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    劉科院士:甲醇是目前最好的制氫材料!

    發布時間:2020-07-15 15:16

    來源:制氫機.發電機

    會上,澳大利亞國家工程院外籍院士、南方科技大學清潔能源研究院院長劉科帶來了精彩致辭,以下為嘉賓發言實錄:

          澳大利亞國家工程院外籍院士、南方科技大學清潔能源研究院院長劉科

          尊敬的沈院士,各位領導,很高興有這個機會受好朋友的邀請來這里跟大家分享氫能與甲醇經濟。其實我可能算氫能領域里邊的一個老兵了,20年前我在美國連著三年做過全美的氫能和燃料電池峰會的主持,我回國前在美國寫了一本書,可能是現在全世界制氫方面最新的一本書吧。我自己一直是做清潔能源的。

          我今天分享的內容是把氫能和甲醇結合起來。中國目前面臨的一個很大問題,我們的石油不夠,我們現在整個中國的石油總儲量是6.79億噸,前20年還勉勉強強能產2億噸,到2017年降到1.9億噸,兩億噸都沒法維持,能源問題怎么解決?前20年大量的企業投資電動車,我們希望用電動車來取代燃油車,但是我今天給大家講講,電動車的歷史。今天氫能主要解決交通領域的問題,從電動車發展過程中吸取一些經驗和教訓,也可以知道今后發展氫能要抓住哪些核心,因為大家現在都在說燃油車、電動車、氫能車。

    1. 發展新能源主要是解決石油危機與環境污染問題

          現在電動車遇到一點問題,其實電動車一是解決中國的石油、能源不夠問題,二個是緩解霧霾的問題。其實,電動車一點都不新,一百年前紐約大街上跑的電動車遠遠多于燃油車。

    中國除了石油不夠之外,前些年我們還遇到了霧霾的問題,所以我在2015年寫了一篇科普性的文章,現在發展新能源就是解決兩個問題,氫能也是解決兩個問題:

          第一,解決石油不夠的問題;

          第二,解決環境污染的問題。

    2. 電動汽車短期無法取代燃油車,除非技術有革命性突破

          我先跟大家講電動車為什么沒有戰勝燃油車的幾個原因?

          第一個原因,搞能源的大家都知道叫能量密度,汽車上講的是體積能量密度,不是重量能量密度。氫能它的重量能量密度是所有里邊最高的,但是它的體積能量密度是最低的。而對于汽車輪船來講,更重要的是體積能量密度,油箱都是1立方米,什么樣的能源能跑最遠。而汽油是多少呢?8600,柴油是9600,甲醇是4300,這是為什么人類到三十年代沒有選電池的原因之一。

          第二個原因,今后氫能大有前景,但是我不認為氣體是人類的能源載體,將來可能是各種各樣的液體。為什么液體是人類最好的能源載體呢?是因為液體在路上可以管路輸送,海上可以跨海輸送。今天的高壓氣體放置7天都放不了,你停到飛機場要出差七天回來以后,你氫氣跑的差不多了。所以這個是很重要的一個因素。

          液體能源,第一是能量密度高;第二是路上可以管路輸送;第三是海上可以非常便宜的跨海輸送。我記得在美國的時候,我算了一個數字,如果要拉一船汽油,從休斯敦的煉油廠拉到上海港,假如加油費用6塊錢一升,運費成本大概6分錢。你可能不相信,液體能源最大的好處是裝船的時候管子一接,不要人工,到了上海港大泵一加,路上耗的就是油費。液體燃料跨海輸送這種超級的便宜,就導致了這個世界上產石油的地方只有這幾個地方,但是任何一個角落都會開車的最根本的原因。

          第三個原因,人類已經花幾億美金建成了大量的基礎設施,這個基礎設施人類不會輕易的放棄,就是電動車沒有勝出燃油車的原因之一。

    那么為什么人類第一條流水線是福特的流水線呢?

