碳達峰中和 2021-08-06

7月15日，澳大利亞國家工程院外籍院士、南方科技大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院院長劉科在深圳“科技創(chuàng)新院士報告廳”做“碳中和誤區(qū)及其現(xiàn)實路徑”的專題演講。劉科院士表示，碳中和有6大誤區(qū)。

1、第一個誤區(qū)是認為風能和太陽能比火電都便宜了，因此太陽能和風能完全可以取代火電實現(xiàn)碳中和。這句話只對了1/5到1/6。

2、人們以為有個魔術(shù)般的大規(guī)模儲電技術(shù)，認為如果儲能技術(shù)進步，風能和太陽能就能徹底取代火電。

3、第三個誤區(qū)，有些人認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，可以去干，但是這些解決不了二氧化碳的問題。粗略估算，一個三口之家一年平均排放碳22噸，但什么產(chǎn)品一個家庭一年也消耗不了20多噸。

4、第四個誤區(qū)，是說可以大量地捕集和利用二氧化碳。

5、第五個誤區(qū)是認為通過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，就可以實現(xiàn)碳中和。

6、第六個誤區(qū)是認為電動車可以降低碳排放。“如果能源結(jié)構(gòu)不改變，如果電網(wǎng)67%的還是煤電，那電動車是在增加碳排放，而不是減少碳排放。

演講全文如下：

劉科院士演講現(xiàn)場

我自己曾在海外工作過二十多年，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?；貋硪院蟮谝环莨ぷ骶褪菂⑴c籌建北京低碳清潔能源研究所（現(xiàn)國家能源集團北京低碳清潔能源研究院），并且擔任副所長和首席技術(shù)官。再后來，我決定出來做一些自己的事情。當時,南方科技大學(xué)前校長陳十一院士邀請我去南方科技大學(xué)，就這樣幾年前我就來到了深圳。

來到南科大后我擔任了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院院長和清潔能源研究院院長，因為我一直在研究低碳和能源的事情，今天與大家分享一下碳中和的一些內(nèi)容。

碳中和很熱，大家都在談，但真正做這一方面研究的人不多。有一次我碰到一個朋友，他說我們現(xiàn)在專門在研究將來怎么去計量各個單位、各家公司的二氧化碳排放，這是一個大產(chǎn)業(yè)。我說他是勞民傷財。其實一方面，碳中和是一個宏觀的問題；另一方面，看一個城市的碳排放，可以系統(tǒng)地看，比如深圳市一年耗多少萬噸煤炭，耗多少萬噸天然氣，耗多少萬噸油，每一個乘一個系數(shù)，這個二氧化碳的排放就出來了，這樣算出來的碳排放量基本上占實際排放量的92%。

一些數(shù)據(jù)和事實

據(jù)統(tǒng)計，2020年，中國二氧化碳排放大約103億噸（大約是102億噸到108億噸，我選了103這個中間的數(shù)字），其中，煤炭、石油、天然氣排放達到95億噸，另外一部分是各種小的，比如沼氣、生物質(zhì)，還有一些其他的排放。所以，約92%的排放是以上這三個產(chǎn)生的。衡量任何一家公司、任何一家單位、任何一個系統(tǒng)，把這三個算準就可以了。國家對這三個都有統(tǒng)計數(shù)據(jù)，不需要額外計量。2020年，中國的總煤耗量大約36億噸，折算成標準煤大約28億噸，每噸標準煤再乘以一個系數(shù)就可以得出，煤炭一年大約排放73.5億噸二氧化碳。2020年，中國的石油消耗量折成標準煤是9億噸，排放二氧化碳15.4億噸；天然氣消耗量折成標煤是4億噸，排放二氧化碳6億噸；三個加起來是95億噸。103億噸除以14億人口，人均大概7.4噸，一個三口之家平均每年排放22噸二氧化碳，這是一個天量的數(shù)字。怎么說呢？如果把二氧化碳轉(zhuǎn)化成一種產(chǎn)品，22噸原料就要生產(chǎn)22噸產(chǎn)品，哪家一年能消耗掉這22噸的東西呢？

