刘科：碳中和的现实及其路径蓝氢过程中的应用

首先给大家计算下碳排放的现实数据。按照国家统计局发布的全中国的煤炭、石油、天然气的消耗历史统计数据反算，可以粗略估算出中国每年有103亿吨二氧化碳排放，其中，煤炭、石油、天然气排放达到95亿吨，另外有一部分是沼气、生物质等其他的排放。这样算出来的碳排放量基本上占实际排放量的92%。中国有14亿人口，103亿吨除以14亿人口，平均每人7.4吨，一个三口之家平均每天排放22吨，这是一个天量的数字。如果把二氧化碳转化成一种产品，22吨原料就要生产22吨产品，哪家一年能消耗掉这22吨的东西呢？所以完成碳中和这个任务还是非常艰巨的。在这种情况下我们怎么才能实现碳中和？这是我希望跟大家进一步探讨的。

最近碳中和很热，大家都在谈，但真正做这一方面研究的人不多。当前大众对碳中和的挑战及认知有一定局限，认为单一的技术路线或者技术突破能够解决碳中和问题，因此常存在几个误区：

第一个误区，是大家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。这句话只对了1/5到1/6。过去20年，随着太阳能技术的不断进步，成本确实有所降低，但太阳能、风能每年发电小时数因地而异，太阳能发电小时数在1300小时到2000小时之间不等，很少有超过2000小时的区域，平均在1700小时左右，也就是说太阳能大约在1/5–1/6的时间段比火电便宜；而在其他4/5-5/6的时间段，没有风能、太阳能怎么办？另外风能、太阳能发展了40年，2019年之前，整个中国风能、太阳能的基础发电量大概是1.92亿吨，相当于火电的12%，在12%的情况下，稳定性问题已经很严重了。电网有一定非稳定能源的时候，发再多的时候，它也不敢输电，如果输电的话，可能会引起电网大面积停电。太阳能、风能发电存在时间不足、不稳定的问题。

第二个误区，是人们以为有大规模储电技术，推动储能技术进步，风能和太阳能就能彻底取代火电。首先是储电成本会远远高于火电。自铅酸电池发明以后，1859年发明铅酸电池，人类花了100多年历史，上万亿研发经费，到今天储电成本一直没有下降。还有电网靠电池储电也是非常危险的。据估算，目前全世界5年的电池产能仅能满足东京全市停电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。在这种情况下，弃光弃风的问题非常严重，因为电网只能容纳15%的非稳定电源。风能、太阳能发出来的电，电网没法全部承受。弃光弃风在中国有两方面的原因，一是技术因素，就是因为太阳能、风能是没办法预测的，电网小于15%可以容纳，多于15%容纳不了，这是一个很大的技术难题，到现在还不好解决；二是机制因素，地方保护主义的存在可能会让地方出于各种原因不用风电、光电、水电。机制问题在中央大力推动“碳中和”的背景下是可以解决的，但技术问题，不容易解决。如果继续增加风能、太阳能，同时大规模储能问题解决不了，只能废弃更多。因此，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，在可见的未来仍然无法全部取代化石能源发电。

第三个误区，有些人认为我们可以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。这些要能转化、能赚钱，可以去干，但是这些解决不了二氧化碳的问题。我看到很多关于这方面的学者，包括我很尊重的科学家提出“将来要把二氧化碳分离出来，把二氧化碳转成各式各样的化学品和产品，石油化工品进步到二氧化碳的生产，这样可以做到碳中和”。任何可以减低碳排放的事情，我都是支持的，鼓励大家去做，积少成多。其实，全世界只有大约13%的石油就生产了我们所有的石化产品，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%的碳中和问题。二氧化碳转化产品对碳排放有没有贡献？有贡献，但这个贡献的量一计算就知道，那是杯水车薪。所以说，从规模上二氧化碳制成化学品并不具备减碳价值。二氧化碳转化为其他化学品对减碳的贡献是相当有限的。

