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当前,行业对碳中和的认知仍然有限,存在如下几个典型的误解:

一、认为风能和太阳能比火电更便宜,因此太阳能和风能完全可以取代火电。事实是每年8760小时,全国各地的太阳能发电小时数平均在1700小时左右。也就是说,太阳能大概在 1/5～1/6 的时间段里比火电便宜,而在其他 5/6 左右的时间段,如果要储电,其成本会远高于火电。风能也好不到哪里去,平均发电时间在2000小时左右。尽管中国的风能、太阳能增量巨大,但总发电量与煤电相比仍然较小。而且,靠电池储电来解决太阳能、风能发电的想法“非常危险”。因为据估算,全世界5年的电池产能仅能满足东京全市停电3天的需求。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和可见的未来仍无法取代化石能源发电。

二、会有一个“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, 人类已经研发了100多年,电池的能量密度也并没有得到革命性的改进,目前实现大规模储电最便宜的还是100多年前发明的抽水储能技术。

三、用二氧化碳制成化学品来实现碳中和。然而从规模上,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%的石油生产出了我们所有的石化产品。如果把每年所排放的碳转化为化学品,不仅用不了那么多,反而会带来更多的碳排放,所以这种办法对减碳的贡献相当有限。

四、利用CCUS(碳捕集、利用与封存技术)能够实现碳中和。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捕集难度很大,迄今靠CCUS减低的二氧化碳排放量是非常有限的。

五、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,过去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,反而增加很多。

六、电动车取代燃油车可以降低碳排放。刘科表示,如果能源结构不改变,67%的电力还是煤电, 那电动车就是在增加碳排放,而不是减少碳排放。汽车行业的碳中和方案说到电动车,刘科认为,利用甲醇制氢的技术,或许是让电动车真正清洁化的路径。电动车100年前就出现了,过去100年,它为什么未能战胜燃油车?

在刘科看来,这一方面是能量密度和基础设施的问题,液体燃料的能量密度远高于铅酸电池,同时方便输送,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,制造铅酸电池需要用到的材料不仅昂贵,其中的重金属(镍、钴、铅、镉等)还容易造成环境污染,而电池回收利用依然是个难题。

刘科认为,氢燃料电池汽车是一个值得研究的方向,“发电效率高,能降低对石油的依赖,排放为水蒸气,而且大规模量产后成本能下来”。但氢能也存在储运成本高、安全隐患大、基础设施投资大等问题。对此,刘科推荐甲醇制氢技术路线,因为甲醇是非常好的液体储氢、运氢载体。他说,中国产煤,也有成熟的煤制甲醇技术,用甲醇制氢,就能有效减少碳排放。甲醇还可以用天然气来制,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。”刘科说,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。

用甲醇等液体燃料供给氢能,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实现加甲醇功能。醇水溶液的储运技术也较为成熟。同时,地下停车场也可以搭配甲醇氢能发电系统,无需电网扩容,就可以实时发电,给充电桩供电。

未来碳中和发展路径

关于未来如何实现碳中和,刘科提出几条现实路径:

一是通过现有煤化工与可再生能源结合,建成低碳能源系统。一方面让现有的煤化工实现零碳排放,另一方面是通过太阳能、风能、核能电解水制备绿氢和氧气,大大降低煤制甲醇的二氧化碳排放。二是推广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,从源头解决煤污染、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。三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。四是峰谷电与热储能综合利用。利用分布式储热模块,在谷电时段把煤电以热的形式储存下来,再在需要时用于供热或空调,可大大降低 C02 排放,实现真正的煤改电。五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。