关于碳中和的误区

国际知名的能源专家、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做客科技创新院士报告厅,围绕“碳中和误区及其现实路径”做了精彩演讲,在业内引起广泛关注。

碳中和的事不光是一个技术的问题,更是经济和社会平衡发展的综合性问题。

一个三口之家每年平均排放22吨二氧化碳,这是一个天量的数字。

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。

中国正大力发展电动车,如果技术不突破,不把钴和锂的用量降下来,造得越多材料越贵。

氢能汽车,为什么没有产业化?哪些环节没有解决?

为什么甲醇可能是作为最好的储氢载体?

碳中和的几个现实路径是什么?

碳中和是一个非常复杂的系统工程,需要通过多种技术渠道及各种努力去减碳;每个行业对自己的减碳路线都有所强调,但对其他行业的减碳路径及各种路径对减碳贡献的量不是很清晰,大众对碳中和的挑战及认知有一定局限,存在以下几个误区,需要用数据来说明:

第一个误区是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。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。也就是说太阳能大约在1/6–1/5的时间段比火电便宜;而在其他5/6-4/5的时间段,如果要储电,其成本会远远高于火电。

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,但我们用电不能说有太阳有风的时候用电,没太阳、没风的时候就停电。太阳能和风能是便宜了,但最大的问题是非稳定供电。

而且,电网靠电池储电的概念是非常危险的。据估算,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。如果继续增加风能、太阳能的同时,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完全取代化石能源发电。

第二个误区是人们以为有个魔术般的大规模储电技术,认为如果储能技术进步,风能和太阳能就能彻底取代火电。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。

不同行业的进步不一样,计算机行业有摩尔定律,这么多年确实发展得很快,但是能源行业目前还没找到类似摩尔定律一样的规律,“碳中和”必须选择现实可行的路线来推进。

有一个笑话是,比尔·盖茨跟波音公司总裁讲,假如飞机行业的技术进步跟计算机一样快,那现在人人都可以不用开车,改为开私人飞机了。波音公司的总裁说,假如我的技术跟你一样的话,这个世界就没人敢坐飞机了,因为那个年代计算机动不动就死机。

所以说,大家不要认为某一个行业发展很快,其他所有行业就都一样能够快速发展。能源行业本身就是一个不断地砸钱但技术进步缓慢的行业。未来储能技术肯定会有新发明与突破,我们鼓励储能技术的创新与发展,但制定战略时,要以今天已经被大规模证明的技术为基础,没证明技术突破不能先假设这个技术肯定会有突破。

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,但是这些没法从根本上解决二氧化碳的问题。粗略估算,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。

另一方面,据估算全世界只有大约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%的石油排碳的碳中和问题。二氧化碳转化为其他化学品对减碳的贡献是相当有限的。

所以说,把二氧化碳转化成任何化学品,如果能赚钱那可以去干,但挣不了钱就别打着“碳中和”的概念来拿国家的补贴。讲这个话我可能会得罪很多人,但我们科学家要讲事实,拿数字说话。我也参加过很多关于碳中和的论坛,很多时候甚至有些经济学家在讲的时候,没有数字的概念,只有一个粗概,说这样可以减碳、那样可以减碳,但是对减多少没有概念。这个也不能怪他们,隔行如隔山。

第四个误区,是说可以大量地捕集和利用二氧化碳。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。我看到一个数字,近年,中国整个二氧化碳驱油消耗量大概是每年几百万吨CO2耗量,与我们一年的排放是103亿吨CO2总量相比是非常有限的。

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,它不是一个完全的埋藏。

我回国前在GE曾经研究过这个事情。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。当时我们做了示范工程,前后花了28亿美元,有上百名博士参与,用了7年的时间建成了630MW的IGCC火电厂,一度时间曾经计划把这个每天耗6000多吨煤的IGCC电厂产生的CO2分离后全部打到地下埋藏,这个技术能够实现净零排放,但是不具备经济性。

我们做完这个项目以后,才发现即使不分离埋藏CO2,这一630MW的近零排放的IGCC火电厂是GE自爱迪生创立通用电气以来100多年以来建设的最复杂的一套工业系统,在先进性、环保性方面具有优势,不过这个成本太高了。

