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刘科院士:我们需要着眼全局看待碳中和

液态阳光内地男星 2021-09-16 23:59:32 568

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碳中和是一场系统的产业革命，涉及一系列能源结构调整的问题、技术进步的问题、发展方式转变的问题，当中涉及到诸多变量因素，这使得实现碳中和背后的逻辑变得非常复杂，也让各界对碳中和的理解和分析充满了挑战性。为此《元科技·生态》记者专程去深圳拜访澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学创新创业学院院长刘科，请他为我们的读者从着眼全局的视角分析如何正确看待碳中和，交流中他指出了大众普遍存在的对于碳中和的六个误区以及现实路径。

刘科澳大利亚国家工程院外籍院士

南方科技大学创新创业学院院长

就在采访结束之后的不久，国家发改委点名批评了减碳工作中的“跑偏”行为。提出既要坚决地推进减碳工作，又不能搞“运动式”减碳。实现碳中和，必须“实事求是、尊重规律、循序渐进、先立后破”，这些都与刘科院士的观点非常一致。

摒弃先入为主的“窄带”观念，碳中和需要“全谱”分析

要实现碳中和目标，首先要正确认识碳中和，这需要“全谱”分析。如果将人类多元化的经验想象成可听声的频谱单元，在听声音方面，存在两个极端现象：窄带和全谱。我们用类似的方式来想象对于碳中和的理解。不能通过单一尺度来理解碳中和，这并不仅仅是因为其中包含诸多变量，也因为这些变量有着完全不同的参照系，它们是跨学科变量，要想取得“全谱”的认知，就需要摒弃先入为主的“窄带”观念，从多个角度考虑问题。

刘科院士认为当前大众对碳中和的挑战及认知有一定局限，认为单一技术路线或者技术突破能够解决碳中和问题，因此常存在以下几个误区：

误区一：媒体上经常见到这样的观点，风能和太阳能比火电便宜了，可以完全取代火电实现碳中和。

中国各地的太阳能每年发电小时数不等，但全国各地平均起来大约在1700小时左右，风能每年发电的时间大约是2000小时左右，而每年是8760小时，用电是需要24小时连续的。这两种能源之所以不能大幅提升，都是因为它们具有波动性，需要储能技术配合。对电网来说，波动性的能量输入是一种冲击，传统电网只能容纳约15%左右的非稳定电源。

太阳能和风能最大的问题是非稳定供电，电网靠电池储电的概念是非常危险的。据估算，目前全世界5年的电池产能仅能满足东京全市停电3天的电能。况且，世界上目前的钴、锂等贵金属的储量也无法让人们制造天量的电池。这种情况下如果储能的问题不解决，太阳能和风能建的越多，弃光弃风的问题就会越严重。

尽管风能、太阳能增量巨大，可与煤电相比其发电量仍然非常有限。以2019年为例，全国的风能和太阳能加起来发电总量相当于1.92亿吨标准煤的发电量，只能占煤电发电量的12%左右。

因此，太阳能和风能这些低碳能源需要大力发展，但在储电成本仍然很高的当前，储能技术不突破，在可见的未来仍然无法全部取代化石能源发电，对碳中和的贡献也是非常有限的。

误区二：认为有一个魔术般的大规模储电技术。

人们认为如果储能技术进步，风能和太阳能可以彻底取代火电。这个假设太大了，事实上自铅酸电池发明至今的百年来，人类花费了数千亿美元研发经费研究储能。从铅酸电池的90千瓦时/立方米增加到今天特斯拉的260千瓦时/立方米，电池的能量密度并没有得到革命性的根本改变。汽油的能量密度则是8600千瓦时/立方米。迄今为止大规模（如GW级）的储电技术，最便宜的还是100多年前就被发明的抽水蓄能技术。

