面向碳中和的汽車技術(shù)路線探討

2023年7月28日，在寧波前灣新區(qū)管委會(huì)聯(lián)合浙江吉利控股集團(tuán)主辦、浙江省綠色智能汽車及零部件技術(shù)創(chuàng)新中心及蓋世汽車承辦的第三屆前灣汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高端論壇上，國(guó)際知名的能源科學(xué)家、南方科技大學(xué)講席教授、澳大利亞國(guó)家工程院外籍院士劉科表示，不能依賴電池解決碳中和的儲(chǔ)能問題，要有長(zhǎng)期儲(chǔ)能的新思路。人類當(dāng)初選擇燃油車，一是因?yàn)橐后w是最佳的能源載體，二是因?yàn)闄C(jī)械制造流水線成本低。電動(dòng)車原材料價(jià)格隨電動(dòng)車數(shù)量增加，供需關(guān)系失衡而飛漲，近期的原材料價(jià)格上漲讓電動(dòng)車已沒有利潤(rùn)。

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他還表示，現(xiàn)實(shí)中通過氫能實(shí)現(xiàn)碳中和的優(yōu)選路徑是基于可再生能源的綠色甲醇技術(shù)。中國(guó)綠氫的生產(chǎn)成本在急劇下降，綠色甲醇是綠氫最好的儲(chǔ)運(yùn)載體。綠色甲醇混合動(dòng)力方案可解決電動(dòng)車?yán)锍探箲]、過冬及快充站建設(shè)等痛點(diǎn)。綠色甲醇將解決電動(dòng)車及燃料電池汽車基礎(chǔ)設(shè)施問題。分布式能源熱電聯(lián)供可降低碳排放約80%，是交通領(lǐng)域最低成本實(shí)現(xiàn)碳中和的路徑。

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 劉科 | 能源科學(xué)家、南方科技大學(xué)講席教授、澳大利亞國(guó)家工程院外籍院士 內(nèi)/容/來/自:中-國(guó)/碳-排*放^交%易#網(wǎng)-tan p a i fang . com

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能源轉(zhuǎn)型中的歷史選擇與困境突破 本文`內(nèi)-容-來-自；中_國(guó)_碳_交^易=網(wǎng) tan pa i fa ng . c om

目前社會(huì)各界對(duì)碳中和都極為關(guān)注，碳中和核心要解決的是能源轉(zhuǎn)型的問題，主要聚焦于風(fēng)能、太陽能、電動(dòng)車和氫能四個(gè)領(lǐng)域。風(fēng)能與太陽能價(jià)格是較低的。華為在沙特建設(shè)1.3GWh的太陽能電站，因其日照時(shí)間長(zhǎng)與成本較低的雙重因素，所以讓電的價(jià)格更呈下降趨勢(shì)。

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國(guó)家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院聘請(qǐng)了一批全球頂級(jí)能源專家，此前并沒有預(yù)測(cè)到中國(guó)太陽能的價(jià)格走勢(shì)。光電價(jià)格雖具優(yōu)勢(shì)，卻也受到時(shí)間間斷的限制，比如風(fēng)能、太陽能和天然氣的數(shù)量龐大，照常理（新能源便宜了）油價(jià)、煤價(jià)應(yīng)該呈現(xiàn)下跌的趨勢(shì)，但目前還未出現(xiàn)這樣的趨勢(shì)變化。所以新能源雖然價(jià)格較低，但儲(chǔ)能問題不得到解決，依然會(huì)面臨困境。

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電池研究了上百年，但100年前就有受地理位置限制的抽水儲(chǔ)電及利用巖洞的壓縮空氣儲(chǔ)能，這也是目前兩個(gè)大規(guī)模、低成本的儲(chǔ)電路徑。碳中和實(shí)現(xiàn)的核心：一是儲(chǔ)能；二是將短期儲(chǔ)能技術(shù)變?yōu)殚L(zhǎng)期的。太陽能、風(fēng)能總量雖多，但如何長(zhǎng)期存儲(chǔ)才是未來的發(fā)展戰(zhàn)略，所謂的長(zhǎng)期存儲(chǔ)就是把太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化成甲醇這樣的液體進(jìn)行存儲(chǔ)。

一百年前紐約、倫敦、巴黎街道上的電動(dòng)車都是電動(dòng)車，因?yàn)殂U酸電池比內(nèi)燃機(jī)早發(fā)明20多年。但自1920年之后，燃油車一直在碾壓電動(dòng)車，這其中有兩個(gè)原因。

