上一节澄清了碳中和的六大错误认识区域，继续谈谈实现的路径，先谈几个困难。

为何前一百年电动车未能战胜汽油车？

电动车这种概念其实不新。1912年，纽约、伦敦、巴黎，另有洛杉矶的大街上，跑的电动车远远多于汽油车。以爱迪生为首的大批科学家，以为将来电动车可行统领全球，而以福特为代表的车子企业走的是汽油车路线。到了20世纪30年代今后，电动车就差不多销声匿迹了，今日汽油车依然所占一律统治位置。

*电池的能量密度经100年开发，依旧和汽油密度差几十倍，而后者易于库存

为何一百年前电动车多于汽油车？由于铅酸电池早于内燃机发明二十好几年。有了铅酸电池，再接一种启动机，便是今日高尔夫(参数|相片)球场开的车，上面再加一种车体便是车子了。

全球前100年抉择了汽油车的基本原因是甚么？

第一，汽油的能量密度远大于电池。车子有压舱钢板，轮船有压舱水，这种燃料略微重一丝对车子、轮船的作用适中，但油箱不行没有穷大。假设油箱皆是1立方米，每种燃料蕴含的能量密度尺寸，也就打算了车子能跑的距离远近。

100年前，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(参数|相片)和100好几年的探寻，电池能量密度到此刻特斯拉的电池、比亚迪的刀片电池，也便是260千瓦时/立方米。而石油的能量密度是8600千瓦时/立方米，柴油是9600千瓦时/立方米。稍后将要提到的甲醇液体是4300千瓦时/立方米，远大于电池。

第二，液体是最佳的储能的载体。液体燃料有一个十分没有问题特色，陆上可行管路输送，海上可行十分廉价地跨海输送，并可在常温常压下长久库存。例如，2016年咱到深圳事业，那时很长一段时间深圳油费为7块钱左右一升，但假设从休斯敦的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钱？咱说7分钱没有人信任。大油轮一船可拉30万吨，折算石油是约4亿升（折算原油约3.6亿升）。路面上耗费的便是船的油钱和折旧费，4亿升，一升一毛钱便是4000万元。是以，液体运输有好多好处，且可长久库存。高度酒（如苏格兰烈性伏特加、华夏的二锅头、茅台等）存50年没难题，但电和气都不行长久库存。常见的高度酒也是一个醇类液体。

这也是为何冬天到加拿大那一些靠近北极的镇子唯有一种加油站，一罐石油、一罐柴油拉过来就能满足平常生活了。但电和天然气管网没那末简单可行铺设到。这便是液体燃料的优势。

*电动车的电池须要各式矿，本钱难之下降难量产，也不容易解决冬天续航

1912年，爱迪生跟他的电动车合影

第三，电动汽车主人要本钱在于原资料，不容易量产。内燃启动机是机械的东西，造一辆很贵，但量产本钱会极大下降。1913年，福特的流水线量产，美国的车子从4700美元降到380美元，让每个蓝领工人都可行购得起车子。然则电动车的不同之处在于，每个电池都须要必定量的镍、钴、锂，车上另有铜等各式金属。产能扩张后每台本钱会有所下调，可是下调少许。电动车的资料本钱占大头，加工本钱其实不是主流。

华夏的电动车从2016年底的51.7万辆增添到2018年第一种季度的79.4万辆，增加数量为28万辆，相关于那时全个车子市场一年2900万辆的产量的1/1000，但同期追踪全球的钴的价值和锂的价值，区别涨到了本来的四倍和两倍。假如技艺不突破，不把钴和锂的用量降下去，造得越多资料越贵。这反过来叮嘱咱们，电池的回收技艺另有待突破。

最近好多原资料涨价，一方面是由于美国的量化宽松，另一方面便是这点金属本来的供需关连产生了浮动。产业上用到的钴、镍这点的量十分局限。此刻忽然来了那么多制车新势力，供需关连就变了。

