（本文系由深圳創(chuàng)新發(fā)展研究院、博研商學(xué)院、深圳企聯(lián)等共同主辦的“科技創(chuàng)新院士報(bào)告廳”第四期內(nèi)容，7月15日上午，劉科院士圍繞“碳中和誤區(qū)及其現(xiàn)實(shí)路徑”做了演講。以下內(nèi)容根據(jù)劉科院士的演講錄音整理，經(jīng)劉科本人審訂。）

 

（來(lái)源：微信公眾號(hào)“鄂電價(jià)格”ID：edianjiage 作者：劉科）

 

劉科院士曾在海外工作過(guò)二十多年，之前在GE、UTC（聯(lián)合技術(shù)公司）、?？松?美孚等單位工作，2009年回國(guó)?；貋?lái)以后第一份工作就是參與籌建北京低碳清潔能源研究所（現(xiàn)國(guó)家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院），并且擔(dān)任副所長(zhǎng)和首席技術(shù)官。目前,劉科院士擔(dān)任南方科技大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院院長(zhǎng)和清潔能源研究院院長(zhǎng)。

 

劉科院士一直致力于研究低碳和能源的事情，現(xiàn)將他本人7月15日上午在“科技創(chuàng)新院士報(bào)告廳”第四期上“碳中和誤區(qū)及其現(xiàn)實(shí)路徑”部分演講內(nèi)容與大家分享一下。

 

關(guān)于碳中和的誤區(qū)

 

當(dāng)前大眾對(duì)碳中和的挑戰(zhàn)及認(rèn)知有一定局限，認(rèn)為單一的技術(shù)路線或者技術(shù)突破能夠解決碳中和問(wèn)題，因此常存在幾個(gè)誤區(qū)：

 

第一個(gè)誤區(qū)是認(rèn)為風(fēng)能和太陽(yáng)能比火電都便宜了，因此太陽(yáng)能和風(fēng)能完全可以取代火電實(shí)現(xiàn)碳中和。這句話只對(duì)了1/5到1/6。因?yàn)橐荒暧?760小時(shí)，而中國(guó)的太陽(yáng)能每年發(fā)電小時(shí)數(shù)因地而異，在1300小時(shí)到2000小時(shí)之間不等，很少有超過(guò)2000小時(shí)的區(qū)域，平均在1700小時(shí)左右；也就是說(shuō)太陽(yáng)能大約在1/5–1/6的時(shí)間段比火電便宜；而在其他4/5-5/6的時(shí)間段，如果要儲(chǔ)電，其成本會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于火電。風(fēng)能每年發(fā)電的時(shí)間比太陽(yáng)能略微長(zhǎng)一點(diǎn)，是2000小時(shí)左右，但電是需要24小時(shí)供的，不能說(shuō)一個(gè)電廠一年只供一兩千小時(shí)，因?yàn)槲覀冇秒姴荒苷f(shuō)有太陽(yáng)有風(fēng)的時(shí)候用電，沒(méi)太陽(yáng)、沒(méi)風(fēng)的時(shí)候就停電。太陽(yáng)能和風(fēng)能是便宜了，但最大的問(wèn)題是非穩(wěn)定供電。

 

不可否認(rèn)，中國(guó)的風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)展了將近四十年，取得非常大的成績(jī)，我們給這個(gè)領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)的科學(xué)家們以崇高的致敬。但直到今天，風(fēng)能、太陽(yáng)能與煤電相比仍然是杯水車薪。以2019年為例，全國(guó)的風(fēng)能和太陽(yáng)能加起來(lái)發(fā)電總量相當(dāng)于1.92億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)電量，而中國(guó)年發(fā)電耗煤大約是22億噸煤，相當(dāng)于18-19億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，也就是說(shuō)，風(fēng)能和太陽(yáng)能只能占煤電的10%左右。

 