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一是能量密度。汽車、輪船等交通工具的重要參數(shù)并非質(zhì)量能量密度，而是體積能量密度。鉛酸電池于1859年發(fā)明，此后投入了上萬億的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，到今天最好的電池，每公斤大概0.4kWh，每立方米超不過600kWh。液體的甲醇的體積能量密度是4300kWh/m3，汽油是8600kWh/m3，所以選擇汽油并非偶然，而是因其體積能量密度大。

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二是常溫常壓下的液體，在陸地和海上分別可以進(jìn)行管路和跨海的輸送，并且成本較低。比如從全世界上任何一個(gè)碼頭，將液體運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)碼頭，每升運(yùn)費(fèi)不超過7分錢，而且能量密度較大，可以進(jìn)行長(zhǎng)期儲(chǔ)存，但氫和電不能存放較長(zhǎng)時(shí)間。所以人類選擇液體作為能源載體絕非偶然，是由以上特征來決定的。

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未來太陽能和風(fēng)能可以轉(zhuǎn)化成液體，用可再生能源的液體與電的結(jié)合來完成碳中和的路徑。1913年，福特發(fā)明了世界上第一條流水線。內(nèi)燃機(jī)造一輛車的成本較高，但流水線的形成可以極大降低每臺(tái)車的成本，所以自福特發(fā)明流水線之后，當(dāng)時(shí)的汽車價(jià)格從4700美金降到了360美金，這是價(jià)格下降的根本原因。

流水線雖然會(huì)使成本下降，但鋰、鈷、鎳等造電動(dòng)車所需的原材料成本會(huì)不斷增長(zhǎng)。此前我預(yù)測(cè)如果電動(dòng)車的增速不斷加快，必然會(huì)導(dǎo)致各種金屬價(jià)格的暴漲，金屬價(jià)格昂貴，是因其供應(yīng)受限，鋰、鈷、鎳等資源的稀缺程度較高，導(dǎo)致供需關(guān)系失衡而價(jià)格飛漲。在原材料價(jià)格暴漲而電動(dòng)車售價(jià)不漲反降的情況下，電動(dòng)車廠的利潤(rùn)就受到了影響，所以原材料價(jià)格的不斷攀升，成為了新能源汽車發(fā)展的掣肘。 夲呅內(nèi)傛萊源亍：ф啯碳*排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

電動(dòng)車在較為平坦暖和的區(qū)域必將有序發(fā)展，同時(shí)也要做到四個(gè)同步：一是電動(dòng)車發(fā)展與電網(wǎng)的清潔化同步，如果電網(wǎng)69.5%是使用煤來發(fā)電，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)車實(shí)質(zhì)上在消耗煤炭；二是汽車產(chǎn)量要和原材料的供應(yīng)相協(xié)調(diào)和同步，否則產(chǎn)量快速增長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致原材料價(jià)格的暴漲；三是電動(dòng)車發(fā)展與電池回收技術(shù)發(fā)展同步，電池的回收技術(shù)至關(guān)重要，否則一些巨毒化學(xué)品將會(huì)造成污染；四是電動(dòng)車發(fā)展與基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)同步。 內(nèi).容.來.自：中`國(guó)`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com

氫能的優(yōu)勢(shì)與綠色甲醇技術(shù) 本/文-內(nèi)/容/來/自:中-國(guó)-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com

從2003年受邀擔(dān)任任國(guó)際氫能協(xié)會(huì)的理事，我一直在研究氫能。氫能具有哪些優(yōu)勢(shì)呢？氫能是首次人類不依靠燃燒來產(chǎn)生動(dòng)力，氫氣在80攝氏度條件下和空氣中的氧通過電化學(xué)來進(jìn)行發(fā)電，這樣的發(fā)電效率是內(nèi)燃機(jī)的2~3倍，發(fā)電效率高是其最大的優(yōu)勢(shì)。燃料電池金屬回收技術(shù)較為成熟，也使得貴金屬的使用成本明顯下降，這也是氫能的優(yōu)勢(shì)之一。 本+文`內(nèi)/容/來/自:中-國(guó)-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com

從能源載體理論來看，液體是最好的能源載體，氫氣則不適合直接做能源的載體，因?yàn)槟茉摧d體需要足夠大的體積能量密度。但氫氣的體積能量密度是最小的，這導(dǎo)致儲(chǔ)氫運(yùn)氫的成本較高。氫氣是最小的分子，這也意味著氫氣極易泄露，如果是露天場(chǎng)所不會(huì)存在較大的安全隱患問題，但氫氣在封閉空間中爆炸極限最寬的氣體（4~74%），在這個(gè)范圍內(nèi)任何一點(diǎn)火花都可能會(huì)產(chǎn)生瞬燃瞬爆的結(jié)果。據(jù)煉油廠的統(tǒng)計(jì)，絕大部分的事故都是因?yàn)闅錃獾男孤对斐傻?，這也是氫氣的本質(zhì)特性所決定的。另外，加氫站占地面積大，基礎(chǔ)設(shè)施投資費(fèi)用也較為高昂。所以氫能雖好，但只能局限于露天場(chǎng)所和人員稀少的區(qū)域，在人口密集的城市不能使用。

