刘     科“氢能与甲醇经济” 

很高兴有机会跟大家分享氢能与甲醇经济这个题目。90年代初我拿了博士学位后加入美孚石油公司，十年之后对整个石油天然气行业有一些了解。二十年前，美国氢能很热，当时壳牌、尼桑和联合技术三家合资成立一家公司，机缘巧合我来到这家公司，又干了一些氢能方面的工作，连续做过三年美国氢能和燃料电池分会的主席，我现在还是国际氢能协会的理事。后来我加入神华集团，即现在的国家能源集团，做各种发电技术研究相关工作。阴差阳错，能源几个领域我都有涉猎，今天根据自己的经历和大家分享氢能与甲醇经济关于中国清洁能源战略的思考。

首先讲一些关于电动车的思考。中国能源研究无非是两点，一是解决石油短缺的问题，二是解决环境污染问题。2010年我国的石油需求量大概是4亿吨，十年内增加到6.95亿吨。2017年我国石油产量为1.9亿吨，2018年降到1.89亿吨。我国石油依赖进口的问题非常严重。由于石油短缺叠加汽车污染的问题，我国就提出发展电动车，这完全可以理解。我今天跟大家讲的是，其实电动车技术并不新，一百年前在纽约和伦敦大街上跑的电动车远远多于燃油车。因为铅酸电池比内燃机早发明二十多年，有了铅酸电池，接个电动机，就有了电动车。但是后来为什么这一百年来电动车没有胜过燃油车，这是有历史原因的。

 30年代以后整个电动车就销声匿迹，原因有以下几点。第一个原因是电池能量密度低。任何用于交通运输的能源有一个很重要的参数，这就是体积能量密度。由于汽车的油箱不能无限大，所以燃料的体积能量密度在交通运输领域是非常重要的参数。氢气的重量密度最大，但是体积能量密度是所有能源中最小的，只有3.2 千瓦时/立方米；铅酸电池是90千瓦时/立方米。人类花了上千亿美金，经历一百年历史的研发，目前电池体积能量密度，比亚迪大概是180千瓦时/立方米，特斯拉是240千瓦时/立方米，但液体燃料甲醇是4300千瓦时/立方米，汽油是8600千瓦时/立方米，柴油是9600千瓦时/立方米。可以看出，液体燃料的体积能量密度远远大于电池。

 第二个原因，任何一个产业的发展，规模越大成本才越会便宜，这样才能发展起来。为什么现在的炼油厂产能规模动辄就是一千万吨，因为这样摊到每升的成本就很低。我也一直认为今后能源载体既不是电，也不是氢气，因为氢气的体积能量密度最小。液体的话，大炼油厂炼得越多单位成本越低，而且液体可以管路输送，能够以非常便宜的价格进行跨海输送。我在石油公司工作过，我们的船天天在拉油，假设今天拉一船汽油，从休斯敦炼油厂拉到深圳盐田港，在深圳或者是广州加油，比如说7元/L，你们算一下这7元/L的汽油里，运费是多少钱？其实只有7分钱左右。液体燃料最大好处就是可以管路输送，汽油等液体燃料便于长期储存也是很重要的原因。电和氢的长期储存是很困难的。

 内燃机量产后汽车的成本降幅很大。1913年福特第一条汽车流水线发明以后，汽车的成本从4700美元降到1600美元，让美国每一个蓝领工人都可以买得起车。规模越大越便宜，产业才能发展起来。而电池的问题就是即使规模增加到十万台级别，成本下降仍不明显。但是，当中国的电动车从2016年底的51.7万辆增加到2017年79.4万辆，当时全中国的汽车产量是2900万辆，这28万辆电动车的增量，却让全世界的钴价格翻了四倍、锂价格翻了一倍。