而且，電網(wǎng)靠電池儲(chǔ)電的概念是非常危險(xiǎn)的。據(jù)估算，目前全世界5年的電池產(chǎn)能僅能滿足東京全市停電3天的電能。如果說(shuō)我們有4/5的時(shí)間或者5/6的時(shí)間要靠電池儲(chǔ)電，這是不可想象的。況且，這個(gè)世界也沒(méi)有那么多的鈷和鋰，沒(méi)法讓我們?cè)炷敲炊嗟碾姵?。在這種情況下，棄光棄風(fēng)的問(wèn)題非常嚴(yán)重，因?yàn)殡娋W(wǎng)只能容納15%的非穩(wěn)定電源。風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)出來(lái)的電，電網(wǎng)沒(méi)法全部承受。如果繼續(xù)增加風(fēng)能、太陽(yáng)能，同時(shí)大規(guī)模儲(chǔ)能問(wèn)題解決不了，只能廢棄更多。

 

棄光棄風(fēng)在中國(guó)有兩方面的原因，一是技術(shù)因素，就是因?yàn)樘?yáng)能、風(fēng)能是沒(méi)辦法預(yù)測(cè)的，電網(wǎng)小于15%可以容納，多于15%容納不了，這是一個(gè)很大的技術(shù)難題，到現(xiàn)在還不好解決；二是機(jī)制因素，地方保護(hù)主義的存在可能會(huì)讓地方出于各種原因不用風(fēng)電、光電、水電。機(jī)制問(wèn)題在中央大力推動(dòng)“碳中和”的背景下是可以解決的，但技術(shù)問(wèn)題，不容易解決。

 

因此，太陽(yáng)能和風(fēng)能需要大力發(fā)展，但在儲(chǔ)電成本仍然很高的當(dāng)前，在可見(jiàn)的未來(lái)仍然無(wú)法全部取代化石能源發(fā)電。

 

第二個(gè)誤區(qū)是人們以為有個(gè)魔術(shù)般的大規(guī)模儲(chǔ)電技術(shù)，認(rèn)為如果儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)步，風(fēng)能和太陽(yáng)能就能徹底取代火電。這個(gè)假設(shè)太大了，因?yàn)樽糟U酸電池發(fā)明至今一百多年來(lái)，人類花了數(shù)千億美元的研發(fā)經(jīng)費(fèi)研究?jī)?chǔ)能，可從鉛酸電池的90千瓦時(shí)/立方米增加到今天特斯拉的260千瓦時(shí)/立方米，電池的能量密度并沒(méi)有得到革命性的根本改變。要知道，汽油是8600千瓦時(shí)/立方米。同時(shí)，迄今大規(guī)模GW（十億瓦特發(fā)電裝機(jī)容量）級(jí)的儲(chǔ)電最便宜的還是100多年前就被發(fā)明的抽水蓄能技術(shù)。

 

科學(xué)技術(shù)的突破不是沒(méi)有可能，但是只有發(fā)現(xiàn)了才能知道發(fā)現(xiàn)了。今天無(wú)法預(yù)測(cè)明天的發(fā)現(xiàn)。我經(jīng)常舉一個(gè)例子，火藥發(fā)明之后近一千年才有槍的發(fā)明。槍的機(jī)械原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，但是你要說(shuō)火藥發(fā)明后就可以預(yù)測(cè)肯定會(huì)發(fā)明槍，那就錯(cuò)得離譜了。這就提醒我們，在制定任何戰(zhàn)略時(shí)，都千萬(wàn)不要假設(shè)未來(lái)這塊有突破就可以做什么事。我們制定戰(zhàn)略一定是以已有的、證明的、現(xiàn)實(shí)的技術(shù)路線為基礎(chǔ)。

 

不同行業(yè)的進(jìn)步不一樣，計(jì)算機(jī)行業(yè)有摩爾定律，這么多年確實(shí)發(fā)展得很快，但是能源行業(yè)目前還沒(méi)找到類似摩爾定律一樣的規(guī)律，“碳中和”必須選擇現(xiàn)實(shí)可行的路線來(lái)推進(jìn)。

 