科学技术的突破不是没有可能，但只有真正发现了才能知道。我们无法预测明天的发现。就好比火药发明之后近千年才有枪的发明，但不能说有了火药就假设很快可以发明枪统治世界。这虽是比喻，但提醒我们制定碳中和战略时，一定要以已有的、被证明的、现实的技术路线为基础，不能假设未来肯定能发明某一个魔术般的低成本储能技术，技术发明需要多少时间很难预测。

迄今，能源行业目前还没找到类似半导体的摩尔定律的规律，碳中和必须选择现实可行的路线来推进。未来储能技术肯定会有新发明，但在目前阶段制定战略目标一定要谨慎，没有发明的技术不要先假设它的存在。

误区三：认为可以把二氧化碳转化成各种各样的化学品。

人们尝试将二氧化碳转化为保鲜膜、化妆品，如果这些可以转化并能产生经济效益当然可以，但事实上这些手段解决不了二氧化碳的问题。粗略估算，一个三口之家一年平均排放碳22吨，但任何产品一个家庭一年也消耗不了20多吨。

另一方面，全世界只有大约13%的石油就生产了所有的石化产品，余下约87%的石油都是被烧掉的，所以即便把全世界的化学品都用二氧化碳来造，也只解决13%的油品燃料的碳中和问题。所以，从规模上二氧化碳制成化学品对减碳和碳中和的贡献相当有限。

误区四：认为可以大量捕集和利用二氧化碳。

利用CCS或CCUS（碳捕集、利用与封存）技术，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，这种方法理论上能够实现。未来十年，中国二氧化碳驱油消耗量大概是600多万吨，而我国一年的排放是103亿吨。驱油阶段是一部分二氧化碳进到地里，还有一部分会跟着油出来，不是一个完全的埋藏。

对此，刘科院士当年在GE工作时就曾有过实践。他们团队上百名博士参与、前后花了28亿美元完成了GE近零污染的IGCC火电厂示范工程，开始打算把CO2分离后打入地下，后因成本太高，选择只清洁发电而不封存CO2。这个工厂在美国运行至今，污染物排放比传统的燃煤电厂低很多，但今天看来，只具有环境示范意义，并不具备经济性。

碳中和不仅是技术问题，更是经济和社会平衡发展的综合性问题。电厂把二氧化碳分离后打到地下做驱油和埋藏的经济效益，刘科院士和团队15年前就测算过，当时假设把CO2打到地底下去的成本为30美元/吨，其中20美元/吨是把二氧化碳从整个电厂尾气里面分离出来成为纯二氧化碳，5美元/吨是把CO2从电厂输送到埋藏点的成本，另外5美元是压缩到地下的成本。这虽然是15年前刘科院士在美国时的测算数据，但从中不难看出，在电厂尾气中把CO2分离出来的成本占比最大。

误区五：认为通过提高能效，降低工业流程、产品使用中的碳排放可以实现碳中和。

不可否认，能效永远要提高，这也是成本最低的碳减排路线。加入WTO二十年来，我国的能效提高了很多，但碳排放总量减少了吗？不但没有，反而增加得很多。2000年中国的石油消耗大概是2亿吨，2010年大概是4亿吨，2020年是7.5亿吨。仅油品燃料这块，碳排放增加了3倍多。

从能源的数据变化可以看到整个社会的变化。加入WTO之前有一个很重要的数字，中国的煤产量大概是12亿吨，基本上自产自销，出口很少。2012年这个数字从12亿吨飙升到36亿吨，这是一个天量，当然随之而来的碳排放也增加了3倍多。唯一的解读是加入WTO，世界的市场向中国开放了。

煤的耗量表示电的耗量，电的耗量表示工业化程度。这期间能效提高了很多，但单凭能效也难以解决碳中和问题。提高能效是成本最低的减碳方式，也是最应该优先做的，但只要仍然使用化石能源，即使前20年我们的能效提高很多，碳排放总量不但没有下降，反而增加了3倍以上。因此尽管提高能效对减低碳排放有些贡献；但对碳中和的贡献却是非常有限的。

