2023年7月28日,在寧波前灣新區(qū)管委會(huì)聯(lián)合浙江吉利控股集團(tuán)主辦、浙江省綠色智能汽車及零部件技術(shù)創(chuàng)新中心及蓋世汽車承辦的第三屆前灣汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高端論壇上,國際知名的能源科學(xué)家、南方科技大學(xué)講席教授、澳大利亞國家工程院外籍院士劉科表示,不能依賴電池解決碳中和的儲(chǔ)能問題,要有長期儲(chǔ)能的新思路。人類當(dāng)初選擇燃油車,一是因?yàn)橐后w是最佳的能源載體,二是因?yàn)闄C(jī)械制造流水線成本低。電動(dòng)車原材料價(jià)格隨電動(dòng)車數(shù)量增加,供需關(guān)系失衡而飛漲,近期的原材料價(jià)格上漲讓電動(dòng)車已沒有利潤。
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他還表示,現(xiàn)實(shí)中通過氫能實(shí)現(xiàn)碳中和的優(yōu)選路徑是基于可再生能源的綠色甲醇技術(shù)。中國綠氫的生產(chǎn)成本在急劇下降,綠色甲醇是綠氫最好的儲(chǔ)運(yùn)載體。綠色甲醇混合動(dòng)力方案可解決電動(dòng)車?yán)锍探箲]、過冬及快充站建設(shè)等痛點(diǎn)。綠色甲醇將解決電動(dòng)車及燃料電池汽車基礎(chǔ)設(shè)施問題。分布式能源熱電聯(lián)供可降低碳排放約80%,是交通領(lǐng)域最低成本實(shí)現(xiàn)碳中和的路徑。
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劉科 | 能源科學(xué)家、南方科技大學(xué)講席教授、澳大利亞國家工程院外籍院士 內(nèi)/容/來/自:中-國/碳-排*放^交%易#網(wǎng)-tan p a i fang . com
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能源轉(zhuǎn)型中的歷史選擇與困境突破 本文`內(nèi)-容-來-自;中_國_碳_交^易=網(wǎng) tan pa i fa ng . c om
目前社會(huì)各界對(duì)碳中和都極為關(guān)注,碳中和核心要解決的是能源轉(zhuǎn)型的問題,主要聚焦于風(fēng)能、太陽能、電動(dòng)車和氫能四個(gè)領(lǐng)域。風(fēng)能與太陽能價(jià)格是較低的。華為在沙特建設(shè)1.3GWh的太陽能電站,因其日照時(shí)間長與成本較低的雙重因素,所以讓電的價(jià)格更呈下降趨勢(shì)。
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國家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院聘請(qǐng)了一批全球頂級(jí)能源專家,此前并沒有預(yù)測(cè)到中國太陽能的價(jià)格走勢(shì)。光電價(jià)格雖具優(yōu)勢(shì),卻也受到時(shí)間間斷的限制,比如風(fēng)能、太陽能和天然氣的數(shù)量龐大,照常理(新能源便宜了)油價(jià)、煤價(jià)應(yīng)該呈現(xiàn)下跌的趨勢(shì),但目前還未出現(xiàn)這樣的趨勢(shì)變化。所以新能源雖然價(jià)格較低,但儲(chǔ)能問題不得到解決,依然會(huì)面臨困境。
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電池研究了上百年,但100年前就有受地理位置限制的抽水儲(chǔ)電及利用巖洞的壓縮空氣儲(chǔ)能,這也是目前兩個(gè)大規(guī)模、低成本的儲(chǔ)電路徑。碳中和實(shí)現(xiàn)的核心:一是儲(chǔ)能;二是將短期儲(chǔ)能技術(shù)變?yōu)殚L期的。太陽能、風(fēng)能總量雖多,但如何長期存儲(chǔ)才是未來的發(fā)展戰(zhàn)略,所謂的長期存儲(chǔ)就是把太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化成甲醇這樣的液體進(jìn)行存儲(chǔ)。
一百年前紐約、倫敦、巴黎街道上的電動(dòng)車都是電動(dòng)車,因?yàn)殂U酸電池比內(nèi)燃機(jī)早發(fā)明20多年。但自1920年之后,燃油車一直在碾壓電動(dòng)車,這其中有兩個(gè)原因。
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一是能量密度。汽車、輪船等交通工具的重要參數(shù)并非質(zhì)量能量密度,而是體積能量密度。鉛酸電池于1859年發(fā)明,此后投入了上萬億的研發(fā)經(jīng)費(fèi),到今天最好的電池,每公斤大概0.4kWh,每立方米超不過600kWh。液體的甲醇的體積能量密度是4300kWh/m3,汽油是8600kWh/m3,所以選擇汽油并非偶然,而是因其體積能量密度大。