咱列出去，每辆车须要铜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，其它0.3公斤。最近，磷酸铁锂电池出去，钴的用量可行降来，可是第一大的难题是冬天温度一低它的功能不好了。是以，今日的这种价值，一台最佳的宝马、奔驰的内燃机本钱在2300美元左右，特斯拉的电池本钱则是在2万美元左右。一种产业要进行必需是可行大范围量产的时刻，越大范围越廉价。这便是为何人类的第一条流水线是福特的流水线。此刻资本市场很热，可是一朝补助政策停止了，能不行挣钱冷暖自知。

*燃料全寿命周期剖析能得出“数据决策”，碳中和也须要用数据说话

燃料全寿命周期剖析概念很要紧，咱们以前做过一百多条线的“油井到车轮子”或许是“矿井到车轮子”的剖析，要晓得华夏的燃料40%在新疆，怎样把燃料输过来，这是一种繁杂的体系。

咱在GE曾花了几百万美元和好多博士一同做燃料的全寿命周期剖析探讨的模子，每一步的排碳是多少，效能是多少，最终用数字说话。回国后，咱花了相当大的代价把这套方法论引入来，专门在低碳所和美国的第一大的EPC企业及国度实验室合作发动了“燃料的全寿命周期的剖析”的名目，从零最初培育这方面的能人。这类软课题在国家内部不容易拿到大的经费扶持，可是很要紧，由于要用“数据决策”。就像碳中和，将来也要做好各式通道的碳中和数据搜集，从油井、矿井、天然气井到车轮子、到电灯泡等等，每一步的全寿命周期剖析，构建模子，用模子剖析完今后大伙用数字说话。

电动车碰到这点难题，其实不意指着不去进行电动车和电池技艺，电池技艺的研发永远是要紧的。

为何氢能车子还无资产化？

氢能一丝还不新，早在上个世纪六十年代，阿波罗登月的时刻便是带着液氢液氧上天，氢能发的电供仪器用，发生的水宇航员喝。

*氢非是一次功能源，昨年全球氢燃料车只卖出1900辆

图为我们国家氢能车子制造线，其无资产化最基本的原因是氢气不符合于作为你咱大众大家都有的燃料载体

咱以前在美国结合技艺（UTC）-壳牌合资企业事业，好多年美国全部宇宙飞船的能源电池便是结合技艺企业（UTC）制造的。上世纪90年代一直到2005、2006左右，这种时期美国花了上百亿美元在能源电池上的研发。咱记得2003年小布什总统在他的国情咨文演讲时说，他会宣告一种计划，美国燃料部花12亿美元开发氢能源电池车子，15年后每一种美国人开的车后边释放的皆是水蒸气。然则到此刻，全球的能源电池（车）可能加起来也便是3万多辆，美国不到1万辆。昨年全球氢燃料车只卖了1900多辆，丰田也没卖多少辆。

能源电池车子，也便是咱们说的氢能车子，为何无资产化？最基本的原因是氢气不符合于作为你咱大众大家都有的燃料载体。

有媒体渲染说“氢是人类的终极燃料”，这句话是不严谨的。氢非是一次燃料，却是一个两次燃料，或许更确切地说是燃料的载体。这种全球有煤田、油田、天然气田，但无氢田。氢和电以及甲醇一样，是经过别的燃料生产的，可是作为载体，氢不具有上面提到的液体燃料在能量密度、管道及跨海输送、长久库存方面的优势。

