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刘科院士:绿色甲醇是长时储能战略

发表时间: 2023-10-10
9月23日,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及清洁能源研究院院长刘科在“2023中国实体经济发展大会”上表示,中国一年二氧化碳排放量为1

9月23日,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及清洁能源研究院院长刘科在“2023中国实体经济发展大会”上表示,中国一年二氧化碳排放量为103亿吨,除以14亿人口,人均7.4吨,三口之家就是22吨,这是天量;碳中和有很多事情要做,但核心是能源转型,主要是4件事,风能、太阳能、电动车、氢能。目前太阳能和风能便宜了,但是绝大多数时候没有太阳,那么储能是一个核心,而且不光要短期储能,还要有长时储能技术。液体是最佳的能源载体,要把太阳能、风能转成绿色甲醇液体储存下来,是解决中国石油不够及碳中和的路径之一。

  “2023中国实体经济发展大会”以“聚焦科技创新 赋能先进制造”为主题,于9月23日举行。大会由民革中央、广东省政协主办,东莞市人民政府、民革广东省委会承办,国际投资促进会、民革中央企业家联谊会协办,由东莞市工业和信息化局、民革东莞市委会、《财经》杂志、《财经智库》执行。

  以下为部分发言实录:

  刘科:中国(二氧化碳排放量)是103亿吨,除以14亿人口,人均7.4吨,三口之家就是22吨,这个人均是包括我们几亿的低收入人群,如果对每天在开车、用空调,住高楼大厦用电梯的人群,估计是平均的一倍,三口之家一年就给空气中大概排40多吨的二氧化碳,这些人每天开车,用空调意识不到一年排放了多少吨CO2,因此能源是一个规模巨大的行业,碳中和任重道远。

  中国的电这么多年主要还是用煤发电(69.5%),煤的数据表示了电的数据,也能反映出中国工业化的水平。中国的工业化是1840年鸦片战争国门被打开后开始的,160年后直到2001年,全中国的煤耗量只有13亿吨,结果到了2001年,突然在10年多一点的时间内飙升到原来的三倍,升到38亿吨,这是天量。

  怎么解读这个数字,2001年什么发生了?是因为2001年中国加入WTO,世界市场向中国开放,中国的国情是我们的石油、天然气、部分煤炭、铁矿石、电动车用的钴,锂,镍、我们的部分棉花、大豆、玉米原材料都需要进口; 我们中国人很勤劳,很快用我们最有竞争力的产品性价比,占领世界市场;包括东莞这些制造业基地发展迅速,我们制造业整个规模是按给全世界提供产品而设计的;就是在这一原料进口、产品出口的大进大出中,迎来中国经济最好的20多年。

  目前因为大家众所周知的原因,我们在出口受到了巨大的挑战,大家说搞内循环,但这个东西要注意,内循环的核心内需是,第一要增加老百姓今天的收入,他敢花今天的钱。第二是增加老百姓对未来的经济的预期,敢花信用卡(未来)的钱。

  在这个情况下,中国经济的三驾马车“出口、内需、投资”,因为出口下降,工厂关门,相关的工作人员失业或收入降低,导致的内需短期很难拉动,那就只有靠投资,但投资投什么?前20年来,我们一旦遇到亚洲金融危机,或2008年的全球金融危机,我们靠投资房地产、基础设施等拉动经济,使得中国的基础设施已经变成全世界最好的,而房地产对中国经济的发展也功不可没;但近年中国占世界20%的人口,每年建全世界50%的房子,经过这么多年的建设,我们的人均住房面积已接近发达国家,继续再靠房地产和基础设施拉动经济的时代已经过去,这也是总书记为什么不断地讲:“房子是用来住的,不是用来炒的”,但有些地方为拉动GDP,仍然在建空房子。

  当你不能仅靠房地产和基础设施拉动经济,那靠什么?我个人觉得就是能源转型与数字化,因为只有能源转型有房地产的体量,能填补由于房地产和基础设施建设放缓对经济的影响;而中国的太阳能、风能已经便宜,中国的电动车也走到世界前列。所以用能源转型与数字化来拉动中国经济,我认为是中国经济未来的主要赛道之一。