误区六：认为电动车、燃料电池车可以降低碳排放。

我国发展电动车的主要原因是石油大量需要进口，另外要解决燃油车污染物排放导致的雾霾等污染问题。一年8760小时，但我们的很多燃煤电厂目前实际使用不到4000小时，这是资产的巨大浪费。电动车可以让局部的污染降下来，但在全生命周期的碳排放分析看来，对全球气候变化并没有太大影响。

只有中国的能源结构彻底改变以后，能源结构和电网里大部分是可再生能源构成时，电动车才能算得上清洁能源车。如果能源结构不改变，电网67%的来源还是煤电，那电动车对减低碳排放的贡献是非常有限的。

上述碳减排的路径尽管每一个的贡献都是有限的，这里只是用数据让大家意识到碳中和的巨大挑战，而不是让大家放弃以上路径；恰恰相反，刘科院士希望每一路径大家都要力所能及地去推进。毕竟积少成多，而且只有靠各种路径共同努力，再加上后面讲的各个现实路径，各种方案齐头并进，才有可能逐渐实现碳中和。

“关于电动车，我下面只讲一段讲历史不预测未来”。电动车的概念并不新，1912年，欧美街头的电动车远远多于燃油车。为什么迄今为止的一百年内，电动车未能战胜燃油车？其原因总结主要有三点：

第一，电池的体积能量密度偏低。即便技术发展到今天，电动车电池的能量密度也就是260千瓦时/立方米，而汽油是8600千瓦时/立方米，柴油是9600千瓦时/立方米，甲醇液体是4300千瓦时/立方米。

第二，液体可能是最好的储能载体。液体能源有个非常好的特点，陆上可以管路输送，可以非常便宜的跨海输送，并可长期储存，电和氢气都不能长期储存。

第三，为什么人类的第一条汽车流水线是福特公司的？因为内燃发动机的成本随着实现工业流水线生产可极大降低，而电动车每台车的电池需要一定量的镍、钴、锂等金属，其材料成本不会因产量增加而降低；即便产能扩张后每台成本会有所下降，但幅度不大。如果技术不突破，不把钴、锂、镍、铜的用量降下来，电动车将来造得越多材料因供需关系失衡，而会越贵。近期，钴、锂、镍、铜等价格都飞涨，但全世界没有一家靠回收电池脱颖而出的独角兽公司产生。大家都用以前几倍的价格去买，而不能靠回收赚大钱，这就从侧面告诉我们电池回收技术仍有待突破。虽然电池是梯级利用，但储能电池是有寿命的，内含很多有害化学物质，不可能无限期使用。如果将来不回收，当大量电池分布在中国大地，如果任其泄露，就会污染土地及地下水，那将是环境的灾难。

在今天的金属价格下，如果电动汽车不提价，很难盈利。因电动车有以上的这些问题，近两年网上疯炒氢能，说电动车真正的未来是氢燃料电池汽车。这个观点仍然存在一定的片面性。氢能的好处是发电效率高、排放水蒸气，可降低人类对石油的依赖，大规模量产后成本可降低。燃料电池也要用到贵金属，但用料量在降低，贵金属回收技术也相对成熟，这都是燃料电池的优点；但如果看今天的成本，燃料电池汽车仍然远高于电动车。

氢能技术一点也不新。刘科院士早年曾在美国联合技术（UTC）-壳牌合资公司工作，美国阿波罗宇宙飞船的燃料电池就是联合技术公司生产的。近几十年来美国花了上百亿美元研发燃料电池。迄今为止，全世界的燃料电池车总量也就3万多辆，美国不到1万辆。去年，全世界氢能源车只卖了1900多辆。所以氢能及燃料电池汽车在短期内很难挑起中国碳中和的重担。