          是因為內燃機生產一臺很貴,但是你知道它怎么設計之后,到今天一臺的成本是2300美金。當中國的電動車從2016年的51.7萬輛增加到2017年底的79.4萬輛,這個小小的28萬輛的增量,記住全中國的汽車產能是2900萬輛,這個1%產能的時候,什么發生了?全世界的鈷價格翻了四倍,鋰價格翻了一倍,這是全世界,不是中國的。什么意思?當電動車繼續產量增加的時候,這個價格就會升高,這也是為什么到了2018年第一個季度,比亞迪的利潤狂跌83%的主要原因,因為它不具備量產越大越便宜的條件。但是氫能有這個特點,量上去可以價格降下來,這是兩個不同的一點。

          我先講電動車,后面再講氫能。

          最后一個,現在我們經常說能源,說電動車是清潔能源,要謹慎,因為今天中國的電67%是靠煤發的。到了2050年全中國的發電量基本一半以上還是靠煤發,所以表面上是電動車,實際上是煤炭車。你煤炭車干凈還是天然氣開車干凈,這個你不用算都可以出來。

          還有一個問題,電動車現在電池很少有靠回收鋰等賺錢的公司,這是什么概念呢?北上廣深現在為了鼓勵大家買電動車,買電動車不需要搖號。今天中國電動車大概壽命7年左右,用夠7年了,給農民賣過去,行,這幾百萬輛電動車開掉,比亞迪的電池重量大概500-800公斤,將來到村頭、田頭里面,回收不回收?個人沒法回收,賣車的時候就已經補貼了,回收要不要補貼?如果不補貼,當幾百萬輛分布在中國的大地,將來污染土地、污染水,那是環境的災難,所以將來電動車一定要做電池回收,即使國家虧錢也要做,但是這樣不斷的補貼下去,什么時候是個完?

          所以我認為,在局部像電動車、公共汽車這些方面有前景,但是想要大規模發展,在現在的情況下,除非技術有革命性的突破,不然想要它完全取代燃油車,短期之內可能性不大。

          因為電動車的這些問題,大概一年多以前,兩年前的樣子,李克強去日本考察氫能了,國內輿論突然轉向,氫能熱起來了。那么氫能和電動車相比有它的優勢:第一它的發電效率高;第二如果量產,這是它和電動車最根本的區別,量產以后,燃料電池的成本可以降下來,因為它雖然也用貴金屬,但是量產以后回收非常容易,所以這個是它的最大的優點。

    3. 甲醇是目前最好的制氫材料

          但是現在約束氫能發展的原因在哪?其實這個我為什么講呢?20年前,我連著三年做美國氫能燃料峰會的主持人,其實氫能的熱不是今天熱起來。2000年的時候小布什總統在國情咨詢會上,面對全世界的媒體,講到今天晚上宣布政府撥款12億美金,每個公司可能花幾十億美金,下來上千億美金砸進去,15年以后開展的汽車就是氫能源汽車。為什么氫能源汽車,2000年的時候總統都在推?其實當初我在做國際氫能協會理事的時候,在北京開過一次會,胡錦濤總書記和德國總理都參加了,沒有一個會議兩國家元首都參加的,其實那一段時間氫能就熱過一段時間,當時他們邀請我來北京參加,我有特殊情況沒參加。

          它發展不起來,我再說一點,它當時為什么發展不起來,原因在哪呢?

          很重要的第一點,氫能是體積能量密度最小的分子 ,而且它是最易泄露,領域最寬的爆炸范圍,什么概念?我們在美國這些實驗都做過了,一個汽車,我們故意汽車露天停在那,超強步槍一槍打過來,露天沒問題,一條火龍沖上天,駕駛室是安全的。但是在密閉空間里面,如果一旦它泄露,它的爆炸范圍是很大的,小于4%是安全的,寬泛的范圍一遇火星就爆炸。所以這個中間大家要謹慎,就是說氣體是不好用的。那么氫氣制造成本很低,但是儲用成本很高,所以第一它儲用成本高。

