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)管委會聯(lián)合浙江吉利控股集團主辦、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能問題，要有長期儲能的新思路。人類當(dāng)初選擇燃油車，一是因為液體是最佳的能源載體，二是因為機械制造流水線成本低。電動車原材料價格隨電動車數(shù)量增加，供需關(guān)系失衡而飛漲，近期的原材料價格上漲讓電動車已沒有利潤。

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他還表示，現(xiàn)實中通過氫能實現(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)。中國綠氫的生產(chǎn)成本在急劇下降，綠色甲醇是綠氫最好的儲運載體。綠色甲醇混合動力方案可解決電動車里程焦慮、過冬及快充站建設(shè)等痛點。綠色甲醇將解決電動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、澳大利亞國家工程院外籍院士 內(nèi)/容/來/自:中-國/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_碳_交^易=網(wǎng) tan pa i fa ng . c om

目前社會各界對碳中和都極為關(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、電動車和氫能四個領(lǐng)域。風(fēng)能與太陽能價格是較低的。華為在沙特建設(shè)1.3GWh的太陽能電站，因其日照時間長與成本較低的雙重因素，所以讓電的價格更呈下降趨勢。

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國家能源集團北京低碳清潔能源研究院聘請了一批全球頂級能源專家，此前并沒有預(yù)測到中國太陽能的價格走勢。光電價格雖具優(yōu)勢，卻也受到時間間斷的限制，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、煤價應(yīng)該呈現(xiàn)下跌的趨勢，但目前還未出現(xiàn)這樣的趨勢變化。所以新能源雖然價格較低，但儲能問題不得到解決，依然會面臨困境。

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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電及利用巖洞的壓縮空氣儲能，這也是目前兩個大規(guī)模、低成本的儲電路徑。碳中和實現(xiàn)的核心：一是儲能；二是將短期儲能技術(shù)變?yōu)殚L期的。太陽能、風(fēng)能總量雖多，但如何長期存儲才是未來的發(fā)展戰(zhàn)略，所謂的長期存儲就是把太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化成甲醇這樣的液體進行存儲。

一百年前紐約、倫敦、巴黎街道上的電動車都是電動車，因為鉛酸電池比內(nèi)燃機早發(fā)明20多年。但自1920年之后，燃油車一直在碾壓電動車，這其中有兩個原因。

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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，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碼頭，將液體運輸?shù)搅硪粋€碼頭，每升運費不超過7分錢，而且能量密度較大，可以進行長期儲存，但氫和電不能存放較長時間。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)燃機造一輛車的成本較高，但流水線的形成可以極大降低每臺車的成本，所以自福特發(fā)明流水線之后，當(dāng)時的汽車價格從4700美金降到了360美金，這是價格下降的根本原因。

流水線雖然會使成本下降，但鋰、鈷、鎳等造電動車所需的原材料成本會不斷增長。此前我預(yù)測如果電動車的增速不斷加快，必然會導(dǎo)致各種金屬價格的暴漲，金屬價格昂貴，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)系失衡而價格飛漲。在原材料價格暴漲而電動車售價不漲反降的情況下，電動車廠的利潤就受到了影響，所以原材料價格的不斷攀升，成為了新能源汽車發(fā)展的掣肘。 夲呅內(nèi)傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

電動車在較為平坦暖和的區(qū)域必將有序發(fā)展，同時也要做到四個同步：一是電動車發(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，會導(dǎo)致電動車實質(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)量快速增長會導(dǎo)致原材料價格的暴漲；三是電動車發(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)品將會造成污染；四是電動車發(fā)展與基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)同步。 內(nèi).容.來.自：中`國`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com