燃料电池汽车之所以没有产业化，最根本的原因是氢气不适合作为大众共有的能源载体。氢作为能源载体，不具备液体能源在能量密度、管道输送、长期储存方面的优势。

第一，氢气体积能量密度小。如果论重量，氢能量密度是最大的。对于汽车来说，更应该论体积。如果转成同样的能源概念，氢的体积能量密度是最小的（如下图）。为了增加体积能量密度，只好增加压力；

第二，氢气分子很小容易泄露，存储非常困难；

第三，氢气在封闭的空间里爆炸范围很宽，有巨大的安全隐患。

因此，制氢容易，但储氢、运氢有难度。大家之所以用风能、太阳能制氢，是因为电不好储存；制成氢气，尽管制氢成本不高，但氢气储运成本很高。因此，问题并没有完全解决。

实现碳中和，需要能源全生命周期分析的理念

据统计，二氧化碳排放中约92%是由煤炭、石油、天然气产生。衡量任何一家公司、任何一家单位、任何一个系统，把这三个化石能源的耗量再加上耗电量算准就可以了。关于减碳，最怕只讲概念不讲数字。作为一个科学家，刘科院士更愿意用数字来阐释碳中和背后的底层逻辑。完成碳中和的任务艰巨且将是漫长的过程。因为可见的未来，我们缺不了这三个化石能源。尽管风能、太阳能、CO2转化为化学品、CCS、CCUS、提高能效都会或多或少对减碳有些贡献，都值得去鼓励探索和实施，但对天量排放的CO2减低的比例是相当有限的。在这种情况下如何实现碳中和？

能源全生命周期分析概念很重要，刘科院士和团队在美国时，美国能源部及各大相关公司曾花了几亿美元（仅美国DOE能源部的经费就是1.5亿美元），多位博士参与几年时间建立模型，先后做了72条路径的“从油井到车轮子”及“从矿井到家庭”的全生命周期模型分析，每一步的排碳量、效率、成本是多少，都有详尽的数字分析。我们现在要做碳中和，也要做好各种渠道的数据搜集，从油井、矿井、天然气井到车轮子、电灯泡等，每一步的全生命周期数字分析，最后用数字说话。

“我回国后花了很大气力，把能源各路径全生命周期分析这套方法论引进来，让团队做了各种能源路径的全生命周期分析，我们要学会使用“数据决策”。真正的决策要依靠数据，科研人员花大量时间把数学模型建起来，并不断完善调整，最后能跟现实数据对上去。“数据决策”就是要用反复校正过的模型的预测数字做决策，这是我们要提倡的一种科学决策的文化。”

综合评估每条路径的后果，目前的技术，液体甲醇可能是最好的储氢载体

1L甲醇和水反应可以放出143克的氢。储氢技术手段无非就是压缩和冷凝。即使冷凝，1L液氢也就72克，而1L甲醇和水反应的产氢量是1L液氢的2倍。二十年前，全世界第一辆汽油在线转化制氢的燃料电池汽车，也是刘科院士带领UTC、尼桑和壳牌的工程师共同努力研发出来的。

“当年，丰田、本田、GM用高压氢燃料制成的电池已经造出来了，尼桑找到壳牌继而找到我们，共同研发汽油在线转化制氢驱动的燃料电池汽车，既可利用燃料电池的高效率，也可以不用加氢站。当年美国还没有大规模开采页岩气，所以甲醇成本太高，当时没有经济性，就考虑在车上用汽油制氢，几年后获得了成功。”

页岩气革命让世界发现了100多年用不完的天然气，就有了100多年用不完的甲醇，页岩气革命让天然气供应局面发生了改变。甲醇制氢比汽油转化容易很多。一方面甲醇干净得多，没有硫；另一方面汽油转化需要850度以上，甲醇只需200多度就可以。

“当太阳能、风能可以卖碳税时，把风能、太阳能和煤结合制出比较便宜的绿色或蓝色甲醇。目前中国甲醇的产能位居世界首位，年产约8000多万吨。通过车载甲醇制氢并与燃料电池系统集成，就比直接燃烧的发动机效率高。这条路线未来是有可能的。我只能说有可能，取决于政策的调整和碳税。如果碳税政策开始实施，这条技术路径就有经济性。”

