行业 | 能源专家刘科：碳中和的六个误区和五个现实路径
2021年7月15日上午，国际知名能源专家、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发表演讲。原标题为《碳中和误区及其现实路径》。本文节选自原文。
风能和太阳能比火电都便宜了，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1100小时到2000多小时之间不等，超过2000多小时的区域不多，全国平均大约在1450-1750小时左右，风能每年发电的时间比太阳能略微长一点，大约是2000小时左右。但电是需要24小时供的，不能说一个电厂一年只供一两千小时。
太阳能和风能是便宜了，但最大的问题是非稳定供电。以2019年为例，全国的风能和太阳能加起来发电总量相当于约1.92亿吨标准煤的发电量，也就是说，上网的风能和太阳能发电总量大约只能取代煤炭发电的12.5%左右。因此，太阳能和风能仍然无法完全取代化石能源发电。
运用大规模储电技术，让风能和太阳能彻底取代火电，实现碳中和。
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的改变。要知道，汽油是8600千瓦时/立方米。同时，迄今大规模GW（十亿瓦特发电装机容量）级的储电最便宜的还是100多年前就被发明的抽水蓄能技术。数据显示，目前全世界电池生产商5年多的电池产能仅能满足东京全市3天的电能。如果说我们有4/5的时间或者5/6的时间要靠电池储电，这是不可想象的。况且，这个世界也没有那么多的钴和锂，没法让我们造那么多的电池。
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，实现碳中和。
这种项目要是能赚钱，可以去干，但挣不了钱就别打着“碳中和”的概念来拿国家的补贴，因为这些没法从根本上解决二氧化碳的问题。数据显示，一个三口之家一年平均排放碳22吨，但什么产品一个家庭一年也消耗不了20多吨。
部分石油产品
全世界所有的石化产品只消耗了大约13%的石油，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%的石油排碳的碳中和问题。所以说，从规模上二氧化碳制成化学品并不具备减碳价值。
可以大量地捕集和利用二氧化碳，实现碳中和。
利用CCUS（碳捕集、利用与封存技术）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，理论上能够实现二氧化碳的大规模捕集。现在大家说在电厂把二氧化碳分离，分离完以后打到地下可以做驱油和埋藏等等其他的作用。
我们算过，假设打到地下的二氧化碳的成本为30美元一吨，其中20美元是把二氧化碳从整个尾气里面分离出来成为纯二氧化碳，5美元是输送到埋藏点，另外5美元是把它压缩到地底下。分离是核心，成本也最大。在目前的技术手段下，靠CCUS利用来处理的成本很高，作用也是有限的，当然这方面的成本通过研发也可以降一些，经济上能否有竞争力，取决于未来碳税的价格。
我回国之前和曾和原GE（通用电气，编者注）核能的总经理交流，他提到GE今后会通过煤炭零污染的火电厂解决二氧化碳的问题，但是私下里他说，真正要去做还不如干核能，核能比零污染火电厂便宜多了。
通过提高能效，可以显著碳排放，实现碳中和。
能效永远要提高，提高能效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？提高了。但是碳排放的总量是增加了还是减少了？增加了。
数据显示，2000年中国的石油消耗大概是超过2亿吨，2010年大概是4亿吨，到去年是近7.5亿吨。2000年中国的煤炭消耗是13.8亿吨，2020年近40亿吨。提高能效是减碳的重要手段，但只要仍然在使用化石能源，提高能效对碳中和的贡献也是非常有限的，提高能效确实是成本最低的减低碳排放的方式，也是最应该优先做的，但是有一个现实的考量就是不能光靠能效提高就能够达到碳中和。
电动车可以显著降低碳排放，实现碳中和。
如果能源结构不改变，如果电网主要还是煤电，那电动车的扩张对减少碳排放的贡献非常有限。况且，在全生命周期的碳排放分析看来，我们不得不考虑电池生产过程中的排放。
1912年，爱迪生跟他的电动车合影。
实际上，一百年前的美国，在爱迪生等人的推动下，电动车比燃油车要更加流行。但为什么最终燃油车赢得了百年前那场比赛的胜利？接下来我要谈到电动车不能战胜燃油车的原因。
体积能量密度低
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，一百年后特斯拉、比亚迪也仅仅提升到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。甲醇液体是4300千瓦时/立方米，远大于电池。
