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刘科院士:甲醇是目前最好的制氢材料

北极星氢能网 来源:北极星氢能网    2020/7/10 15:55:29 我要投稿

北极星氢能网讯:“甲醇在线制氢比汽油制氢都要简单很多。这样做了以后,实际上甲醇和水重整,产生的氢气直接通过电堆发电,电就可以驱动汽车。哪用电的时候哪去制氢,同时发电,这是氢能的未来。”

——澳大利亚国家工程院外籍院士,南方科技大学清洁能源研究院院长刘科

7月10日,张家港万豪酒店隆重举办“全球汇氢英 港城创未来”2020长三角国际氢能产业人才峰会暨张家港氢谷人才计划发布会,北极星氢能网在现场带来图文直播。会上,澳大利亚国家工程院外籍院士,南方科技大学清洁能源研究院院长刘科带来了精彩致辞,以下为嘉宾发言实录。

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澳大利亚国家工程院外籍院士,南方科技大学清洁能源研究院院长刘科

尊敬的沈院士,各位领导,很高兴有这个机会受好朋友的邀请来这里跟大家分享氢能与甲醇经济。其实我可能算氢能领域里边的一个老兵了,20年前我在美国连着三年做过全美的氢能和燃料电池峰会的主持,我回国前在美国写了一本书,可能是现在全世界制氢方面最新的一本书吧。我自己一直是做清洁能源的。

我今天分享的内容是把氢能和甲醇结合起来,中国目前面临的一个很大问题,我们的石油不够,我们现在整个中国的石油总储量是6.79亿吨,前20年还勉勉强强能产2亿吨,到2017年降到1.9亿吨,两亿吨都没法维持,能源问题怎么解决?前20年大量的企业投资电动车,我们希望用电动车来取代燃油车,但是我今天给大家讲讲,电动车的历史,今天氢能主要解决交通领域的问题,从电动车发展过程中吸取一些经验和教训,也可以知道今后发展氢能要抓住哪些核心,因为大家现在都在说燃油车、电动车、氢能车。

发展新能源主要是解决石油危机与环境污染问题

现在电动车遇到一点问题,其实电动车一是解决中国的石油、能源不够问题,二个是缓解雾霾的问题。其实,电动车一点都不新,一百年前纽约大街上跑的电动车远远多于燃油车。

中国除了石油不够之外,前些年我们还遇到了雾霾的问题,所以我在2015年写了一篇科普性的文章,现在发展新能源就是解决两个问题,氢能也是解决两个问题:

第一,解决石油不够的问题;

第二,解决环境污染的问题。

电动汽车短期无法取代燃油车,除非技术有革命性突破

我先跟大家讲电动车为什么没有战胜燃油车的几个原因?

第一个原因,搞能源的大家都知道叫能量密度,汽车上讲的是体积能量密度,不是重量能量密度,氢能它的重量能量密度是所有里边最高的,但是它的体积能量密度是最低的,而对于汽车轮船来讲,更重要的是体积能量密度,油箱都是1立方米,什么样的能源能跑最远。而汽油是多少呢?8600,柴油是9600,甲醇是4300,这是为什么人类到三十年代没有选电池的原因之一。

第二个原因,今后氢能大有前景,但是我不认为气体是人类的能源载体,将来可能是各种各样的液体,为什么液体是人类最好的能源载体呢?是因为液体在路上可以管路输送,海上可以跨海输送,今天的高压气体放置7天都放不了,你停到飞机场要出差七天回来以后,你氢气跑的差不多了。所以这个是很重要的一个因素。

液体能源,第一是能量密度高,第二是路上可以管路输送,第三是海上可以非常便宜的跨海输送。我记得在美国的时候,我算了一个数字,如果要拉一船汽油,从休斯敦的炼油厂拉到上海港,假如加油费用6块钱一升,运费成本大概6分钱,你可能不相信,液体能源最大的好处是装船的时候管子一接,不要人工,到了上海港大泵一加,路上耗的就是油费。液体燃料跨海输送这种超级的便宜,就导致了这个世界上产石油的地方只有这几个地方,但是任何一个角落都会开车的最根本的原因。

第三个原因,人类已经花几亿美金建成了大量的基础设施,这个基础设施人类不会轻易的放弃,就是电动车没有胜出燃油车的原因之一。

那么为什么人类第一条流水线是福特的流水线呢?