有一個(gè)笑話是，比爾·蓋茨跟波音公司總裁講，假如飛機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步跟計(jì)算機(jī)一樣快，那現(xiàn)在人人都可以不用開(kāi)車，可以改為開(kāi)飛機(jī)了。波音公司的總裁說(shuō)，假如我的技術(shù)跟你一樣的話，這個(gè)世界就沒(méi)人敢坐飛機(jī)了，因?yàn)槟莻€(gè)年代計(jì)算機(jī)動(dòng)不動(dòng)就死機(jī)。所以說(shuō)，大家不要認(rèn)為某一個(gè)行業(yè)發(fā)展很快，其他的行業(yè)就都一樣。能源行業(yè)就是一個(gè)不斷地砸錢(qián)但技術(shù)進(jìn)步緩慢的行業(yè)。未來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)肯定會(huì)有新發(fā)明，我們鼓勵(lì)儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，但是在制定戰(zhàn)略目標(biāo)的時(shí)候一定要謹(jǐn)慎，沒(méi)發(fā)明的時(shí)候就不要先假設(shè)這個(gè)事情存在。

 

第三個(gè)誤區(qū)，有些人認(rèn)為我們可以把二氧化碳轉(zhuǎn)化成各種各樣的化學(xué)品，比如保鮮膜、化妝品等等。這些要能轉(zhuǎn)化、能賺錢(qián)，可以去干，但是這些解決不了二氧化碳的問(wèn)題。粗略估算，一個(gè)三口之家一年平均排放碳22噸，但什么產(chǎn)品一個(gè)家庭一年也消耗不了20多噸。

 

另一方面，全世界只有大約13%的石油就生產(chǎn)了我們所有的石化產(chǎn)品，剩下的大約87%的石油都是被燒掉的。如果把全世界的化學(xué)品都用二氧化碳來(lái)造，也只是解決13%的碳中和問(wèn)題。所以說(shuō)，從規(guī)模上二氧化碳制成化學(xué)品并不具備減碳價(jià)值。二氧化碳轉(zhuǎn)化為其他化學(xué)品對(duì)減碳的貢獻(xiàn)是相當(dāng)有限的。

 

所以說(shuō)，把二氧化碳轉(zhuǎn)化成任何化學(xué)品，如果能賺錢(qián)那可以去干，但掙不了錢(qián)就別打著“碳中和”的概念來(lái)拿國(guó)家的補(bǔ)貼。講這個(gè)話我可能會(huì)得罪很多人，特別是企業(yè)界的人。但我們科學(xué)家要講事實(shí)，拿數(shù)字說(shuō)話。我也參加過(guò)很多關(guān)于碳中和的論壇，很多時(shí)候甚至有些經(jīng)濟(jì)學(xué)家在講的時(shí)候，沒(méi)有數(shù)字的概念，只有一個(gè)粗概，說(shuō)這樣可以減碳、那樣可以減碳，但是對(duì)減多少?zèng)]有概念。這個(gè)也不能怪他們，隔行如隔山。

 

第四個(gè)誤區(qū)，是說(shuō)可以大量地捕集和利用二氧化碳。利用CCUS技術(shù)，把生產(chǎn)過(guò)程排放的二氧化碳進(jìn)行捕獲提純，再投入到新的生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行循環(huán)再利用或封存。理論上能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化碳的大規(guī)模捕集。現(xiàn)在大家說(shuō)在電廠把二氧化碳分離，分離完以后打到地下可以做驅(qū)油和埋藏等等其他的作用。那么我們看看，未來(lái)十年，中國(guó)整個(gè)二氧化碳驅(qū)油消耗量大概是600多萬(wàn)噸，我們一年的排放是103億噸。而且驅(qū)油這個(gè)階段是一部分二氧化碳進(jìn)到地里，還有一部分會(huì)跟著油出來(lái)，它不是一個(gè)完全的埋藏。

 