生产电动车的材料成本太高
1913年，福特的流水线一上线，就让美国的汽车从4700美元降到380美元，让每个蓝领工人都可以买得起汽车。但流水线降低的是加工成本，而非材料成本。而电动车的材料成本占大头，加工成本并不是主流，所以流水线对电动车成本来说不能有根本的降低。
液体运输、储存的成本更低
我请大家猜一下。现在油价7块钱一升，假设这些油都是从休斯敦的炼油厂完成加工，用船拉到深圳盐田港，再送到某个偏远郊县的加油站。请大家猜猜：这7元里有多少是运输费用和储存费用？
我之前问过很多能源界专家这个问题，有人猜3块5，有人猜5块，也有人猜1块的，但真正的答案是，在成熟的管道运输系统基础上，单升汽油运费不足7分人民币。这就是为什么世界上产石油的只有那么几个地方，但任何一个角落都可以很方便地加油开车。
这个世界有煤田、油田、天然气田，但没有氢田。氢和电以及甲醇一样，是通过别的能源制造的，但是作为载体，氢不具备上面提到的液体能源在能量密度、管道及跨海输送、长期储存方面的优势。
氢气不适合于做大众能源载体，主要的原因在于有三个方面人们无法通过研发改变：氢的体积能量密度是最小的，氢气容易泄露，氢气安全性有待提升。
因为上述原因，氢的使用成本就会随之提升，比如要储存使用氢气，就要生产大量的700公斤的压力罐；要建设加氢站，就要在周围要设置安全区，这在寸土寸金的北上广是很难与加油站竞争的。
与氢相比，甲醇的普及更具有可操作性。现在中国甲醇产能全世界最高，大概8000多万吨。同时，我们可以把太阳能和风能和煤结合，制出比较便宜的甲醇，完成能源储存。在通过车载甲醇制氢并与燃料电池系统集成，而甲醇与水反应即可生成氢气。
以现在电动车普遍的续航能力，在深圳买一个电动车，连广州都不敢跑一趟。如果风能、太阳能和煤炭结合转成甲醇，我车上永远装50升的甲醇就好办了。没电的时候，就可以用车上的甲醇和水制氢，用氢发电。这样根本不需要再建那么多充电站和加氢站，而且甲醇和水反应只需要200多度，它的余热就可以把电池维持在最佳的温度，也解决电动车冬天的续航里程问题。
煤化工与可再生能源结合，实现低碳能源系统
一方面可以让现有的煤制甲醇实现近零碳排放，另一方面是通过太阳能、风能、核能电解水制备绿氢和氧气，合成气不经水汽变换，这样让煤制甲醇厂不在排放二氧化碳；再用甲醇取代汽柴油开车，或甲醇和水在线制氢发电推动燃料电池汽车或作为电动车的充电宝。把多余的新能源以化学能的方式储存起来。
利用微矿分离技术
微矿分离技术是煤炭领域的碳中和技术。不经过微矿分离的煤炭使用方式中，有10%的碳变成灰渣，形成固体废料，整个内蒙古的电厂粉煤灰成灾。而通过微矿分离技术，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，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。
光伏和农业联合减碳
西部缺水，水一浇就漏下去了，因此，我们可以采用非常保水的材料。同时，光伏太阳能板可以起到减少挥发的作用。挥发减少了，就可以搞种植农业。光伏产业，就是要定期用水冲太阳能板。冲过的水我们还可以用来给农作物做滴灌。这样，发电的同时还可以把底下全部变成绿色，变好了再把太阳能板搬个几百米，一片片土地可以治理出来。
峰谷电与热储能综合利用
火电厂是半夜也不能停的。在半夜12点到早上的6点电这个区间，尽管还在排放大量二氧化碳，但发的电没人用，是浪费掉的。怎么办？可以用热的形式储存下来，利用分布式储热模块，在谷电时段把电以热的形式储下来，再在需要时用于供热或空调，这样可以让1/4甚至是1/3的时间的电不至被浪费，可大大降低二氧化碳排放，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。能量不仅仅是电能，国内储能领域对于储电关注较多，但实际上大多数的能量从消费端来看都是用在了热能领域，储热技术也是需要我们去关注和发展的。
可再生能源制甲醇，推动分布式发电
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。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，结合屋顶光伏及储热及热泵技术在广大农村取代燃煤,不仅低碳，环保而且可以减碳。
实际上，我刚刚讲的每一件事，比如风能、太阳能、二氧化碳转化等都对碳中和有贡献，我们每一个都应该去投入研发、去实施，但是目前的技术水平在量上对碳中和的贡献是有限的。当然，这不是说让大家不去做，我们每一个人能应该竭尽全力去推动以上减碳的技术进步，都努力去做，毕竟积少成多。
来源：中国企业报