*制氢简单，但储氢、运氢有难度

华夏的氢气产能曾经达到3000多万吨/年了，但氢气不符合于做大众燃料载体，图为氢气新燃料装置，图源：新华网

氢气不符合于做大众燃料载体，最重要的的原因在于有几个方面大家没有办法经过研发改变。

第一，氢气是空间能量密度最小的物质，咱们请求是空间能量密度越大越好。

第二，氢气高压会有个难题，氢气是素材周期表中最小的分子，最小的分子就意指着最简单泄露，长久库存是难题。

第三，氢气在露天无难题，但在封闭的体积里，氢气是爆炸范畴最宽的气体，可行从4%到74%。小于4%是平安的，大于74%只着火不爆炸。可是在4%到74%这种很宽的范畴内，遇火星就爆。因而是以在封闭的体积里，运用氢气要十分注意。由于氢气的爆炸性，此刻都不让运输氢超越必定的范畴的机动车过隧道，假如把隧道炸掉了怎样办？自然，将来是非是能够建氢管道是此外一种难题。同样建造加氢站要特别当心，由于这点难题，虽然氢能此刻很热，可是要谨慎。

疫情前，科技部几位同志可能听说咱做过几届全美氢能与能源电池峰会主席而且二十好几年来一直是世界氢能协会的理事，带了几个行家到深圳来调研，咱们谈了一下午，以后咱把氢能的少许现状、难题以及解决门径写了一种容易的汇报，后来它们就把它放进《科技日报》的头版头条里《制氢简单，但储氢、运氢有难度》。

全球上本来氢气的运用很广大，华夏的氢气产能曾经达到3000多万吨/年了，今日咱们用的每一克的化肥皆是氢造的。全球上有那么多的化肥厂、炼油厂都要大批的氢气，可是日前无一种化肥厂、炼油厂是靠太阳能、风能制氢、制化肥。甚么原因？太贵，要是廉价的话，这点化肥厂，炼油厂早就改了用太阳能、风能制氢了。

氢还不是无优势，也可行做，怎样做？跟咱们的碳中和相关系。

为何甲醇可能是作为最佳的储氢载体？

假如往后真实想实现碳中和，而且太阳能、风能可行卖碳税的时刻，可行把风能、太阳能和煤联合造出相比廉价的甲醇，经过车载甲醇制氢并与能源电池体系集成，这就比干脆燃烧的启动机效能高。这条路线未来是有可能的。咱只能说有可能，不行确保，最重要的取决于各式政策的调度和碳税。假如碳税上去了，这条线路就有经济性。

*20年前，咱曾带领尼桑和壳牌工程师生产出石油在线转化制氢技艺

图为我们国家自助研发的石油在线转化制氢的能源电池车子

1L甲醇和水反映可行放出143克的氢。储氢要么紧缩，要么冷凝。即便冷凝，1L的液氢也就72克，而1L甲醇和水反映的产氢量是1L液氢的2倍。

为何这种技艺有可能这样做？二十年前，全球第一台石油在线转化制氢的能源电池车子，是咱领着尼桑和壳牌的少许工程师制出来的。

当时丰田、本田、GM的高压氢能源电池曾经制出来了，尼桑发觉落后了，因而寻到壳牌，又寻到咱们，说能不行造一台车，加的是石油，石油在车上和水、和空气反映造氢，接下来推进能源电池，这样能源电池的效能高，同一时间也可行不用加氢站。

那时为何无做甲醇？由于页岩气革命还没产生，天然气那时很贵。2005年，假如咱们预测到会产生页岩气革命，就不会花28亿美元建零污染火电厂。但技艺是不可预测的。页岩气革命让全球上忽然发觉了上百年用不完的天然气，也让得天然气从17美元/百万英热单位狂降到1.5美元，而后平盘到3美元左右。

在天然气价值那末高的时刻，甲醇无经济性。是以，那时咱们企业考量用油，说能不行在车上石油制氢。boss找咱的时刻，咱说这种名目确信不挣钱。可是他跟咱说，咱做阿波罗登月的时刻基本无料到挣钱，但实是上咱们阿波罗登月开发的技艺后来在各个范畴用上了，此刻有尼桑给咱们钱，只需把技艺做到极限，最终也能在其它范畴有效。后来，几年之内咱们就把第一台石油转化制氢的能源电池车子制出来了。