把碳打到地下埋藏，我回國(guó)前在GE曾經(jīng)做過(guò)這個(gè)事情。把煤和水、氧轉(zhuǎn)成氫氣和二氧化碳，氫氣燃燒發(fā)電產(chǎn)生水蒸氣，二氧化碳就打到地底下。我們做了示范工程，前后花了28億美元，有上百名博士參與，用了7年的時(shí)間，這個(gè)示范具有環(huán)境方面的意義，并且工廠在美國(guó)運(yùn)行至今，但是不具備經(jīng)濟(jì)性。我們做完這個(gè)項(xiàng)目以后，發(fā)現(xiàn)這是GE創(chuàng)立以來(lái)最復(fù)雜的一套工業(yè)系統(tǒng)。別看全GE可以生產(chǎn)的包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、醫(yī)療器械、核磁共振、CT等等這些，包括三峽水利工程的設(shè)備和青藏線的火車頭等等，但是GE成立以來(lái)最復(fù)雜的一套系統(tǒng)就是我們當(dāng)時(shí)做的“零污染火電廠”，不過(guò)這個(gè)成本太高了。

 

我回國(guó)之前和當(dāng)時(shí)的GE總經(jīng)理交流，他在一次演講中也提到今后通過(guò)煤炭零污染的火電廠解決二氧化碳的問(wèn)題，但是講完就下來(lái)跟我說(shuō)，別看我在會(huì)上那么講，真正要去做還不如干核能，核能比零污染火電廠便宜多了。當(dāng)然，那會(huì)兒福島核電站事故還沒(méi)有發(fā)生，核能可以做。法國(guó)現(xiàn)在將近70%都是核能，做了幾十年了。但是福島核電站泄漏事故之后，全世界都在提高核能的安全系數(shù)，這個(gè)安全系數(shù)到后期每提高一點(diǎn)，成本就增加很多。

 

碳中和不光是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，更是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)平衡發(fā)展的綜合性問(wèn)題?，F(xiàn)在在電廠把二氧化碳分離，分離完以后打到地下可以做驅(qū)油和埋藏這條路，在可以驅(qū)油的地方可以改，還有一點(diǎn)經(jīng)濟(jì)效益，我國(guó)新疆等地已經(jīng)有類似的二氧化碳驅(qū)油工程。這塊的成本是把二氧化碳分離出來(lái)的成本，我們算過(guò)，假設(shè)打下去的成本為30美元一噸，其中20美元是把二氧化碳從整個(gè)尾氣里面分離出來(lái)成為純二氧化碳，5美元是輸送，另外5美元是把它壓縮到地底下。分離是核心，成本也最大。在目前的技術(shù)手段下，靠CCUS利用來(lái)處理的成本很高，作用也是有限的，當(dāng)然這也可能是實(shí)現(xiàn)碳中和的保底技術(shù)。

 

實(shí)際上，我剛剛講的每一件事，比如風(fēng)能、太陽(yáng)能都對(duì)碳中和有貢獻(xiàn)，我們每一個(gè)都應(yīng)該去做，但是今天的技術(shù)你再怎么做，對(duì)碳中和的貢獻(xiàn)是有限的。當(dāng)然，這不是說(shuō)讓大家不去做，我們每一個(gè)人能夠努力的都去努力，畢竟積少成多。

 

第五個(gè)誤區(qū)是認(rèn)為通過(guò)提高能效可以顯著降低工業(yè)流程、產(chǎn)品使用中的碳排放，就可以實(shí)現(xiàn)碳中和。能效永遠(yuǎn)要提高，提高能效也很對(duì)，也是世界上成本最低的減碳路線。但是我經(jīng)常問(wèn)一句話，加入WTO這二十年來(lái)，我們國(guó)家的能效提高了還是降低了？我們能效提高了很多，但是碳排放的總量是增加了還是減少了？增加得更多。我記得2000年中國(guó)的石油消耗大概是2點(diǎn)幾億噸，2010年大概是4億噸，到去年是7.5億噸。

 