我回国之前和曾和原GE核能的总经理交流,他在一次公开演讲中也提到GE今后会通过煤炭零污染的火电厂解决二氧化碳的问题,但是讲完就下来跟我说,别看我在会上那么讲,真正要去做还不如干核能,核能比零污染火电厂便宜多了。当然,那会儿福岛核电站事故还没有发生,核能可以做。

因此,碳中和的事不光是一个技术的问题,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,还有一些经济效益,我国新疆等地已经有类似的二氧化碳驱油工程。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。

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

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。由于我国经济和生产水平的飞速发展,前10年我们碳排放增加得更多,在新增的诸多工业门类中,已经很大程度地提高了能效、减少了排放。

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。因此,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,不能光靠能效提高就能够达到碳中和。

第六个误区是认为电动车可以降低碳排放。

为什么靠电动车不能完全解决碳中和的问题?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。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,这个你们去算一下就知道了。只有能源结构和电网里大部分是可再生能源构成的时候,电动车才能算得上清洁能源。#投资#


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精彩评论

大Li出奇迹09-19 15:34

把作者刘科院士的署名加上就更好了。刘科院士是行业里难得的既懂理论,又在工业界有丰富实践经验的专家。

碳中和最终路径还是要在经济性上能站住脚。把眼睛瞄着补贴的,最终难逃新能源汽车骗补之后,一地鸡毛的命运。

永远寄托09-19 14:46

讲真,我不大相信有生之年新能源有历史性的跨越,因为很简单的,根据熵增的客观规律,人类不可能有制造一个能量密度高于其在过程中消耗的能量可能性!而直接利用或者转化大自然的存在物,是最有效的能量获取方式。

格林是潘09-19 13:30

碳中和是不是里根当年推出的“星球大战计划”

rrrr09-19 21:17

按照我大A尿性,短期来说懂得越多赚的越少

5千元09-20 01:17

第一次对大V 放炮。这个是真砖家!!
他这个是很奇怪的理论,光电为什么要取代石化能源?
互补不上很好吗?
我们要明白一个基本的常识,整个社会在白天是耗能多的,晚上耗能少。
看看国家的峰谷电价就知道,峰是什么时间?上午和下午。
这个时候光电是最强的时候,光电 加上石化能源,不正好满足社会的需求了。
不要吓人说,全球的蓄能电池支持不了东京三天的用电,
蓄能电池只要在消耗高峰,支持社会耗电量的5-15%,在每天的用电高峰支持2-5小时就足够了。
高峰的时候出一些力,支持一下,平衡消耗,
晚上社会用电少,电价底的时候,就可以用石化发电来充电,以备第二天再战。
我为什么要在极端的地区替代化石能源,我吃了经济发达地区不香吗?
少数极端情况来否定普遍现象,这就是砖家才说得出来。

全部评论

哈哈010210-20 11:33

要理解光伏对电网点冲击,看明白加州的鸭脖曲线就行。加州光伏的上量比中国早了五六年。现在中国多个省份也开始出现鸭脖现象了。

按加州鸭脖曲线的理解,1瓦光伏得配套2瓦调峰储能。这就是为什么隆基们没法起飞的根本原因,光伏隆基们头上的紧箍咒。

哈哈010210-20 11:19

你没看过负荷曲线。
晚上用电高峰7-10点,比白天的高峰还高。

Lawrence030510-07 09:11

真知灼见。紧从能量密度来看,光伏发电的能量摄取效率几乎是退回了工业文明前的农耕时代,都是依靠摄取日照能量而非产生新能量,这是已经工业化的人类文明无法接受的。所以核能,尤其是小规模核聚变技术应当是方向之一

Lawrence030510-07 09:08

你犯了专家提示过的错误,只有粗概。电网负荷不稳是能效和安全最大的隐患,风光补充这个概念不错,但不能做到大规模。专家敲打的就是这种只拿粗概说话,罔顾客观技术水平和行业规律的拍脑袋结论者

温特worth09-28 15:00

@陈达美股投资 为了能源安全, 跟CCJ的长期合约到期之后, 广核中核的铀矿供应是自己在纳米比亚之类的挖的, 成本不在有效前沿, 超过100美元一磅, 不进入国际市场交易.