳能、风能发电不稳定的想法“非常危险”,因为据估算,全世界5年的电池产能仅能满足东京全市停电3天的需求。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,在可见的未来无法取代化石能源发电。

  第二个误解源于第一个误解,即人们误以为会有个“魔术般”的大规模储电技术。但实际上,能源行业没有计算机行业的摩尔定律,人类已经研发了100多年,电池的能量密度也并没有得到革命性的改进,目前实现大规模储电最便宜的还是100多年前就被发明的抽水储能技术。

  第三个误解是用二氧化碳制成化学品来实现碳中和,然而从规模上,二氧化碳制成化学品并不具备减碳价值。全世界约87%的石油都被烧掉了,约13%的石油生产出了我们所有的石化产品。把平均每个家庭排放数十吨的碳转化为化学品,不仅根本用不了那么多,反而会带来更多的碳排放,所以这种办法对减碳的贡献是相当有限的。

  第四个误解是认为利用CCUS(碳捕集、利用与封存技术)能够实现碳中和。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。但是,“碳中和不光是一个技术的问题,更是经济和社会发展平衡的综合性问题”,刘科院士强调,在目前的技术下成本很高,也无法实现彻底固碳,而且二氧化碳在自然界的捕集难度很大,迄今靠CCUS减低的CO2排放量是非常有限的。

  第五个误解是认为通过提高能效能够实现碳中和。通过增加能效能够显著降低工业流程、产品使用中的碳排放,过去20年中国能效确实有显著提高,但同时期,碳排放总量不但没降低,反而增加很多。因此,提高能效是减碳的重要手段,但只要使用化石能源,提高能效对碳中和的贡献也会非常有限。

  第六个误解是希望以电动车取代燃油车来降低碳排放,但刘科表示,“如果能源结构不改变,67%的电力还是煤电,那电动车就是在增加碳排放,而不是减少碳排放。只有电网里大部分是可再生能源电的时候,电动车才算得上清洁能源车”。

  汽车行业的碳中和方案

  说到电动车,刘科认为,利用甲醇制氢的技术,或许是让电动车真正清洁化的可取路径。

  电动车100年前就出现了,过去100年它为什么未能战胜燃油车?

  在刘科看来,这一方面是能量密度和基础设施的问题,液体燃料的能量密度远高于铅酸电池,同时方便输送,人类已建成遍布全球各地的液体燃料加注设施;另一方面是量产成本与污染的问题,制造铅酸电池需要用到的材料不仅昂贵,其中的重金属(镍、钴、铅、镉等)还容易造成环境污染,而电池回收利用依然是个难题。

  这两点也是刘科不看好目前主流电动车的原因,“现在资本市场很热,但实际上能不能挣钱,(电动车企业)冷暖自知。”刘科说。

  刘科认为,氢燃料电池汽车是一个值得研究的方向,“发电效率高,能降低对石油的依赖,排放为水蒸气,而且大规模量产后成本能下来”。但氢能也存在储运成本高、安全隐患大、基础设施投资大等问题。

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  对此,刘科推荐甲醇制氢技术路线,因为甲醇是非常好的液体储氢、运氢载体。他说,中国产煤,也有成熟的煤制甲醇技术,用甲醇制氢,就能有效减少碳排放。甲醇还可以用天然气来制,页岩气革命让世界发现了100多年用不完的天然气,“有100多年用不完的天然气,就有100多年用不完的甲醇。”刘科说,未来我们也可以用太阳能制甲醇,这样生产的甲醇就完全是绿色甲醇了。

  用甲醇等液体燃料供给氢能,可以解决电动车充电及燃料电池加氢站建设的痛点。当前,甲醇加注站已经在全国多个省市示范成功,现有加油站也可以通过简单改造实现加甲醇功能。醇水溶液的储运技术也较为成熟。同时,地下停车场也可以自行搭建甲醇氢能发电系统,无需电网扩容,就可以实时发电供给充电桩电力。

  未来碳中和路径

  关于未来如何实现碳中和,刘科提出几条现实路径:

  一是通过现有煤化工与可再生能源结合,建成低碳能源系统。一方面是让现有的煤化工实现零碳排放,另一方面是通过太阳能、风能、核能电解水制备绿氢和氧气,大大降低煤制甲醇的CO2排放。

  二是推广煤炭领域的碳中和技术——微矿分离技术。在煤燃烧前,把可燃物及含污染物的矿物质分离开,制备低成本类液体燃料+土壤改良剂,从源头解决煤污染、滥用化肥及土壤生态问题,同时低成本生产甲醇、氢气等高附加值化学品。

  三是实现光伏与农业的综合发展,将光伏与农业、畜牧业、水资源利用及沙漠治理并举,实现光伏和沙漠治理结合,及光伏和农业联合减碳。

  四是峰谷电与热储能综合利用。利用分布式储热模块,在谷电时段把煤电以热的形式储存下来,再在需要时用于供热或空调,可大大降低CO2排放,实现真正的煤改电。再配合屋顶光伏战略及县域经济,进一步减少电能消耗。

  五是利用可再生能源制甲醇,然后做分布式的发电。可以使用甲醇氢能分布式能源替代一切使用柴油机的场景,和光伏、风能等不稳定可再生能源多能互补。


(来源:冲压帮)
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