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碳中和政策出臺(tái)之前已有呼聲要將甲醇取代汽油。國(guó)內(nèi)外大力推動(dòng)碳中和行動(dòng)之后，會(huì)發(fā)現(xiàn)煤制的甲醇很便宜，但一噸甲醇要排放3.5噸的二氧化碳，基于可再生能源大幅度降低煤制甲醇廠的碳排放量，是我們團(tuán)隊(duì)倡導(dǎo)的技術(shù)方向。在甲醇廠中最貴的是氫氣和氧氣，氫氣基本集中于西部，運(yùn)輸需要通過管線，比如從寧波修一條管線，運(yùn)輸過來的氫氣必須在一個(gè)小時(shí)內(nèi)用完，因其體積較大，所以是較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程。沒有管線時(shí)會(huì)采取卡車運(yùn)輸氫氣的方式，但路途上耗費(fèi)的油量將大于運(yùn)輸氫的能量，所以在當(dāng)?shù)鼗蛘咧車a(chǎn)氫與用氫較為合理。 本*文@內(nèi)-容-來-自；中_國(guó)_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

甲醇和燃料電池的結(jié)合也是未來的發(fā)展方向，而且甲醇廠的氧氣是最寶貴的東西，3.5噸二氧化碳中的2.1噸都是為了制純氧所排出去的。電解水制氫時(shí)必然產(chǎn)生氧氣，將純氧和綠氫有效利用，可以把生物質(zhì)、城市垃圾等全部變成氫氣、一氧化碳和少量的二氧化碳。 本`文-內(nèi).容.來.自：中`國(guó)^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

造甲醇需要?dú)錃狻⒁谎趸己投趸?，我們提出了綠色甲醇合成新工藝。通過實(shí)驗(yàn)和模擬數(shù)據(jù)計(jì)算，比如現(xiàn)在產(chǎn)出的綠色甲醇成本，比70美金一桶的進(jìn)口石油所產(chǎn)生的汽油要更為便宜。 本`文@內(nèi)/容/來/自:中-國(guó)^碳-排-放^*交*易^網(wǎng)-tan pai fang. com

使用生物質(zhì)為碳源，產(chǎn)品甲醇中的綠色能源占比可達(dá)100%。使用煤炭為碳源，產(chǎn)品甲醇中的綠色能源占比可達(dá)75%。如果在石油和煤炭上能夠減碳75%，剩下這25%的碳是碳中和允許排放的碳，也就是讓放出去的碳與吸收回來的碳產(chǎn)生平衡，那么就解決國(guó)家和行業(yè)碳中和的需要了。 本+文+內(nèi)/容/來/自:中-國(guó)-碳-排-放（交—易^網(wǎng)-tan pai fang . com

如果今天的技術(shù)能夠做到減碳75%，那么人類基本可以實(shí)現(xiàn)碳中和，并且擁有了綠色的液體，不僅可以用在車上也可以進(jìn)行發(fā)電。這一原理是把風(fēng)能和太陽能轉(zhuǎn)化成液體儲(chǔ)存起來，這樣幾十萬億的液體基礎(chǔ)設(shè)施就會(huì)被重新利用起來。 本%文$內(nèi)-容-來-自；中_國(guó)_碳|排 放_(tái)交-易^網(wǎng)^t an pa i fang . c om

最近我們團(tuán)隊(duì)在推幾大基地合作，開展生物質(zhì)氣化與鹽堿地治理。專門規(guī)?；N植的巨菌草在不缺水的情況下可以畝產(chǎn)30~50噸，相當(dāng)于巨型的二氧化碳吸收器，將其生物質(zhì)原料氣化以后可以制成綠色甲醇，并且這種技術(shù)可以達(dá)到100%的燃料綠色化，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭、天然氣的綠色燃料替代。

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甲醇助力貴陽市構(gòu)建了綠色低碳交通體系。此前有言論稱甲醇有毒，不能做燃料，其實(shí)汽油中甲苯也還有毒，但貴陽將近2萬輛車，在近10余年中并沒有因?yàn)榧状级拘园l(fā)生公共安全事故，下圖的數(shù)據(jù)也反映了吉利遠(yuǎn)程M100甲醇重卡的貢獻(xiàn)。

