刘科院士:当前业内对碳中和认知有六个误区

2021-07-20 13:38  来源:中国科技网  浏览:  

当前业内对碳中和的挑战及认知有限,存在六大误区和五个现实路径。7月15日,全国碳市场开市之时,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在深圳创新发展研究院等单位联合主办的科技创新院士报告厅以“碳中和误区及其现实路径”为主题演讲时表示。

刘科认为,中国每年排放约103亿吨二氧化碳,人均排放7.4吨,一个三口之家, 每年平均排放22吨二氧化碳。尽管风能,太阳能,二氧化碳转化为化学品,CCS(碳捕集和储存技术), CCUS(碳捕集、利用与封存技术),提高能效都会或多或少的对减碳有些贡献,都值得去鼓励,探索和实施;但对天量排放的二氧化碳减低的比例是相当有限的。

对碳中和认知的六大误区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。事实是每年8760小时,而太阳能每年发电小时数各地不同,平均在1700小时左右;也就是说太阳能大概在1/5 - 1/6 的时间段比火电便宜;而在其他5/6的时间段, 如果要储电,其成本会远远高于火电。尽管中国的风能、太阳能增量巨大,但事实上总发电量与煤电相比仍然是杯水车薪。而且,电网“靠电池储电的概念是非常危险的”,据估算,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。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,在可见的未来无法全部取代化石能源发电。

第二个误区是人们以为有个魔术般的大规模储电技术,但实际上能源行业没有计算机行业的摩尔定律,“人类花了100多年时间的研发,电池的能量密度并没有得到革命性的根本的改变”,迄今大规模GW及的储电最便宜的还是100多年前就被发明的抽水储能技术。

第三个误区是用二氧化碳制成化学品,但从规模上,二氧化碳制成化学品并不具备减碳价值。全世界约87%的石油都被烧掉了,约13%的石油生产了我们所有的石化产品。二氧化碳转化为其他化学品对减碳的贡献是相当有限的。

第四个误区是认为利用CCUS技术能够碳中和。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,但是“碳中和不光是一个技术的问题,更是经济和社会发展平衡的综合性问题”,刘科院士强调,在目前的技术下成本很高,也无法实现彻底固碳,而且二氧化碳在自然界的补集难度也很大,迄今靠CCS或CCUS减低的二氧化碳排放量是非常有限的。

第五个误区是认为通过提高能效能够实现碳中和。通过增加能效能够显著降低工业流程、产品使用中的碳排放,前20年中国能效确实有显著提高,但同时期,碳排放总量不但没降低,而且增加很多。因此,提高能效是减碳的重要手段,但只要使用化石能源,提高能效对碳中和的贡献也是非常有限的,提高能效确实是减低碳排放的成本最低,最应该优先做的。

第六个误区是希望以电动车取代燃油车来降低碳排放,但事实上电动车与燃油车之争在一百年前就已经开始了。刘科院士表示,“如果能源结构不改变,如果电网67%的还是煤电,那电动车是在增加碳排放,而不是减少碳排放。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”。

甲醇可能是最好的储氢载体

前100年电动车为什么未能战胜燃油车?在刘科院士指出,一方面是能量密度和基础设施的问题,比如液体燃料能量密度远高于气体,同时,“液体能源有个非常好的特点,陆上可以管路输送,海上可以非常便宜地跨海输送”,而且人类已建成遍布全球各地的液体燃料加注设施。另一方面是量产成本与污染的问题,主要是电池中使用的重金属(镍、钴、铅、镉等)易造成生态污染,而电池回收技术还有待进一步发展。

刘科院士认为氢能的优势明显,“发电效率高,能降低对石油的依赖,排放为水蒸气,而且大规模量产燃料电池后成本能下来”。但氢能也存在储氢运氢成本高、安全隐患大、基础设施投资高昂等问题。

氢能汽车为什么没有产业化?刘科院士指出,最根本的原因是氢气不适合于作为大众你我共有的能源载体。“制氢容易,但储氢、运氢有难度”。

刘科院士认为,甲醇是非常好的液体储氢、运氢载体。为什么提出甲醇这条线路?他表示,甲醇可以从煤、天然气来制,未来可以用太阳能催化二氧化碳和水来制甲醇,就变成绿色的甲醇。中国现在甲醇产能全世界最高,大概8000多万吨,按吨位来讲接近汽油1/4的量。另外,页岩气革命让世界发现了100多年用不完的天然气。“有100多年用不完的天然气,就有100多年用不完的甲醇。”他指出,未来我们也可以用太阳能制甲醇,这样生产的甲醇就完全是绿色甲醇了。

电动车和燃料电池最大的问题在于基础设施的土地成本问题和冬天续航问题,而甲醇等液体燃料供给氢能,则可以解决电动车充电及燃料电池加氢站建设的痛点。当前,甲醇加注站已经在全国多个省市示范成功,现有加油站也可以通过简单改造即可完成,储运基本成熟;醇水溶液的储运,相当于储运64wt%的酒精,相关技术更为成熟;同时,地下停车场也可以自行搭建甲醇氢能发电系统,无需电网扩容,就可以实时发电供给充电桩电力。

碳中和的五个现实路径

第一个路径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,另一方面是通过太阳能、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。

第二个路径是利用煤炭领域的碳中和技术——微矿分离技术。在煤燃烧前,把可燃物及含污染物的矿物质分离开,制备低成本类液体燃料+土壤改良剂,源头解决煤污染、滥用化肥及土壤生态问题,同时低成本生产甲醇、氢气等高附加值化学品。

第三个路径是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,及光伏和农业联合减碳。

第四个路径是峰谷电与热储能综合利用,火电厂就是半夜也不能停,在半夜12点到早晨6点这个区间,火电厂尽管还在排放大量二氧化碳,但发的电没人用;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,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,进一步减少电能消耗。


第五个路径是利用可再生能源制甲醇,然后做分布式的发电。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。

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