*应用甲醛制氢技艺，可行将甲醇作为液态库存下降60%碳释放

现实的碳中和路径之一：鉴于绿色甲醇氢能的分布式燃料热电联供

有了这种技艺做积累，甲醇制氢比石油转化简单好多，由于一方面甲醇洁净得多，无硫；另一方面石油转化须要850度以上，甲醇和水反映200多度就能了。

为何咱提甲醇这条线路？甲醇可行从煤、天然气来制，未来可行用太阳能制氢与CO2反映制，或太阳能催化二氧化碳和水来制甲醇，就变成绿色的甲醇。中科院在兰州曾经建造了1000吨的论证示范工厂。此刻华夏甲醇产能全球最高，大概8000多万吨。此外，页岩气革命让全球发觉了100好几年用不完的天然气。有100好几年用不完的天然气，就有100好几年用不完的甲醇。未来假如碳税真实上去了，咱们也可行用风能和太阳能制氢，这样制造的甲醇就十足是绿色甲醇了。

咱私人感觉，从华夏的天然燃料禀赋和产业根基来看，华夏有很老练的煤制甲醇技艺，不过要发生好多的二氧化碳，由于要补氢以达到甲醇合成所须要的碳氢比，然则经过水煤气切换将一氧化碳转化成氢气的同一时间会释放二氧化碳。假如那部分的氢可行在西部用太阳能和风能制，同一时间副产氧气供煤气化用，能够解决好多释放难题；煤制甲醇的工厂里，空气深冷分离制氧气的空分装置是投资第一大的，这块投资未来省下去可行做太阳能电解水装置制造氧气和氢气供煤制甲醇用，这样煤转成甲醇就不用释放二氧化碳，再用甲醇作为燃料的载体就能做到减碳60%以上，这可能是未来相比现实的一条碳中和路线。说穿了是应用现存的根基设备把太阳能以甲醇液体的方式库存下去；这是未来风能，太阳能储能的此外一条门径。

这样风能、太阳能尽管贵一丝，但煤很廉价，这两个一中和，本钱就可控了。假如在车上用甲醇，就按今日的市场价值买甲醇，每公斤氢气的本钱唯有15元每公斤。

是以一方面是甲醇制氢的本钱低了；另一方面，甲醇常温常压下是液体，甲醇站可行用已有的液体加油站改造。关于通常的加油站，近年可能是6个罐，前期替换成1个甲醇罐、5个汽柴油罐，再过十年，替换成2个甲醇罐，4个石油罐。这样全个燃料转行就不要再花多少万亿去建加氢站和充电桩了。

电池对小型设施例如说电话十分要紧，可是靠电池做大型的储能要十分谨慎。最近国度也十分注意，把梯级应用的大电站停下去了，由于平安性是一种难题。

*冬天续航，经过甲醇转换，差不多于车上带了一种车载充电宝

电动车和能源电池第一大的难题在于根基设备的土地本钱难题和冬天续航难题。要晓得全球80%最重要的强盛都市位于北纬25度以上，纽约、伦敦、巴黎、莫斯科、东京、北京、多伦多，这点都市皆是有冬天的位置，假如一台车子只能夏(参数|相片)天开冬天开不了，你会买吗？假如风能、太阳能和煤炭联合转成甲醇，咱车上永远装50升的甲醇就好办了。就差不多于你晚上睡觉把电话充满，同一时间还带了一种充电宝。没电的时刻，就能用车上的甲醇和水制氢，用氢发电。这样基本不要再建那末多充电站和加氢站，况且甲醇和水反映只要要200多度，它的余热就能把电池保持在最好的温度，也解决电动车冬天的续航路程难题。