          第二,就是氫氣在出租車、公共汽車應用,永遠在地面上開的車沒有問題,但是當北上廣深停在地下停車場的時候,如果有一輛車炸掉,整個樓都要炸掉。現在在我國氫氣要過隧道的時候,大量的氣體氫是有一定的規定的,全世界都有安全規程的。

          第三,因為有這個安全規程,它相對來講加氫站的占地面積就比較大,在地價很貴的地方,北上廣深這些地方,將來這塊也是一個很大的成本。

         怎么辦呢?不是沒有辦法,將來燃油車、氫能還有它的前景,前景還是光明的。但是我覺得完全用高壓罐氫這條路有一定的市場空間,就是不進封閉空間,不進地下室的車可以,其他的車怎么辦呢?這就是一條路,回到我們甲醇經濟了。

          其實今后人類在利用氫能的時候,你不需要在車上裝著高壓罐,你車上就裝一罐甲醇就行了。

          甲醇可以從天然氣制,可以從煤炭制,他們大連化物所70周年慶典請我去做主題演講,他做的用太陽能把二氧化碳和水轉成甲醇,甲醇不管怎么用,都變成綠色能源了,這一塊就是把它轉成甲醇以后,將來人類也可能研發其他的液體,但是今天為止甲醇可能是最好的,為什么?一升甲醇和水反應,可以放出143克的氫。

          冷凝是非常耗能的一個過程,而且你不可能溫度老維持那么低。但是即使那樣做,也只有72克。所以我裝一升甲醇在車上,相當于裝兩升的液氫,在車上就需要在線轉化裝置。我們認為這是未來的一條線路,因為20年前我在美國的時候,全世界第一輛汽車在線制氫的燃料電池汽車,是我在尼桑和殼牌花了幾百億美金已經制成了,為什么沒有發生?甲醇太貴。

          甲醇的成本70%是天然氣的成本,有200年用不完的天然氣,就有200年用不完的甲醇。而中國的甲醇是煤來制,所以甲醇是一個取之不盡,它是個能源的載體,就像氫氣一樣,它只是一個載體。這個世界沒有氫礦的,它必須耗其他能源來制,甲醇只要有別的能源都可以制,天然氣、煤炭、石油、電能都可以制。

          有了這個,其實汽車制氫這個都能做成的話,甲醇在線制氫比汽油制氫都要簡單很多。這樣做了以后,實際上甲醇和水重整,產生的氫氣直接通過電堆發電,電就可以驅動汽車。哪用電的時候哪去制氫,同時發電,這是氫能的未來。

          當然以后發現更好的液體儲氫材料,今天我認為最好的載體是甲醇。明天發現更好的當然最好,但是它應該是液體,不應該是氣體,因為液體的優勢我剛才已經講過了。

          這是一條路,為什么?因為它每升的儲氫量現在是最好的,另外能源的載體只有把它轉成液體以后,今天所有的人類幾萬億的基礎設施的汽油站、加油站,涂一層涂料就可以用了,不需要花那么高的代價再去重新投資幾萬億建氫站或者充電樁了,所以氫能大有前途,但是技術路線要走對。

          因為這個因素,去年全國各地搞了38個氫能產業園,當時科技報的劉亞東給我打電話,我想帶一些專家到你那考察一下,到深圳以后我們做了很多交流。我原先以為他們只是寫一個簡單的報告,沒想到到了7月3號,他突然把我們這個采訪放到我們科技日報的頭版頭條。我當時的觀點,氫燃料電池大有前景,但是技術路線要選對,當然加氫站也有它的市場,對于出租車、對于公共汽車,不需要進地下車庫,不需要經常穿隧道的車可以,但是對于那些要停在地下車庫,或者要停在機場一個禮拜才回來,這種車高壓氫不是選項。它有它的市場,但是千萬不要說未來的汽車全部是那樣,我不相信。

          這個甲醇是把燃料電池的高效性和液體燃料的好處,兩個結合起來,這是未來氫能的一個方向。

          這一塊原來也是我的好朋友,喬治·歐拉,他在90年代,本來我回國要請他來,但是當時年齡太大。我們交流很多,他其實在90年代就出了一本甲醇經濟的書,但是當時美國為什么沒有興起呢?是因為液燃氣經濟沒有發起之前,我們當時在GE,GE是賣燃氣輪機的,結果天然氣賣不動了,但是后來什么發生了?