大家都說碳中和容易，比如每天用空調(diào)、開車等等都與碳有關(guān)系，每一個人、每一小步都是可以為碳中和做出貢獻的，但完成碳中和這個任務(wù)還是非常艱巨的，而且是一個漫長的過程。因為可見的未來，我們?nèi)辈涣诉@三種化石能源。盡管風能、太陽能，二氧化碳轉(zhuǎn)化為化學(xué)品，CCS（carbon capture and storage，碳捕獲與封存）、CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage，碳捕獲、利用與封存），提高能效都會或多或少地對減碳有些貢獻，都值得去鼓勵探索和實施，但對天量排放的二氧化碳減低的比例是相當有限的。

在這種情況下我們怎么才能實現(xiàn)碳中和？這是我希望跟大家進一步探討的。 

關(guān)于碳中和的誤區(qū)

當前大眾對碳中和的挑戰(zhàn)及認知有一定局限，認為單一的技術(shù)路線或者技術(shù)突破能夠解決碳中和問題，因此常存在幾個誤區(qū)：

第一個誤區(qū)是認為風能和太陽能比火電都便宜了，因此太陽能和風能完全可以取代火電實現(xiàn)碳中和。這句話只對了1/5到1/6。因為一年有8760小時，而中國的太陽能每年發(fā)電小時數(shù)因地而異，在1300小時到2000小時之間不等，很少有超過2000小時的區(qū)域，平均在1700小時左右；也就是說太陽能大約在1/5–1/6的時間段比火電便宜；而在其他4/5-5/6的時間段，如果要儲電，其成本會遠遠高于火電。風能每年發(fā)電的時間比太陽能略微長一點，是2000小時左右，但電是需要24小時供的，不能說一個電廠一年只供一兩千小時，因為我們用電不能說有太陽有風的時候用電，沒太陽、沒風的時候就停電。太陽能和風能是便宜了，但最大的問題是非穩(wěn)定供電。

不可否認，中國的風能和太陽能發(fā)展了將近四十年，取得非常大的成績，我們給這個領(lǐng)域做出貢獻的科學(xué)家們以崇高的致敬。但直到今天，風能、太陽能與煤電相比仍然是杯水車薪。以2019年為例，全國的風能和太陽能加起來發(fā)電總量相當于1.92億噸標準煤的發(fā)電量，而中國年發(fā)電耗煤大約是22億噸煤，相當于18-19億噸標準煤，也就是說，風能和太陽能只能占煤電的10%左右。

而且，電網(wǎng)靠電池儲電的概念是非常危險的。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。如果說我們有4/5的時間或者5/6的時間要靠電池儲電，這是不可想象的。況且，這個世界也沒有那么多的鈷和鋰，沒法讓我們造那么多的電池。在這種情況下，棄光棄風的問題非常嚴重，因為電網(wǎng)只能容納15%的非穩(wěn)定電源。風能、太陽能發(fā)出來的電，電網(wǎng)沒法全部承受。如果繼續(xù)增加風能、太陽能，同時大規(guī)模儲能問題解決不了，只能廢棄更多。

棄光棄風在中國有兩方面的原因，一是技術(shù)因素，就是因為太陽能、風能是沒辦法預(yù)測的，電網(wǎng)小于15%可以容納，多于15%容納不了，這是一個很大的技術(shù)難題，到現(xiàn)在還不好解決；二是機制因素，地方保護主義的存在可能會讓地方出于各種原因不用風電、光電、水電。機制問題在中央大力推動“碳中和”的背景下是可以解決的，但技術(shù)問題，不容易解決。

因此，太陽能和風能需要大力發(fā)展，但在儲電成本仍然很高的當前，在可見的未來仍然無法全部取代化石能源發(fā)電。

第二個誤區(qū)是人們以為有個魔術(shù)般的大規(guī)模儲電技術(shù)，認為如果儲能技術(shù)進步，風能和太陽能就能徹底取代火電。這個假設(shè)太大了，因為自鉛酸電池發(fā)明至今一百多年來，人類花了數(shù)千億美元的研發(fā)經(jīng)費研究儲能，可從鉛酸電池的90千瓦時/立方米增加到今天特斯拉的260千瓦時/立方米，電池的能量密度并沒有得到革命性的根本改變。要知道，汽油是8600千瓦時/立方米。同時，迄今大規(guī)模GW（十億瓦特發(fā)電裝機容量）級的儲電最便宜的還是100多年前就被發(fā)明的抽水蓄能技術(shù)。