这个世界不需要绝对的“零碳”，追求零碳是不科学的。我们吃的食品、植物生长和光合作用都需要二氧化碳。如果从煤经济转到天然气经济或者甲醇经济就可以减碳60%以上，基本上就可以做到碳中和。因此我们讲的是“碳中和”，国外讲的是“净零排放”，排放的同时要有其他技术平衡排放。

中国有成熟的煤制甲醇技术，只是要产生很多的二氧化碳，因为要通过水汽变换反应（CO+H2O→CO2+H2）制氢。如果这部分氢可以在西部用太阳能和风能制，电解水时也同时副产氧气可供煤气化炉使用，这样煤制成甲醇就不用排放二氧化碳，再用甲醇作为能源载体就可以减碳60%以上，这可能是比较现实的一条碳中和路线。

风能、太阳能虽然贵一点，但煤很便宜，两者耦合后成本就可控。氢气和二氧化碳做绿色甲醇目前还有一定的成本障碍，直接用现有的煤甚至劣质煤制甲醇成本比H2和CO2合成甲醇要便宜很多。

氢气制造虽然便宜，可一旦压缩成本就很高。张家口冬奥会氢能示范工程，国家补贴了大量资金，并且目标在未来几年达到30元/kg。如没有补贴，高压氢的实际成本近100元元/kg。如果在车上用甲醇，按今天的市场价买甲醇，成本只有15元/kg左右。

甲醇制氢不仅成本低,且甲醇常温常压下是液体。甲醇站可利用现有的液体加油站改装，整个能源转型就不需要再耗费巨资去建加氢站和充电桩。简单估算布局成本，按加油站450辆车/天的加注能力，充电站24辆车/天充电能力，小型氢气加注30辆车/天来测算，假设都建一万座，改装1万座加油站加甲醇大约需要20亿美元，充电站大约需要830亿美元，加氢站大约需要1.4万亿美元，而且这个1.4万亿还没有考虑地价的因素。

石油排碳太高可以用绿色或蓝色的甲醇液体取代，可以把太阳能和风能转成液体储存，这就改变了储能的概念。靠电池做大型储能也要非常谨慎。最近国家也非常注意，把梯级利用的大电站停下来了，安全性确实是一个问题。

如果原有的工业基础通过关停并转大幅调整，最终却没能提供足够的清洁能源，排放也没有实质性减少，这是我们要警惕的。一旦发生这样的事情，多年以后回看，上万亿投资花光，却没有实际上达到碳中和，这将是非常致命的。

在北上广深这些中心城市，充电站或加氢站除了面临土地成本昂贵的问题，电动车还存在冬天续航问题。我国已建成的公共充电桩利用率平均只有4%左右，其中充电桩铺设最多的北京、上海，使用率仅为1.8%、1.5%。电动车存在里程焦虑且冬天无法满足供暖，到冬天一遇冷可能会趴窝，而全世界80%主要发达城市位于北纬25度以上，都是有冬天的地方。如果一辆汽车只能夏天开冬天开不了，消费者可能不会买单。

如果风能、太阳能和煤炭结合转成甲醇，车上永远装50升甲醇就可解决这个问题。今天的电动车，受限于充电桩数量少和充电等待时间的限制，要想办法给电动车赋能。在家庭停车位旁边安装几百块钱的慢充装置，车上再装50L甲醇，相当于晚上睡觉把手机充满，同时还带上充电宝。电池没电可以用车上的甲醇和水制氢，用氢发电。甲醇和水反应只需要200多度，余热在冬天也可以把电池维持在最佳温度。

“综合评估每条路径的后果，我认为目前甲醇可能是最好的储氢载体，未来随着技术的进步，如果像乙醇液体也能够和甲醇一样便宜的用太阳能风能及少量的煤（提供碳）制造，那会更好。”