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我認(rèn)為較為平緩的道路可以使用電動(dòng)重卡，但在山區(qū)和礦區(qū)的地形中較為困難，因?yàn)殡妱?dòng)重卡爬坡需要的電流是平時(shí)的5~8倍，會(huì)導(dǎo)致續(xù)航里程受限，所以電動(dòng)重卡未來會(huì)朝著甲醇的道路去發(fā)展。

碳中和目標(biāo)下能源發(fā)展將駛向何方？

從2020年開始，綠氫的成本呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)。電動(dòng)車適合在道路平坦和氣候溫暖的區(qū)域使用，比如重慶雖然溫度可以但地形問題會(huì)加重電池的負(fù)擔(dān)，而哈爾濱等冬季寒冷的區(qū)域也存在電池的問題。我認(rèn)為電動(dòng)車和甲醇都有各自的市場(chǎng)，將其匹配到合適的市場(chǎng)中才是最為科學(xué)的態(tài)度。

低耗能是混合動(dòng)力或者插電式混合動(dòng)力汽車未來的發(fā)展趨勢(shì)。車輛正常上下班做到200公里的里程就足夠了，但車上可以安裝5升甲醇的小型發(fā)電機(jī)，這樣的好處是可以實(shí)現(xiàn)慢充，降低電的費(fèi)用?？斐鋵?duì)電網(wǎng)增加了不確定性，還需要集中管理，成本的增加會(huì)導(dǎo)致在老舊小區(qū)等場(chǎng)景中無法應(yīng)用，而且電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施也不允許大規(guī)模更新。

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在車上配備甲醇，其余熱可以在冬季保證車與電池維持在最佳溫度。全世界70%的區(qū)域存在冬季，混合動(dòng)力可以解決氣候所帶來的問題，比如貴陽的加油站近五年來逐步愿意將其站內(nèi)的兩個(gè)加油槍換成了加注甲醇，可能再過幾年加醇槍的數(shù)量會(huì)不斷增加，這樣就不會(huì)像加氫站和快充站那樣長(zhǎng)期存在矛盾。

如果未來燃料電池的技術(shù)有革命性的突破，在露天場(chǎng)所下可將甲醇用到加氫站制氫供氫，在地下車庫(kù)等封閉空間中可在車上裝甲醇及甲醇制氫裝置實(shí)現(xiàn)在線制氫。綠色甲醇是綠氫最好的儲(chǔ)運(yùn)載體，這也將是未來汽車最理想的燃料。 夲呅內(nèi)傛萊源亍：ф啯碳*排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

我認(rèn)為電與甲醇應(yīng)該“各司其職”，混合動(dòng)力未來將依托綠色甲醇的基礎(chǔ)設(shè)施，用于三代汽車使用。插電式綠色甲醇混合動(dòng)力可以提升電動(dòng)車?yán)m(xù)航能力，解決電動(dòng)車充電過冬問題。綠色甲醇為燃料電池車提供更為安全、加注便捷的氫源，而且其效率也比內(nèi)燃機(jī)要高。 內(nèi)-容-來-自；中_國(guó)_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

電動(dòng)車在加速或啟動(dòng)時(shí)都需要依靠電池，所以電池的研發(fā)永遠(yuǎn)是汽車的核心環(huán)節(jié)之一。網(wǎng)聯(lián)化與電動(dòng)化之間不存在必然的聯(lián)系，未來也將是電與液體進(jìn)行混合的狀態(tài)。綠氨在露天對(duì)氣味不敏感的場(chǎng)景中，是很好的氫的載體，比如礦場(chǎng)、碼頭、工業(yè)等露天場(chǎng)景均可以使用，但氨泄露具有強(qiáng)烈的氣味且有毒，會(huì)對(duì)人體造成傷害，所以不適合人口密集和對(duì)氣味敏感的地方。 本*文`內(nèi)/容/來/自:中-國(guó)-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m

碳中和時(shí)代的最終目標(biāo)是減排，而減排就是利用可再生能源將其存儲(chǔ)，太陽能、風(fēng)能等是未來碳中和的發(fā)展方向，汽車行業(yè)也會(huì)朝著這個(gè)方向前行，而且綠色甲醇不僅用于提供發(fā)電、汽車行駛等，還可以保障人類的能源供應(yīng)。 禸嫆@唻洎：狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

（以上內(nèi)容來自能源科學(xué)家、南方科技大學(xué)講席教授、澳大利亞國(guó)家工程院外籍院士劉科于2023年7月28日，在寧波前灣新區(qū)管委會(huì)聯(lián)合浙江吉利控股集團(tuán)主辦、浙江省綠色智能汽車及零部件技術(shù)創(chuàng)新中心及蓋世汽車承辦的第三屆前灣汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高端論壇上發(fā)表的《面向碳中和的汽車技術(shù)路線探討》主題演講。）    內(nèi)-容-來-自；中_國(guó)_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

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