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圖源:演講嘉賓材料 本/文-內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com
二是常溫常壓下的液體,在陸地和海上分別可以進(jìn)行管路和跨海的輸送,并且成本較低。比如從全世界上任何一個(gè)碼頭,將液體運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)碼頭,每升運(yùn)費(fèi)不超過7分錢,而且能量密度較大,可以進(jìn)行長期儲(chǔ)存,但氫和電不能存放較長時(shí)間。所以人類選擇液體作為能源載體絕非偶然,是由以上特征來決定的。
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未來太陽能和風(fēng)能可以轉(zhuǎn)化成液體,用可再生能源的液體與電的結(jié)合來完成碳中和的路徑。1913年,福特發(fā)明了世界上第一條流水線。內(nèi)燃機(jī)造一輛車的成本較高,但流水線的形成可以極大降低每臺(tái)車的成本,所以自福特發(fā)明流水線之后,當(dāng)時(shí)的汽車價(jià)格從4700美金降到了360美金,這是價(jià)格下降的根本原因。
流水線雖然會(huì)使成本下降,但鋰、鈷、鎳等造電動(dòng)車所需的原材料成本會(huì)不斷增長。此前我預(yù)測(cè)如果電動(dòng)車的增速不斷加快,必然會(huì)導(dǎo)致各種金屬價(jià)格的暴漲,金屬價(jià)格昂貴,是因其供應(yīng)受限,鋰、鈷、鎳等資源的稀缺程度較高,導(dǎo)致供需關(guān)系失衡而價(jià)格飛漲。在原材料價(jià)格暴漲而電動(dòng)車售價(jià)不漲反降的情況下,電動(dòng)車廠的利潤就受到了影響,所以原材料價(jià)格的不斷攀升,成為了新能源汽車發(fā)展的掣肘。 夲呅內(nèi)傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm
電動(dòng)車在較為平坦暖和的區(qū)域必將有序發(fā)展,同時(shí)也要做到四個(gè)同步:一是電動(dòng)車發(fā)展與電網(wǎng)的清潔化同步,如果電網(wǎng)69.5%是使用煤來發(fā)電,會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)車實(shí)質(zhì)上在消耗煤炭;二是汽車產(chǎn)量要和原材料的供應(yīng)相協(xié)調(diào)和同步,否則產(chǎn)量快速增長會(huì)導(dǎo)致原材料價(jià)格的暴漲;三是電動(dòng)車發(fā)展與電池回收技術(shù)發(fā)展同步,電池的回收技術(shù)至關(guān)重要,否則一些巨毒化學(xué)品將會(huì)造成污染;四是電動(dòng)車發(fā)展與基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)同步。 內(nèi).容.來.自:中`國`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com
氫能的優(yōu)勢(shì)與綠色甲醇技術(shù) 本/文-內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com
從2003年受邀擔(dān)任任國際氫能協(xié)會(huì)的理事,我一直在研究氫能。氫能具有哪些優(yōu)勢(shì)呢?氫能是首次人類不依靠燃燒來產(chǎn)生動(dòng)力,氫氣在80攝氏度條件下和空氣中的氧通過電化學(xué)來進(jìn)行發(fā)電,這樣的發(fā)電效率是內(nèi)燃機(jī)的2~3倍,發(fā)電效率高是其最大的優(yōu)勢(shì)。燃料電池金屬回收技術(shù)較為成熟,也使得貴金屬的使用成本明顯下降,這也是氫能的優(yōu)勢(shì)之一。 本+文`內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com
從能源載體理論來看,液體是最好的能源載體,氫氣則不適合直接做能源的載體,因?yàn)槟茉摧d體需要足夠大的體積能量密度。但氫氣的體積能量密度是最小的,這導(dǎo)致儲(chǔ)氫運(yùn)氫的成本較高。氫氣是最小的分子,這也意味著氫氣極易泄露,如果是露天場(chǎng)所不會(huì)存在較大的安全隱患問題,但氫氣在封閉空間中爆炸極限最寬的氣體(4~74%),在這個(gè)范圍內(nèi)任何一點(diǎn)火花都可能會(huì)產(chǎn)生瞬燃瞬爆的結(jié)果。據(jù)煉油廠的統(tǒng)計(jì),絕大部分的事故都是因?yàn)闅錃獾男孤对斐傻模@也是氫氣的本質(zhì)特性所決定的。另外,加氫站占地面積大,基礎(chǔ)設(shè)施投資費(fèi)用也較為高昂。所以氫能雖好,但只能局限于露天場(chǎng)所和人員稀少的區(qū)域,在人口密集的城市不能使用。