 我们说电动车用的是清洁能源，我是支持电动车在城市中心，出租车、公共汽车使用。电动车在城市中心使用有它的合理性。但如果从全生命周期来说，当中国电网的电60%多还是煤发电时，表面上是电动车是用电，实际上是在用煤。大家想想，用煤开车干净，还是用天然气转成甲醇、甲醇开车更干净？

 我是非常支持电动车研发的，但是当技术没有突破，采用大量补贴来推动产业化发展是会产生问题的。今天中国电动车产业的发展，一定要关注电池的回收问题。谁负责回收，回收就有成本，现在靠回收电池很难挣钱，意味着将来电池回收可能国家还要补贴。这个我支持，如果不补贴的话，将来几百万个剧毒电池分布在全国各地，那是环境的灾难。我认为，现在电动车的研发还是要加强，尤其是电池回收技术，如果电池回收技术攻不下来，电动车发展速度就要谨慎。

 发展电动车产业遇到的这些问题和瓶颈，其实十年前我就不断的讲。去年钴价上升以后，比亚迪的利润率狂降了83%。如果电动车现在没有国家补贴，难以继续竞争下去。面对这样的困境，我认为首先要在技术研发上突破，国家支持研发，等待技术突破之后再产业化，而不是技术还没有得到革命性突破，就希望靠补贴形成产业，这是非常危险的战略。

李克强总理在访问日本期间参观了丰田，网络上关于氢能和燃料电池的讨论铺天盖地，短短几年之内我国已经有34个氢能产业园。氢能是可以发展的，最根本的优势就是发电效率高。另外发展氢能可以降低我国对石油的依赖。尽管目前燃料电池成本较高，但是量产后，成本跟内燃机一样可以降低。燃料电池是用贵金属，但是这几年随着技术的进步贵金属的使用量越来越少，而且很重要的是燃料电池中的贵金属容易回收，这跟电池有很大的区别，这是燃料电池的优势。中国发展氢能这条路是对的，但是同样现在还需要投入研发，待技术攻关后再产业化。

 美国在氢能领域，前面几十年至少花了几百亿美金进行研发。2000年，小布什总统的国情咨文就提议拨款12亿美金作为研究资金，使美国在制造清洁的氢燃料汽车方面领先全世界。美国政府投入12亿美金，各大公司的投入加在一起就是120亿美金，甚至更多。目前全球推广燃料电池车只有2万多辆。原因是什么？

 氢气制取很容易、很便宜，问题是储氢和运氢。我总结氢气有四个最，首先是体积能量密度最低，氢气压缩有压力高和安全性等问题。氢气是最小的分子，易泄露，不锈钢管都会扩散过去。氢气有一个特点，在密闭的空间里，氢气是爆炸范围最宽的气体，小于4%是安全的，大于74%只着火不爆炸，4-74%这么宽的范围内遇火星就爆炸。现在中国的北上广深，大量的汽车都是停在地下车库，在封闭空间里就要注意安全性问题。现在西部太阳能、风能制氢可以输送过来，除非用管路输送，如果用罐车拉的话，按照国家的规定不允许过隧道。电解水制氢成本太高，除非碳税真正上去了，否则无法和煤、天然气制氢竞争。将来如果电可以实现零电价，制成氢气通过西气东输的管线掺氢送出来，这是一条最便宜的道路，我们做过全系统分析。因为氢气易泄漏的特点，加氢站就要有安全距离的要求，相应加氢站的成本就会增加。

 为什么说甲醇可以作为未来氢的载体呢？首先就是它的含氢量很高，而且甲醇在线制氢技术相对容易。今后甲醇还是储运天然气的工具，可以在有天然气的地方直接将天然气转为液体甲醇装船运输，而且当前液体基础设施是相对完备的。2019年7月3日科技日报头版头条刊登了我的文章，题目就是关于刘科院士谈甲醇经济与氢燃料电池。这个技术其实就是先把甲醇和水混在一起，通过反应生成氢气。