是因为内燃机生产一台很贵,但是你知道它怎么设计之后,到今天一台的成本是2300美金。当中国的电动车从2016年的51.7万辆增加到2017年底的79.4万辆,这个小小的28万辆的增量,记住全中国的汽车产能是2900万辆,这个1%产能的时候,什么发生了?全世界的钴价格翻了四倍,锂价格翻了一倍,这是全世界,不是中国的。什么意思?当电动车继续产量增加的时候,这个价格就会升高,这也是为什么到了2018年第一个季度比亚迪的利润狂跌83%的主要原因,因为它不具备量产越大越便宜的条件。但是氢能有这个特点,量上去可以价格降下来,这是两个不同的一点。

我先讲电动车,后面再讲氢能。

最后一个,现在我们经常说能源,说电动车是清洁能源,要谨慎,因为今天中国的电67%是靠煤发的,到了2050年全中国的发电量基本一半以上还是靠煤发,所以表面上是电动车,实际上是煤炭车。你煤炭车干净还是天然气开车干净,这个你不用算都可以出来。

还有一个问题,电动车现在电池很少有靠回收锂等赚钱的公司,这是什么概念呢?北上广深现在为了大家鼓励买电动车,买电动车不需要摇号,今天中国电动车大概寿命7年左右,用够7年了,给农民卖过去,行,这几百万辆电动车开掉,比亚迪的电池重量大概500-800公斤,将来到村头、田头里面,回收不回收?个人没法回收,卖车的时候就已经补贴了,回收要不要补贴?如果不补贴,当几百万辆分布在中国的大地,将来污染土地、污染水,那是环境的灾难,所以将来电动车一定要做电池回收,即使国家亏钱也要做,但是这样不断的补贴下去,什么时候是个完?

所以我认为,在局部像电动车、公共汽车这些方面有前景,但是想要大规模发展,在现在的情况下,除非技术有革命性的突破,不然想要它完全取代燃油车,短期之内可能性不大。

因为电动车的这些问题,大概一年多以前,两年前的样子,李克强去日本考察氢能了,国内舆论突然转向,氢能热起来了。那么氢能和电动车相比有它的优势,第一它的发电效率高;第二如果量产,这是它和电动车最根本的区别,量产以后,燃料电池的成本可以降下来,因为它虽然也用贵金属,但是量产以后回收非常容易,所以这个是它的最大的优点。

甲醇是目前最好的制氢材料

但是现在约束氢能发展的原因在哪?其实这个我为什么讲呢?20年前,我连着三年做美国氢能燃料峰会的主持人,其实氢能的热不是今天热起来,2000年的时候小布什总统能在国情咨询的会上,面对全世界的媒体,讲到今天晚上宣布政府拨款12亿美金,每个公司可能花几十亿美金,下来上千亿美金砸进去,15年以后开展的汽车就是氢能源汽车。为什么氢能源汽车,2000年的时候总统都在推?其实当初我在做国际氢能协会理事的时候,在北京开过一次会,胡锦涛总书记和德国总理都参加了,没有一个会议两国家元首都参加的,其实那一段时间氢能就热过一段时间,当时他们邀请我来北京参加,我有特殊情况没参加。

它发展不起来,我再说一点,它当时为什么发展不起来,原因在哪呢?