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

從2003年受邀擔(dān)任任國際氫能協(xié)會的理事，我一直在研究氫能。氫能具有哪些優(yōu)勢呢？氫能是首次人類不依靠燃燒來產(chǎn)生動力，氫氣在80攝氏度條件下和空氣中的氧通過電化學(xué)來進行發(fā)電，這樣的發(fā)電效率是內(nèi)燃機的2~3倍，發(fā)電效率高是其最大的優(yōu)勢。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)勢之一。 本+文`內(nèi)/容/來/自:中-國-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，因為能源載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)致儲氫運氫的成本較高。氫氣是最小的分子，這也意味著氫氣極易泄露，如果是露天場所不會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%），在這個范圍內(nèi)任何一點火花都可能會產(chǎn)生瞬燃瞬爆的結(jié)果。據(jù)煉油廠的統(tǒng)計，絕大部分的事故都是因為氫氣的泄露造成的，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)施投資費用也較為高昂。所以氫能雖好，但只能局限于露天場所和人員稀少的區(qū)域，在人口密集的城市不能使用。

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碳中和政策出臺之前已有呼聲要將甲醇取代汽油。國內(nèi)外大力推動碳中和行動之后，會發(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，是我們團隊倡導(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，運輸需要通過管線，比如從寧波修一條管線，運輸過來的氫氣必須在一個小時內(nèi)用完，因其體積較大，所以是較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程。沒有管線時會采取卡車運輸氫氣的方式，但路途上耗費的油量將大于運輸氫的能量，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_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^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

造甲醇需要氫氣、一氧化碳和二氧化碳，我們提出了綠色甲醇合成新工藝。通過實驗和模擬數(shù)據(jù)計算，比如現(xiàn)在產(chǎn)出的綠色甲醇成本，比70美金一桶的進口石油所產(chǎn)生的汽油要更為便宜。 本`文@內(nèi)/容/來/自:中-國^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100%。使用煤炭為碳源，產(chǎn)品甲醇中的綠色能源占比可達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，那么就解決國家和行業(yè)碳中和的需要了。 本+文+內(nèi)/容/來/自:中-國-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行發(fā)電。這一原理是把風(fēng)能和太陽能轉(zhuǎn)化成液體儲存起來，這樣幾十萬億的液體基礎(chǔ)設(shè)施就會被重新利用起來。 本%文$內(nèi)-容-來-自；中_國_碳|排 放_交-易^網(wǎng)^t an pa i fang . c om

最近我們團隊在推幾大基地合作，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)可以達到100%的燃料綠色化，實現(xiàn)對煤炭、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余年中并沒有因為甲醇毒性發(fā)生公共安全事故，下圖的數(shù)據(jù)也反映了吉利遠程M100甲醇重卡的貢獻。

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我認為較為平緩的道路可以使用電動重卡，但在山區(qū)和礦區(qū)的地形中較為困難，因為電動重卡爬坡需要的電流是平時的5~8倍，會導(dǎo)致續(xù)航里程受限，所以電動重卡未來會朝著甲醇的道路去發(fā)展。

碳中和目標下能源發(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。電動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加重電池的負擔(dān)，而哈爾濱等冬季寒冷的區(qū)域也存在電池的問題。我認為電動車和甲醇都有各自的市場，將其匹配到合適的市場中才是最為科學(xué)的態(tài)度。

低耗能是混合動力或者插電式混合動力汽車未來的發(fā)展趨勢。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，這樣的好處是可以實現(xiàn)慢充，降低電的費用?？斐鋵﹄娋W(wǎng)增加了不確定性，還需要集中管理，成本的增加會導(dǎo)致在老舊小區(qū)等場景中無法應(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)的兩個加油槍換成了加注甲醇，可能再過幾年加醇槍的數(shù)量會不斷增加，這樣就不會像加氫站和快充站那樣長期存在矛盾。

如果未來燃料電池的技術(shù)有革命性的突破，在露天場所下可將甲醇用到加氫站制氫供氫，在地下車庫等封閉空間中可在車上裝甲醇及甲醇制氫裝置實現(xiàn)在線制氫。綠色甲醇是綠氫最好的儲運載體，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

我認為電與甲醇應(yīng)該“各司其職”，混合動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力可以提升電動車續(xù)航能力，解決電動車充電過冬問題。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)燃機要高。 內(nèi)-容-來-自；中_國_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

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

碳中和時代的最終目標是減排，而減排就是利用可再生能源將其存儲，太陽能、風(fēng)能等是未來碳中和的發(fā)展方向，汽車行業(yè)也會朝著這個方向前行，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)管委會聯(lián)合浙江吉利控股集團主辦、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_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

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