第四个误区，是可以大量地捕集和利用二氧化碳。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，当然这也可能是实现碳中和的保底技术。利用CCUS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，我前两天还和刘院士交流，中国到现在二氧化碳没减少多少，因为想去的地方没有电厂，去了电厂之后，分开的二氧化碳，专门就这一点运输，用管道又太贵，拿罐车运过去的话，又存在很多问题。那么我们看看，未来十年，中国整个二氧化碳驱油消耗量大概是600多万吨，我们一年的排放是103亿吨，而且驱油这个阶段是一部分二氧化碳进到地里，还有一部分会跟着油出来，它也不是一个完全的埋藏。把碳打到地下埋藏，我回国前在GE曾经做过这个事情。把煤和水、氧转成氢气和二氧化碳，氢气燃烧发电产生水蒸气，二氧化碳就打到地底下。我们做了示范工程，前后花了28亿美元，有上百名博士参与，用了7年的时间，这个示范具有环境方面的意义，并且工厂在美国运行至今，但是不具备经济性。

碳中和不光是一个技术问题，更是经济和社会平衡发展的综合性问题。现在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这条路，在可以驱油的地方可以改，还有一点经济效益，我国新疆等地已经有类似的二氧化碳驱油工程。这块的成本是把二氧化碳分离出来的成本，我们算过，假设打下去的成本为30美元/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美元是输送成本，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，当然这也可能是实现碳中和的保底技术。

第五个误区，是认为通过提高能效可以显著降低工业流程、产品使用中的碳排放，就可以实现碳中和。2001年中国每年的煤耗量只有13亿吨左右，到今天接近40亿吨，增加了3倍。当然这里有一个很重要的系数，2001年的时候，我们才13亿吨，为什么到2012年，将近10年左右的时间，一下子飙到36亿吨煤，什么原因？大家想过没有？很重要的两点，第一，2001年中国加入WTO，我们的市场向全世界开放。第二，从2001年开始中国大量的基础设施建设，钢铁、水泥都是要用煤的，煤的耗量表示电的耗量，电的耗量表示工业化的程度。这期间能效肯定提高了很多，但是单凭能效也难以解决碳中和的问题。中央房地产调控政策是非常好的，房子是用来住的，不能靠这样来耗地下的东西来刺激所谓的GDP。碳中和是整个社会经济全面的变革，如果经济继续这样粗犷的发展，光靠提高能效，碳是很难减下来的。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。

实际上，我刚刚讲的每一件事，比如风能、太阳能都对碳中和有贡献，我们每一个都应该去做，但是今天的技术你再怎么做，对碳中和的贡献是有限的。当然，这不是说让大家不去做，我们每一个人能够努力的都去努力，毕竟积少成多。

第六个误区，是认为依靠发展电动车可以降低碳排放。电动车确实可以降低碳排放，电动车是很好的技术，这有个前提，电网里面的电是可以再生能源。当电网60%还是煤发电的时候，表面上是电开车，实际上是煤开车，再算上锂矿提取，按照5%的提取，这么多东西算下来，能源不改的话，对整个碳中和的贡献也是非常有限的。在全生命周期的碳排放分析看来，对全球气候变化并没有什么影响。只有中国的能源结构彻底改变以后，电动车才能算得上清洁能源，也才有可能做到碳中和。我不是反对电动车，电动车在一定的区域里，控制一定的量，使成本增加不那么高，这是非常好的技术。

这样，我想说的是在我们从事碳中和这项创新性事业的时候首先要改变自己的事业，我们能够做的可能比我们期待的还要好。现在我们就谈谈碳中和的几个现实路径。

第一，是通过现有煤化工与可再生能源结合实现低碳能源系统。一方面，可以让现有的煤化工实现净零碳排放，零碳不等于不能放二氧化碳，而是这边放二氧化碳，那边吸回来，实现平衡。另一方面，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，大大降低煤制甲醇的二氧化碳排放。利用可再生能源制甲醇，然后做分布式发电，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。

第二， 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，以及光伏和农业联合减碳。太阳能有一个最大的好处，就是要定期冲这个板，有了发电，大家可以花一点钱拿PVC管接点黄河水过去，每几周给光伏板冲水，同时水资源宝贵，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。

第三，峰谷电与热储能综合利用。现在中国的火电厂在半夜12点到早上的6点电这个区间，即使发的电没人使用，大火电厂也在哗哗的烧着，储电不好储，但是制热很容易，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，屋顶上能铺太阳能的尽量铺太阳能，能用就用，不能用就用热存储下来，这是城市做碳中和非常好的方式，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。今天就演讲到这里，供大家参考，谢谢大家！