很重要的第一点,氢能是体积能量密度最小的分子 ,而且它是最易泄露,领域最宽的爆炸范围,什么概念?我们在美国这些实验都做过了,一个汽车,我们故意汽车露天停在那,超强步枪一枪打过来,露天没问题,一条火龙冲上天,驾驶室是安全的,但是在密闭空间里面,如果一旦它泄露,它的爆炸范围是很大的,小于4%是安全的,宽泛的范围一遇火星就爆炸。所以这个中间大家要谨慎,就是说气体是不好用的。那么氢气制造成本很低,但是储用成本很高,所以第一它储用成本高。

第二,就是氢气在出租车、公共汽车应用,永远在地面上开的车没有问题,但是当北上广深停在地下停车场的时候,如果有一辆车炸掉,整个楼都要炸掉。现在在我国氢气要过隧道的时候,大量的气体氢是有一定的规定的,全世界都有安全规程的。

第三,因为有这个安全规程,它相对来讲加氢站的占地面积就比较大,在地价很贵的地方,北上广深这些地方,将来这块也是一个很大的成本。

怎么办呢?不是没有办法,将来燃油车、氢能还有它的前景,前景还是光明的,但是我觉得完全用高压罐氢这条路有一定的市场空间,就是不进封闭空间,不进地下室的车可以,其他的车怎么办呢?这就是一条路,回到我们甲醇经济了。

其实今后人类在利用氢能的时候,你不需要在车上装着高压罐,你车上就装一罐甲醇就行了,甲醇可以从天然气制,可以从煤炭制,他们大连化物所70周年庆典请我去做主题演讲,他做的用太阳能把二氧化碳和水转成甲醇,甲醇不管怎么用,都变成绿色能源了,这一块就是把它转成甲醇以后,将来人类也可能研发其他的液体,但是今天为止甲醇可能是最好的,为什么?一升甲醇和水反应,可以放出143克的氢,冷凝是非常耗能的一个过程,而且你不可能温度老维持那么低。但是即使那样做,也只有72克。所以我装一升甲醇在车上,相当于装两升的液氢,在车上就需要在线转化装置。我们认为这是未来的一条线路,因为20年前我在美国的时候,全世界第一辆汽车在线制氢的燃料电池汽车,是我在尼桑和壳牌花了几百亿美金已经制成了,为什么没有发生?甲醇太贵。甲醇的成本70%是天然气的成本,有200年用不完的天然气,就有200年用不完的甲醇,而中国的甲醇是煤来制,所以甲醇是一个取之不尽,它是个能源的载体,就像氢气一样,它只是一个载体,这个世界没有氢矿的,它必须耗其他能源来制,甲醇只要有别的能源都可以制,天然气、煤炭、石油、电能都可以制。

有了这个,其实汽车制氢这个都能做成的话,甲醇在线制氢比汽油制氢都要简单很多。这样做了以后,实际上甲醇和水重整,产生的氢气直接通过电堆发电,电就可以驱动汽车。哪用电的时候哪去制氢,同时发电,这是氢能的未来。

当然以后发现更好的液体储氢材料,今天我认为最好的载体是甲醇,明天发现更好的当然最好,但是它应该是液体,不应该是气体,因为液体的优势我刚才已经讲过了。

这是一条路,为什么?因为它每升的储氢量现在是最好的,另外能源的载体只有把它转成液体以后,今天所有的人类几万亿的基础设施的汽油站、加油站,涂一层涂料就可以用了,不需要花那么高的代价再去重新投资几万亿建氢站或者充电桩了,所以氢能大有前途,但是技术路线要走对。

因为这个因素,去年全国各地搞了38个氢能产业园,当时科技报的刘亚东给我打电话,我想带一些专家到你那考察一下,到深圳以后我们做了很多交流,我原先以为他们只是写一个简单的报告,没想到到了7月3号,他突然把我们这个采访放到我们科技日报的头版头条,我当时的观点,氢燃料电池大有前景,但是技术路线要选对,当然加氢站也有它的市场,对于出租车、对于公共汽车,不需要进地下车库,不需要经常穿隧道的车可以,但是对于那些要停在地下车库,或者要停在机场一个礼拜才回来,这种车高压氢不是选项。它有它的市场,但是千万不要说未来的汽车全部是那样,我不相信。