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碳中和政策出臺(tái)之前已有呼聲要將甲醇取代汽油。國內(nèi)外大力推動(dòng)碳中和行動(dòng)之后,會(huì)發(fā)現(xiàn)煤制的甲醇很便宜,但一噸甲醇要排放3.5噸的二氧化碳,基于可再生能源大幅度降低煤制甲醇廠的碳排放量,是我們團(tuán)隊(duì)倡導(dǎo)的技術(shù)方向。在甲醇廠中最貴的是氫氣和氧氣,氫氣基本集中于西部,運(yùn)輸需要通過管線,比如從寧波修一條管線,運(yùn)輸過來的氫氣必須在一個(gè)小時(shí)內(nèi)用完,因其體積較大,所以是較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程。沒有管線時(shí)會(huì)采取卡車運(yùn)輸氫氣的方式,但路途上耗費(fèi)的油量將大于運(yùn)輸氫的能量,所以在當(dāng)?shù)鼗蛘咧車a(chǎn)氫與用氫較為合理。 本*文@內(nèi)-容-來-自;中_國_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om
甲醇和燃料電池的結(jié)合也是未來的發(fā)展方向,而且甲醇廠的氧氣是最寶貴的東西,3.5噸二氧化碳中的2.1噸都是為了制純氧所排出去的。電解水制氫時(shí)必然產(chǎn)生氧氣,將純氧和綠氫有效利用,可以把生物質(zhì)、城市垃圾等全部變成氫氣、一氧化碳和少量的二氧化碳。 本`文-內(nèi).容.來.自:中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com
造甲醇需要?dú)錃狻⒁谎趸己投趸?,我們提出了綠色甲醇合成新工藝。通過實(shí)驗(yàn)和模擬數(shù)據(jù)計(jì)算,比如現(xiàn)在產(chǎn)出的綠色甲醇成本,比70美金一桶的進(jìn)口石油所產(chǎn)生的汽油要更為便宜。 本`文@內(nèi)/容/來/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網(wǎng)-tan pai fang. com
使用生物質(zhì)為碳源,產(chǎn)品甲醇中的綠色能源占比可達(dá)100%。使用煤炭為碳源,產(chǎn)品甲醇中的綠色能源占比可達(dá)75%。如果在石油和煤炭上能夠減碳75%,剩下這25%的碳是碳中和允許排放的碳,也就是讓放出去的碳與吸收回來的碳產(chǎn)生平衡,那么就解決國家和行業(yè)碳中和的需要了。 本+文+內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放(交—易^網(wǎng)-tan pai fang . com
如果今天的技術(shù)能夠做到減碳75%,那么人類基本可以實(shí)現(xiàn)碳中和,并且擁有了綠色的液體,不僅可以用在車上也可以進(jìn)行發(fā)電。這一原理是把風(fēng)能和太陽能轉(zhuǎn)化成液體儲(chǔ)存起來,這樣幾十萬億的液體基礎(chǔ)設(shè)施就會(huì)被重新利用起來。 本%文$內(nèi)-容-來-自;中_國_碳|排 放_(tái)交-易^網(wǎng)^t an pa i fang . c om
最近我們團(tuán)隊(duì)在推幾大基地合作,開展生物質(zhì)氣化與鹽堿地治理。專門規(guī)?;N植的巨菌草在不缺水的情況下可以畝產(chǎn)30~50噸,相當(dāng)于巨型的二氧化碳吸收器,將其生物質(zhì)原料氣化以后可以制成綠色甲醇,并且這種技術(shù)可以達(dá)到100%的燃料綠色化,實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭、天然氣的綠色燃料替代。
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甲醇助力貴陽市構(gòu)建了綠色低碳交通體系。此前有言論稱甲醇有毒,不能做燃料,其實(shí)汽油中甲苯也還有毒,但貴陽將近2萬輛車,在近10余年中并沒有因?yàn)榧状级拘园l(fā)生公共安全事故,下圖的數(shù)據(jù)也反映了吉利遠(yuǎn)程M100甲醇重卡的貢獻(xiàn)。
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我認(rèn)為較為平緩的道路可以使用電動(dòng)重卡,但在山區(qū)和礦區(qū)的地形中較為困難,因?yàn)殡妱?dòng)重卡爬坡需要的電流是平時(shí)的5~8倍,會(huì)導(dǎo)致續(xù)航里程受限,所以電動(dòng)重卡未來會(huì)朝著甲醇的道路去發(fā)展。
碳中和目標(biāo)下能源發(fā)展將駛向何方?