  一个国家的竞争力,莫过于两点。一是我干比你干便宜,性价比比你好;任何一个组织,大到国家,小到一个城市,再到一个公司,都是如此。二是,我能干你不能干的事,就是创新。

  前40年,长三角及包括东莞在内的珠三角,我们都是靠第一条性价比好获胜,中国人很勤劳,我们的性价比是最高的。但是这几年我们做了一些调研,中美的制造业成本比较,除去工人工资我们仍然有优势,美国制造业工人工资仍然是我们的8倍左右,但其他的土地成本我们是美国的好几倍,物流成本是2倍左右,银行借贷是2.2倍左右,税收是1.5倍左右,电价大概是3倍,天然气价格是4倍左右;什么意思?就是制造业再靠成本没有竞争力了,那接下来靠什么竞争?那就要靠创新,就要做别人不能做的事情。所以中央在这个大背景下提出来创新社会的建设,包括刚才汪院士他们讲的创新不是一个新的口号,是历史发展到今天的必然选择,如果我们再不创新就没有竞争力了。其实一个组织、一个国家的竞争力,最终说穿了都是创新能力的竞争。

  南科大的口号“创知,创新,创业”,很多情况下,人们经常把创知和创新混为一谈,什么是创知?你一旦写成文章在nature,science等中英文杂志一旦发表了,那就变成人类共有的知识,人们必须可以在各自的实验室能够重复文章作者的实验结果,就不能卡别人的脖子了;对高校等基础研究机构,文章很重要,中华民族应该对人类知识有贡献。

  什么叫创新?中文的“创新”概念比较模糊,很多人认为今天干的和昨天干的不一样,就是创新,但是在科技领域的“创新”即Innovation这个词,是指把知识转化为有用技术并产生价值的过程,就是我们说的工业研究,卡脖子技术是在创新这个环节里,真正解决“卡脖子”技术的是做工业研究的这批人,但是我们在引进人才的时候,一方面要引进解决卡脖子技术的人才,一方面,衡量人才的标准又是发表了多少文章,这是不对的。要分清写文章的人和解决“卡脖子”技术的是两批人,中间有一小部分人是两个都可以做,但是比例不高;所以我觉得在人才引进的时候,如果引进基础研究的人才,可以用文章的数量尤其是质量去衡量,而要引进解决卡脖子技术的人才,不能纯粹拿文章去评判引进。创知产生文章有新意能发表即可,不一定需要产生价值;但创新是把人类共有的知识转化为有用的技术的过程,一定要产生市场价值。

  回到碳中和的话题,主要包括4件事,风能、太阳能、电动车、氢能。这些年中国的太阳能便宜了,风能跟它差不多。但是太阳能、风能再便宜,它的问题是每年的发电时间有限;在珠三角太阳能发电每年大概1200小时左右,长三角也就1000小时左右,即使在包头也就是1800小时左右,一年8760小时,绝大多数时候没太阳的;风能在台湾海峡能到4000小时左右,全国平均也就2200小时左右。在有太阳,有风的时候,风光发电便宜,没太阳,没风的时候怎么办?储能是一个核心,而且不仅要短期储能,还要长时储能技术。

  其实110年前纽约大街电动车远远多于燃油车,是因为铅酸电池早于内燃机发明20多年,有了铅酸电池就能接一个电动机,今天我们高尔夫球场的电动车就有了。1912年以爱迪生为代表的一派说未来的汽车是电动车,以福特为代表的一派说未来的汽车是燃油车,而历史告诉我们,到1920年代以后直到今天全世界汽车的持有量95%以上还是燃油车,历史为什么这样发展?