这个甲醇是把燃料电池的高效性和液体燃料的好处,两个结合起来,这是未来氢能的一个方向。

这一块原来也是我的好朋友,乔治·欧拉,他在90年代,本来我回国要请他来,但是当时年龄太大,我们交流很多,他其实在90年代就出了一本甲醇经济的书,但是当时美国为什么没有兴起呢?是因为液燃气经济没有发起之前,我们当时在GE,GE是卖燃气轮机的,结果天然气卖不动了,但是后来什么发生了?能源界很多事情非常有趣,到了2010年后,2008、2009年液燃气革命发生了,天然气从17美金狂降到1块5,我刚刚讲了甲醇的成本70%是天然气的成本,等天然气下降的时候甲醇的成本就低了,一旦把天然气转成甲醇,液体能源的所有优势都有了,一个道理,很便宜,这是我为什么到今天跟大家讲甲醇经济,比当时90年代讲就更切合,因为它有它的基础,而中国也有大量的煤炭,煤制甲醇是非常成熟的技术。

因为中国的天然气很贵,我们不可能依赖天然气制甲醇,我们就利用大家的煤资源,当然电可以制甲醇,但是我跟你这么讲,氢气绝对不新,每一颗化肥都是氢制的,今天没有一个炼油厂换电解水,因为天然气和煤制更便宜,因为如果你能制出更便宜的,这些炼油厂、化肥厂早就换电解水了。经济是决定一切的,到今天你要靠它,电价是零,经济上还是不合适的,当然人类不能允许你用这些化石能源了,那是另外一个机会。

怎么办呢?中国煤制甲醇的痛点是什么呢?只有好煤才能制甲醇,而中国大部分是劣质煤,只有用800一吨的煤来制。所以我们做的一个技术,就是把煤里边的矿物质,在燃烧前给它分开,这个液体燃料直接就制甲醇了,甲醇的成本能够下降。但是同时一个歪打正着的产品出现了,我们煤里面分出来的矿物质其实能制好全世界最好的有机肥,做土壤改良。这样就可以用劣质煤来制甲醇,这就可以使得甲醇的成本用优质煤你制出来大概是1600-2000块一吨,但是用劣质煤可能能降到一千块左右,就比汽油柴油便宜多了,用它制氢,经济上是完全可行的。

甲醇是天然气、煤炭和氢的能源运输的一个载体

最后甲醇是天然气、煤炭和氢的能源运输的一个载体,它也是运输天然气的载体,气体在海上不好运,把它转成甲醇,船就好拉了。另外甲醇与氢气相比,能量密度高,储运安全。而且中国可以利用液燃气带来的红利,利用我们充足的煤资源,将来如果未来用可再生能源制甲醇成本可以降下来,那真的就是绿色甲醇了。所以这一块,就是说甲醇经济和氢能的结合,我认为是有可能改变解决中国石油不够和雾霾问题一个最主要的路线。目前我们其实做整个的产业链,第一我是怎么把煤制甲醇的成本降下来;第二最近我们给中国铁塔做了很多的供氢供电装置,为什么?5G的铁塔现在不能建的更多了,铁塔现在整个的国网和南网,每天就几度电,我给你拉半天,我赚不了多少钱,没有动力,所以铁塔公司你先给交两百万,我过一年两年有时间的时候再给你安,但是我花15万建一台发电机,我定期给你送甲醇,因为甲醇就像茅台酒一样,每一两个月加一桶,这样可以给你源源不断的供电。这个项目我们现在在扩展,因为现在5G多少万个这种基站,每一个基站下面,因为现在你拉的电,它还要放一个备用电源。

我个人觉得今后甲醇和氢能的这种结合,很有前景,这一块希望将来我们跟张家港也能够合作,然后把这个真正的氢能放在这儿,因为我觉得氢能、燃料电池最大的好处就是效率是内燃机的两到三倍。

谢谢各位!

(以上内容根据现场发言整理,未经嘉宾审核)

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