科學(xué)技術(shù)的突破不是沒有可能，但是只有發(fā)現(xiàn)了才能知道發(fā)現(xiàn)了。今天無法預(yù)測明天的發(fā)現(xiàn)。我經(jīng)常舉一個例子，火藥發(fā)明之后近一千年才有槍的發(fā)明。槍的機械原理其實很簡單，但是你要說火藥發(fā)明后就可以預(yù)測肯定會發(fā)明槍，那就錯得離譜了。這就提醒我們，在制定任何戰(zhàn)略時，都千萬不要假設(shè)未來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)實的技術(shù)路線為基礎(chǔ)。

不同行業(yè)的進步不一樣，計算機行業(yè)有摩爾定律，這么多年確實發(fā)展得很快，但是能源行業(yè)目前還沒找到類似摩爾定律一樣的規(guī)律，“碳中和”必須選擇現(xiàn)實可行的路線來推進。

有一個笑話是，比爾·蓋茨跟波音公司總裁講，假如飛機行業(yè)的技術(shù)進步跟計算機一樣快，那現(xiàn)在人人都可以不用開車，可以改為開飛機了。波音公司的總裁說，假如我的技術(shù)跟你一樣的話，這個世界就沒人敢坐飛機了，因為那個年代計算機動不動就死機。所以說，大家不要認為某一個行業(yè)發(fā)展很快，其他的行業(yè)就都一樣。能源行業(yè)就是一個不斷地砸錢但技術(shù)進步緩慢的行業(yè)。未來儲能技術(shù)肯定會有新發(fā)明，我們鼓勵儲能技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，但是在制定戰(zhàn)略目標的時候一定要謹慎，沒發(fā)明的時候就不要先假設(shè)這個事情存在。

第三個誤區(qū)，有些人認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，可以去干，但是這些解決不了二氧化碳的問題。粗略估算，一個三口之家一年平均排放碳22噸，但什么產(chǎn)品一個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)品都用二氧化碳來造，也只是解決13%的碳中和問題。所以說，從規(guī)模上二氧化碳制成化學(xué)品并不具備減碳價值。二氧化碳轉(zhuǎn)化為其他化學(xué)品對減碳的貢獻是相當有限的。

所以說，把二氧化碳轉(zhuǎn)化成任何化學(xué)品，如果能賺錢那可以去干，但掙不了錢就別打著“碳中和”的概念來拿國家的補貼。講這個話我可能會得罪很多人，特別是企業(yè)界的人。但我們科學(xué)家要講事實，拿數(shù)字說話。我也參加過很多關(guān)于碳中和的論壇，很多時候甚至有些經(jīng)濟學(xué)家在講的時候，沒有數(shù)字的概念，只有一個粗概，說這樣可以減碳、那樣可以減碳，但是對減多少沒有概念。這個也不能怪他們，隔行如隔山。

第四個誤區(qū)，是說可以大量地捕集和利用二氧化碳。利用CCUS技術(shù)，把生產(chǎn)過程排放的二氧化碳進行捕獲提純，再投入到新的生產(chǎn)過程中進行循環(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?，F(xiàn)在大家說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，未來十年，中國整個二氧化碳驅(qū)油消耗量大概是600多萬噸，我們一年的排放是103億噸。而且驅(qū)油這個階段是一部分二氧化碳進到地里，還有一部分會跟著油出來，它不是一個完全的埋藏。

把碳打到地下埋藏，我回國前在GE曾經(jīng)做過這個事情。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年的時間，這個示范具有環(huán)境方面的意義，并且工廠在美國運行至今，但是不具備經(jīng)濟性。我們做完這個項目以后，發(fā)現(xiàn)這是GE創(chuàng)立以來最復(fù)雜的一套工業(yè)系統(tǒng)。別看全GE可以生產(chǎn)的包括飛機發(fā)動機、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成立以來最復(fù)雜的一套系統(tǒng)就是我們當時做的“零污染火電廠”，不過這個成本太高了。