 国家能源集团成立氢能联盟的时候，当时很多人都说煤制氢很便宜，但是如果把氢气加到350大气压和700大气压的储氢罐里，每公斤氢气就从十几块钱涨到60-80块钱。现在从市场购买甲醇用于制氢，每公斤氢气的成本也就是15块钱。另外基础设施方面，人类已经投资了几万亿美元建设了相对完备的液体基础设施。现在我国四省一市（山西、陕西、贵州、甘肃和上海）已经示范甲醇汽车了，西安、宝鸡等地的出租汽车都是甲醇车。这样来做的话，假如要分别建一万座液体燃料甲醇站、一万座充电桩、一万座加氢站，甲醇站的加注能力是每天450辆车、充电站充电能力是24辆车、小型氢气加注站的加注能力是30辆车，建站投资分别约为甲醇站20亿美金、充电站830亿美金、加氢站1.4万亿。

 最近我们在做的就是基于甲醇氢燃料发电的分布式能源，为5G基站供电。我认为在未来电网没有建成的地方可以用分布式能源，屋顶上铺太阳能，地底下建一个甲醇罐，这样可以实现热电联供。因为甲醇转换温度是300度，冬天就可以取暖了，再加上一个热泵夏天就可以制冷了，整个系统综合效率高。我认为今后不管是在孤岛上还是在基站上，基于甲醇的氢燃料发电都将有很好的应用前景。

 未来我认为可用甲醇氢燃料发电做电动汽车的增程器，车上装3升甲醇就不用担心开电动车没电。无人机低空飞行如果用汽油、柴油的话那污染太重了，可以用甲醇基燃料微型涡轮发动机，污染小。

 未来如果增加碳税，最终以甲醇的形式把太阳能储存下来变成液体，阳光就可以做为能源，即使燃烧使用也是绿色的，这也是未来的一条路。国家能源局局长还有五大电力公司董事长都出席了9月29日的“一带一路”能源会，探讨了西部弃风、弃光的解决办法，我认为最好的办法就是电解水制氢，通过西气东输管线实现掺氢输送，因为掺氢最大的好处是能够降低天然气的氮氧化物排放。我认为今后如果在中心城市周围使用氢气是可行的，出租车、公共汽车或者物流运输车都可使用压缩氢气。进入地下车库的氢燃料电池车辆要单独考虑安全隐患问题，也许未来通过安全性方面的技术手段可以提供解决办法。

 氢气的输送未来主要还是依靠管道，如果管道的问题解决不了，氢能的问题就很难以解决。能用管道的地方就用管道，用不了管道的地方就用甲醇作为储氢载体，我认为是目前比较科学的方法。我认为，近期为了增加我国天然气的供应量、降低天然气的污染，管道掺氢率提至20%是比较现实，可以考虑。掺氢率提至20%是安全的，掺氢后热效率可以提高15%左右，而且污染物可以降低60%-80%，这对于天然气行业是健康的，尤其是对天然气供应受到限制的地方，当然这也需要与国内大的管网公司协调。

 我一直都在关注中国雾霾的问题。早些年我就算过汽车尾气排放对雾霾的影响，但不是最主要的，最主要是冬天的取暖，散煤和中小锅炉排放污染很大。要解决中国雾霾问题一定要做一件事，这就是要实现煤的清洁燃烧。同时我们要尽量增加天然气供应，包括掺氢也是增加天然气供应。

 我认为，当中国的石油短缺的时候，液体能源是未来的主体，今后其实天然气公司不一定非要进口LNG，可以考虑直接进口甲醇。怎么把甲醇这篇文章做好，使甲醇成为一个储氢载体，再和燃料电池高效性结合，这是今后很好的值得我们关注的方向。作为燃气公司来说，现有管网是你们的资源，要发展氢能必须走管网这条路，能源任何时候都是互补的，适合管网运输的就干管网，必须用车拉的就用甲醇，都是氢的载体、都是氢能，大家共同发展。

 谢谢大家！