我是做能源的，從能源的數(shù)據(jù)變化可以看到整個(gè)社會(huì)的變化。我們加入WTO之前有一個(gè)很重要的數(shù)字，中國(guó)的煤產(chǎn)量大概是12億噸，基本上自產(chǎn)自銷，出口有一點(diǎn)，但很少。結(jié)果到2012年短短12年的時(shí)間，從12億噸飆升到36億噸，這是一個(gè)天量，當(dāng)然也伴隨著碳排放。這該怎么解讀？唯一的解讀是加入WTO，世界的市場(chǎng)向中國(guó)開(kāi)放了。當(dāng)然，這一期間我們大量的房地產(chǎn)建設(shè)也是一個(gè)因素。煤的耗量表示電的耗量，電的耗量表示工業(yè)化的程度。這期間能效肯定提高了很多，但是單憑能效也難以解決碳中和的問(wèn)題。因此，提高能效是減碳的重要手段，但只要仍然在使用化石能源，提高能效對(duì)碳中和的貢獻(xiàn)也是非常有限的，提高能效確實(shí)是成本最低的減低碳排放的方式，也是最應(yīng)該優(yōu)先做的，但是有一個(gè)現(xiàn)實(shí)的考量就是不能光靠能效提高就能夠達(dá)到碳中和。

 

第六個(gè)誤區(qū)是認(rèn)為電動(dòng)車可以降低碳排放。前段時(shí)間，我在網(wǎng)易公開(kāi)課上講《電動(dòng)車和氫能的歷史與未來(lái)》，全國(guó)大概有十幾萬(wàn)人觀看，很多領(lǐng)導(dǎo)看完以后跟我討論這個(gè)問(wèn)題：為什么我們要發(fā)展電動(dòng)車？很簡(jiǎn)單，主要是因?yàn)橹袊?guó)的石油不夠，我們石油73%靠進(jìn)口；還有就是霧霾的問(wèn)題。

 

我們石油不夠，寄望于我們的多余的發(fā)電能力，這樣發(fā)展電動(dòng)車是有好處的。因?yàn)殡姀S正常一年8760小時(shí)，但我們實(shí)際使用不到4千小時(shí)，這是資產(chǎn)的巨大浪費(fèi)。而且畢竟電動(dòng)車可以讓局部的污染降下來(lái)，比如東部地區(qū)的用電很多是在西部新疆等地發(fā)的，污染在西部新疆等地排放，不在東部地區(qū)排放。但是，在全生命周期的碳排放分析看來(lái)，對(duì)全球氣候變化并沒(méi)有什么影響。

 

為什么靠電動(dòng)車不能完全解決碳中和的問(wèn)題？只有中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)徹底改變以后，電動(dòng)車才能算得上清潔能源，也才有可能做到碳中和。如果能源結(jié)構(gòu)不改變，電網(wǎng)67%的還是煤電，那電動(dòng)車的盲目擴(kuò)張是在增加碳排放，而不是減少碳排放，這個(gè)你們?nèi)ニ阋幌戮椭懒恕Ｖ挥心茉唇Y(jié)構(gòu)和電網(wǎng)里大部分是可再生能源構(gòu)成的時(shí)候，電動(dòng)車才能算得上清潔能源。

 

大家老在談一個(gè)問(wèn)題，說(shuō)假設(shè)馬六甲海峽封了以后我們能源安全的問(wèn)題怎么解決？但是這個(gè)東西你要仔細(xì)考慮，靠電網(wǎng)是解決不了的。因?yàn)殡娋W(wǎng)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中是最脆弱的東西。石油可以到處分布，可以分一萬(wàn)個(gè)點(diǎn)去藏，炸了一個(gè)油庫(kù)，其他的還可以用。但一個(gè)城市的電網(wǎng)只有一個(gè)配電中心站，電網(wǎng)的安全也非常重要。

 

有的時(shí)候，能源政策和碳排放的政策不能因?yàn)榧僭O(shè)戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)生，別人打我，就不顧成本干一些高成本東西。第一，打仗是小概率事件，第二，真正到那會(huì)兒是靠一個(gè)國(guó)家的制海權(quán)、制空權(quán)等綜合能力，而不是說(shuō)靠一個(gè)電動(dòng)車就能夠解決問(wèn)題的。