  主要的原因是液体是最佳的能源载体,储能除电池以外,还要把太阳能、风能转成液体储存下来。为什么人类选择液体,因为一是体积能量密度最高,二是液体在陆上可以管路输送、海上可以非常便宜的跨海输送, 而且可以长期储存。

  2016年在一个圆桌论坛上,我提了一个问题,假设我们现在加油站7块钱一升的汽油是从休斯敦炼油厂拉到深圳,你付的7块钱一升的汽油里,运费占多少钱?很多人想从休斯敦那么远拉过,一定来很贵吧,有些人猜运费是3块5,有些人猜3块,记得当时猜的最便宜是1块; 我说真正的答案是一升运费超不过7分钱,当时大家没人相信。其实液体在装卸时都是用泵打,路上耗的就是油钱和船的折旧费。不需要要人工,一条大船目前是30万吨,按汽油的比重是近4亿升,每升一毛钱运费,就是4000万,跑一趟路上油钱根本用不了4000万;所以液体从世界上任何一个码头拉到另外一个码头,每升运费大概不超过7分钱

  风能、太阳能便宜了,有些上不了网,有些人建议用绿电电解水制绿氢并副产绿氧;但氢气的储运成本太高,而且在封闭空间里边氢气的爆炸范围最宽快,怎么办呢?在这个前提下,两年前我提出绿色甲醇这条道路, 具体见我两年半以前写的文章,就把绿氢和绿氧都利用起来,用绿氧去气化生物质,城市垃圾及劣质煤生产H+CO及少量的CO2,再把绿氢补上把这一混合气全部转成绿色的液体甲醇,吉利的甲醇车,做得都很成功。

  马克龙这次访华的最大的订单就是绿色甲醇的订单,我最后给大家讲一点,船油是3000多块一吨,是炼油厂利润最低的油。汽油现在是10个ppm的硫,船油有些是超过2万个ppm的硫,只卖3000多块。如果3000多块一吨船油在碳中和下都可以被绿色甲醇来取代,9000块一吨的汽油有什么理由不能取代?

  中国的风能、太阳能便宜了,如果有了2毛钱一度的绿电,我们可以制出来比70美金一桶的石油还要便宜的绿色液体,这样的话,几十万亿的液体设施就可以用起来。氢能很热,但是如果只是靠一个大罐拉着氢气跑没有前途,为什么?一个49吨重的卡车今天只能拉350公斤的氢, 到地方只能卸载250公斤,问题氢你怎么从内蒙古拉到东莞来,拉不过来的。但是液体管路输送一升不超过1分钱,船输送一升7分钱,而且可以长期储存。今后如果燃料电池能真正便宜了,我们可以在加氢站甚至车上甲醇制氢,氢推动燃料电池,这样绿色甲醇就是绿氢的液体载体。

  未来一套绿色甲醇的基础设施,可以供三代汽车使用,内燃机车、醇-电混合动力车、及燃料电池车。电池的研究对汽车工业永远重要,但是记住电动车适合于暖和和平坦的地方。东莞这地方很好,重庆虽然暖和,但是山城,北京、哈尔滨虽然平坦但,这些地方一到冬天太冷,不适合纯电动。 世界上纽约、伦敦,巴黎、柏林,多伦多,莫斯科,北京,东京都是有冬天的地方,所以在这些地方纯电动是不合适的,用甲醇和电的混合动力比较好;因此该用电的时候用电,该用甲醇用甲醇,既不要用电去反对甲醇,也不要甲醇反对电。

  未来我不认为人类会把几十亿美金、几万亿美金、几十万亿已经建好的液体基础设施全扔掉,再去建快充站和加氢站,既不现实也不科学,上广深这些暖和的中心城市去做没问题,但是要到整个农村里边还早着,实际上就是要把已有的几十万亿的液体设施利用起来,太阳能,风能的能上网尽量上网,上不了网的绿电把它们转成绿色液体是很好的长时储能战略。现在在贵阳已经建了70多座甲醇站。今后我觉得这对中国至关重要,而且甲醇晚上没有太阳、没有风的时候,它也可以制氢后通过燃料电池高效发电, 它实际上是液体储能,是长时储能战略。中国的风能太阳能在西部,中国的煤化工基地也在西部,短期内,把绿氢绿氧都用管路输到西部的煤化工园区,每多用一公斤的绿氢及绿氧就可少用煤炭少排CO2,碳中和是一个渐进过程,大家急不得;在可见的未来主要以减碳为主;零碳既不科学,经济上也做不到。谢谢大家!


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