          能源界很多事情非常有趣,到了2010年后,2008、2009年液燃氣革命發生了,天然氣從17美金狂降到1塊5,我剛剛講了甲醇的成本70%是天然氣的成本,等天然氣下降的時候甲醇的成本就低了。一旦把天然氣轉成甲醇,液體能源的所有優勢都有了,一個道理,很便宜,這是我為什么到今天跟大家講甲醇經濟,比當時90年代講就更切合,因為它有它的基礎,而中國也有大量的煤炭,煤制甲醇是非常成熟的技術。

          因為中國的天然氣很貴,我們不可能依賴天然氣制甲醇,我們就利用大家的煤資源,當然電可以制甲醇,但是我跟你這么講,氫氣絕對不新,每一顆化肥都是氫制的,今天沒有一個煉油廠換電解水,因為天然氣和煤制更便宜,因為如果你能制出更便宜的,這些煉油廠、化肥廠早就換電解水了。經濟是決定一切的,到今天你要靠它,電價是零,經濟上還是不合適的,當然人類不能允許你用這些化石能源了,那是另外一個機會。

          怎么辦呢?中國煤制甲醇的痛點是什么呢?只有好煤才能制甲醇,而中國大部分是劣質煤,只有用800一噸的煤來制。所以我們做的一個技術,就是把煤里邊的礦物質,在燃燒前給它分開,這個液體燃料直接就制甲醇了,甲醇的成本能夠下降。但是同時一個歪打正著的產品出現了,我們煤里面分出來的礦物質其實能制好全世界最好的有機肥,做土壤改良。這樣就可以用劣質煤來制甲醇,這就可以使得甲醇的成本用優質煤你制出來大概是1600-2000塊一噸,但是用劣質煤可能能降到一千塊左右,就比汽油柴油便宜多了,用它制氫,經濟上是完全可行的。

    4. 甲醇是天然氣、煤炭和氫的能源運輸的一個載體

          最后甲醇是天然氣、煤炭和氫的能源運輸的一個載體,它也是運輸天然氣的載體,氣體在海上不好運,把它轉成甲醇,船就好拉了。另外甲醇與氫氣相比,能量密度高,儲運安全。而且中國可以利用液燃氣帶來的紅利,利用我們充足的煤資源,將來如果未來用可再生能源制甲醇成本可以降下來,那真的就是綠色甲醇了。所以這一塊,就是說甲醇經濟和氫能的結合,我認為是有可能改變解決中國石油不夠和霧霾問題一個最主要的路線。

          目前我們其實做整個的產業鏈,第一我是怎么把煤制甲醇的成本降下來;第二最近我們給中國鐵塔做了很多的供氫供電裝置,為什么?5G的鐵塔現在不能建的更多了,鐵塔現在整個的國網和南網,每天就幾度電,我給你拉半天,我賺不了多少錢,沒有動力,所以鐵塔公司你先給交兩百萬,我過一年兩年有時間的時候再給你安,但是我花15萬建一臺發電機,我定期給你送甲醇,因為甲醇就像茅臺酒一樣,每一兩個月加一桶,這樣可以給你源源不斷的供電。這個項目我們現在在擴展,因為現在5G多少萬個這種基站,每一個基站下面,因為現在你拉的電,它還要放一個備用電源。

          我個人覺得今后甲醇和氫能的這種結合,很有前景。這一塊希望將來我們跟張家港也能夠合作,然后把這個真正的氫能放在這兒,因為我覺得氫能、燃料電池最大的好處就是效率是內燃機的兩到三倍。


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