我回國之前和當時的GE總經(jīng)理交流，他在一次演講中也提到今后通過煤炭零污染的火電廠解決二氧化碳的問題，但是講完就下來跟我說，別看我在會上那么講，真正要去做還不如干核能，核能比零污染火電廠便宜多了。當然，那會兒福島核電站事故還沒有發(fā)生，核能可以做。法國現(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)，這個安全系數(shù)到后期每提高一點，成本就增加很多。

碳中和不光是一個技術(shù)問題，更是經(jīng)濟和社會平衡發(fā)展的綜合性問題。現(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，還有一點經(jīng)濟效益，我國新疆等地已經(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的成本，我們算過，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尾氣里面分離出來成為純二氧化碳，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利用來處理的成本很高，作用也是有限的，當然這也可能是實現(xiàn)碳中和的保底技術(shù)。

實際上，我剛剛講的每一件事，比如風能、太陽能都對碳中和有貢獻，我們每一個都應(yīng)該去做，但是今天的技術(shù)你再怎么做，對碳中和的貢獻是有限的。當然，這不是說讓大家不去做，我們每一個人能夠努力的都去努力，畢竟積少成多。

第五個誤區(qū)是認為通過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，就可以實現(xiàn)碳中和。能效永遠要提高，提高能效也很對，也是世界上成本最低的減碳路線。但是我經(jīng)常問一句話，加入WTO這二十年來，我們國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年中國的石油消耗大概是2點幾億噸，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)變化可以看到整個社會的變化。我們加入WTO之前有一個很重要的數(shù)字，中國的煤產(chǎn)量大概是12億噸，基本上自產(chǎn)自銷，出口有一點，但很少。結(jié)果到2012年短短12年的時間，從12億噸飆升到36億噸，這是一個天量，當然也伴隨著碳排放。這該怎么解讀？唯一的解讀是加入WTO，世界的市場向中國開放了。當然，這一期間我們大量的房地產(chǎn)建設(shè)也是一個因素。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，提高能效對碳中和的貢獻也是非常有限的，提高能效確實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，但是有一個現(xiàn)實的考量就是不能光靠能效提高就能夠達到碳中和。

第六個誤區(qū)是認為電動車可以降低碳排放。前段時間，我在網(wǎng)易公開課上講《電動車和氫能的歷史與未來》，全國大概有十幾萬人觀看，很多領(lǐng)導(dǎo)看完以后跟我討論這個問題：為什么我們要發(fā)展電動車？很簡單，主要是因為中國的石油不夠，我們石油73%靠進口；還有就是霧霾的問題。

我們石油不夠，寄望于我們的多余的發(fā)電能力，這樣發(fā)展電動車是有好處的。因為電廠正常一年8760小時，但我們實際使用不到4千小時，這是資產(chǎn)的巨大浪費。而且畢竟電動車可以讓局部的污染降下來，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，對全球氣候變化并沒有什么影響。

為什么靠電動車不能完全解決碳中和的問題？只有中國的能源結(jié)構(gòu)徹底改變以后，電動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，那電動車的盲目擴張是在增加碳排放，而不是減少碳排放，這個你們?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)成的時候，電動車才能算得上清潔能源。

大家老在談一個問題，說假設(shè)馬六甲海峽封了以后我們能源安全的問題怎么解決？但是這個東西你要仔細考慮，靠電網(wǎng)是解決不了的。因為電網(wǎng)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中是最脆弱的東西。石油可以到處分布，可以分一萬個點去藏，炸了一個油庫，其他的還可以用。但一個城市的電網(wǎng)只有一個配電中心站，電網(wǎng)的安全也非常重要。

有的時候，能源政策和碳排放的政策不能因為假設(shè)戰(zhàn)爭發(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，真正到那會兒是靠一個國家的制海權(quán)、制空權(quán)等綜合能力，而不是說靠一個電動車就能夠解決問題的。

來源：“科技創(chuàng)新院士報告廳”第四期活動現(xiàn)場

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