现实的五条碳中和路径

这样，咱们就能谈碳中和的几个现实路径。

近日，刘科院士做客科技创新院士汇报厅，澄清错误认识区域，指明碳中和五大现实路径

第一，经过现存煤化工与可再生燃料联合实现低碳燃料体系。一方面可行让现存的煤制甲醇实现近零碳释放，另一方面是经过太阳能、风能、核能电解水制备绿氢和氧气，合成气不经水汽切换，这样让煤制甲醇厂不在释放CO2；再用甲醇取代汽柴油驾车，或甲醇和水在线制氢发电推进能源电池车子或作为电动车的充电宝；这样可大大下降交通运输业的CO2释放，也可行部分解决华夏汽油不够的难题。由于太阳能风能电解水既可行制造制备甲醇须要的氢气，又可行制造煤气化制甲醇须要的氧气；况且咱们的微矿分离技艺可行用便宜的劣质煤联合太阳能一同制甲醇，本钱上在碳中和的背景下也会有竞争力。这样把华夏强盛的太阳能风能发电能力解放出去，把风能和太阳能以甲醇液体的方式库存下去；是值得去探寻的此外一条储能策略，让太阳能，风能能够鼎力进行减碳。

第二，应用煤炭范畴的碳中和技艺——微矿分离技艺。在煤燃烧前，把可燃物及含污染物的矿物质分离开，制备低本钱类液体能源+土壤优化剂，源头解决煤污染、滥用化肥及土壤生态难题，同一时间低本钱制造甲醇、氢气等高附带值化学品。

由于惯例的煤炭运用形式燃烧二氧化碳释放发生的灰渣有10%的碳，经过分离以后，该做能源就做能源，该做土壤做土壤，分散今后，这里解放二氧化碳，更多的森林长起来把二氧化碳吸回来，这样做了十足可行达到碳中和。

这是相比现实的碳中和的路径，况且不要那末高的本钱，适当花一丝钱就能做到的。

第三，实现光伏与农业的概括进行，将光伏与农业、畜牧业、水资源应用及沙漠处理并举，实现光伏和沙漠处理联合，及光伏和农业结合减碳。

西部缺水，水一浇就漏下来了，因而，咱们可行采纳十分保水的资料。可是西部再保水，大太阳晒仍是长不出去，怎样办？有了太阳能板，底下的挥发降低了，就能种东西。太阳能有个第一大的好处，便是要定期冲这种板，有了发电，大伙可行花一丝钱拿PVC管子结点黄河水往日，每几周给光伏板冲水，同一时间，水资源宝贵，冲过的水咱们还可行用以给农作物做滴灌。这样，发电的同一时间还可行把底下悉数变成绿色，变好了再把太阳能板搬个几百米，一片片土地可行处理出去。

第四，峰谷电与热储能概括应用。此刻华夏的火电厂在半夜12点到早上的6点电这种区间，在释放大批CO2，但发的电没有人用，可用热的方式库存下去，应用分布式储热模块，在谷电时段把电以热的方式储下去，再在须要时用于供热或空调，这样可行让1/4甚而是1/3的时间的电不至被浪费，可大大下降CO2释放，实现真实的煤改电，再匹配屋顶光伏策略及县域经济，进一步降低电能消耗。能量不但仅是电能，国家内部储能范畴关于储电关心较多，但实质上许多数的能量从花费端来看皆是用在了热能范畴，储热技艺也是须要咱们去关心和进行的。

第五，应用可再生燃料制甲醇，接下来做分布式的发电。可行运用甲醇氢能分布式燃料替代一切运用柴油机的情景，和光伏、风能等不固定可再生燃料多能互补。用甲醇液体作为太阳能及风能的载体，甲醇和水制氢再发电取代柴油发电机做分布式热电联供，联合屋顶光伏及储热及热泵技艺在广泛农村取代燃煤,不但低碳，环境保护况且可行减碳。

最终总结与展望，在“碳达峰、碳中和”的时期背景下，须要对少许错误认识区域发展澄清，同一时间认清技艺的进行逻辑，寻找现实进行路径。 （李念整编）

【相干链接】

燃料科学家刘科：用数字和实是来澄清碳中和的六大错误认识区域

作者：刘科（南方科技大学创新创业学院院长、清洁燃料探讨院院长，澳大利亚国度工程院外籍院士）

编辑：钱亦琛

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