從2020年開始,綠氫的成本呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)。電動(dòng)車適合在道路平坦和氣候溫暖的區(qū)域使用,比如重慶雖然溫度可以但地形問題會(huì)加重電池的負(fù)擔(dān),而哈爾濱等冬季寒冷的區(qū)域也存在電池的問題。我認(rèn)為電動(dòng)車和甲醇都有各自的市場(chǎng),將其匹配到合適的市場(chǎng)中才是最為科學(xué)的態(tài)度。
低耗能是混合動(dòng)力或者插電式混合動(dòng)力汽車未來的發(fā)展趨勢(shì)。車輛正常上下班做到200公里的里程就足夠了,但車上可以安裝5升甲醇的小型發(fā)電機(jī),這樣的好處是可以實(shí)現(xiàn)慢充,降低電的費(fèi)用。快充對(duì)電網(wǎng)增加了不確定性,還需要集中管理,成本的增加會(huì)導(dǎo)致在老舊小區(qū)等場(chǎng)景中無法應(yīng)用,而且電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施也不允許大規(guī)模更新。
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在車上配備甲醇,其余熱可以在冬季保證車與電池維持在最佳溫度。全世界70%的區(qū)域存在冬季,混合動(dòng)力可以解決氣候所帶來的問題,比如貴陽的加油站近五年來逐步愿意將其站內(nèi)的兩個(gè)加油槍換成了加注甲醇,可能再過幾年加醇槍的數(shù)量會(huì)不斷增加,這樣就不會(huì)像加氫站和快充站那樣長期存在矛盾。
如果未來燃料電池的技術(shù)有革命性的突破,在露天場(chǎng)所下可將甲醇用到加氫站制氫供氫,在地下車庫等封閉空間中可在車上裝甲醇及甲醇制氫裝置實(shí)現(xiàn)在線制氫。綠色甲醇是綠氫最好的儲(chǔ)運(yùn)載體,這也將是未來汽車最理想的燃料。 夲呅內(nèi)傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm
我認(rèn)為電與甲醇應(yīng)該“各司其職”,混合動(dòng)力未來將依托綠色甲醇的基礎(chǔ)設(shè)施,用于三代汽車使用。插電式綠色甲醇混合動(dòng)力可以提升電動(dòng)車?yán)m(xù)航能力,解決電動(dòng)車充電過冬問題。綠色甲醇為燃料電池車提供更為安全、加注便捷的氫源,而且其效率也比內(nèi)燃機(jī)要高。 內(nèi)-容-來-自;中_國_碳_0排放¥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om
電動(dòng)車在加速或啟動(dòng)時(shí)都需要依靠電池,所以電池的研發(fā)永遠(yuǎn)是汽車的核心環(huán)節(jié)之一。網(wǎng)聯(lián)化與電動(dòng)化之間不存在必然的聯(lián)系,未來也將是電與液體進(jìn)行混合的狀態(tài)。綠氨在露天對(duì)氣味不敏感的場(chǎng)景中,是很好的氫的載體,比如礦場(chǎng)、碼頭、工業(yè)等露天場(chǎng)景均可以使用,但氨泄露具有強(qiáng)烈的氣味且有毒,會(huì)對(duì)人體造成傷害,所以不適合人口密集和對(duì)氣味敏感的地方。 本*文`內(nèi)/容/來/自:中-國-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m
碳中和時(shí)代的最終目標(biāo)是減排,而減排就是利用可再生能源將其存儲(chǔ),太陽能、風(fēng)能等是未來碳中和的發(fā)展方向,汽車行業(yè)也會(huì)朝著這個(gè)方向前行,而且綠色甲醇不僅用于提供發(fā)電、汽車行駛等,還可以保障人類的能源供應(yīng)。 禸嫆@唻洎:狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm
(以上內(nèi)容來自能源科學(xué)家、南方科技大學(xué)講席教授、澳大利亞國家工程院外籍院士劉科于2023年7月28日,在寧波前灣新區(qū)管委會(huì)聯(lián)合浙江吉利控股集團(tuán)主辦、浙江省綠色智能汽車及零部件技術(shù)創(chuàng)新中心及蓋世汽車承辦的第三屆前灣汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高端論壇上發(fā)表的《面向碳中和的汽車技術(shù)路線探討》主題演講。) 內(nèi)-容-來-自;中_國_碳_0排放¥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om
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