放宽思考的谱系范围，雾霾的治理也与碳中和息息相关

在科技和经济上，中国属于后发国家。当欧美已经在追求节能、绿色、环保的时候，我们还没有完全释放生产力，于是污染、能耗都很高，水、空气、土壤都在重现欧美一百多年前的困境。多年来，刘科院士也一直致力于雾霾成因的研究。“前些年每次从蓝天碧海的南加州回国下飞机后，空气质量的强烈对比让我觉得有义务一定要把中国的雾霾治理好。”

雾霾包括一次颗粒和二次颗粒。化石燃料如柴油燃烧时尾气中直接排放的颗粒是“一次颗粒”，占雾霾总量的24%左右。对雾霾“贡献”最大的是 “二次颗粒” ，占雾霾总量约50%左右。“二次颗粒”是化石燃料燃烧尾气中的气态污染物（如NOx、SOx）和挥发性有机物（VOC）进入大气后，在一定的水雾状态下与空气中的氨及VOC等物质发生气溶胶反应形成的颗粒。氮氧化物在天空遇水就变成硝酸，硫氧化物氧化遇水就是硫酸。如果人们不使用化肥，空气中没有氨排放，就只形成酸雨形不成雾霾。大量使用化肥导致空气中含有有氨，氨是碱性物，酸碱反应形成盐颗粒PM2.5。头发丝大概是70微米左右，肉眼的分辨率只有60微米左右，PM2.5的颗粒是看不见摸不着的，但当万亿个PM2.5悬浮在天空中就可以遮天蔽日。

这两年我国在脱硫脱硝上花了上万亿，取得非常大的进展，但仍然有雾霾成因的重要因素是使用化肥以及氨排放没有得到足够重视。化肥在短时间使用副作用显现不明显，但使用三五十年以后，问题来了。早些年硝酸铵、磷酸铵强酸弱碱，氨被吸收，酸流到土壤里面，把土壤中的细菌杀死，引起大面积的土地板结。

另外，长期使用化肥的土地产出的农作物微量元素和矿物质含量会大幅降低。土壤中有很多矿物质不溶于水，但是一遇到酸会发生酸浸。酸浸导致土壤中微量矿物质流失，食品不可能不变，同时伴随着人类大量使用化肥及农药等酸性物质导致土地酸化、贫化、人类的哮喘、心脏病、癌症等疾病也相应增加。

看待复杂问题时，切忌单一思维。如果放宽思考的谱系范围，认真考虑如何解决雾霾的问题，其实也与碳中和息息相关，我们需要拓宽思考问题成因的广度和深度。

微矿分离技术，跳出有限视角的科学实践

物质不灭，虽经数百万至数千万年，土壤中宝贵的微量元素及矿物质以煤炭的形式保留至今。煤炭中可燃部分基本是二氧化碳和水通过光合作用形成，不可燃部分是远古时期树根吸收的矿物质、微量元素。如果直接用火烧掉，一千多度以后它们就形成了玻璃状的琉璃瓦，把对土壤有利的宝贵的矿物质钝化。

刘科院士和团队研发了一项核心技术，在水中把煤磨细，然后再较低温度下把煤里的可燃和不可燃的物质分开。分离出的微米级的炭颗粒可悬浮在水里，用特制的锅炉让它们燃烧起来比天然气都干净。不可燃部分经过和秸秆粉，有机肥及菌种等混合经一系列微生物发酵反应后，可形成很好的土壤改良剂。使用这一技术，劣质煤都可以用来制甲醇，且成本很低，得到的甲醇燃料比等热值的汽油还干净、便宜，同时可解决煤炭运输问题。

“十年前，我的观点就是汽车尾气对雾霾有“贡献”，但不是雾霾的主要成因，很多人不信。疫情初期，武汉封城后2个多月，全国各地几乎都封城，所有汽车包括电动车停开了两个多月，期间北方一些城市雾霾还很严重。由此可见，即使汽车全停了，如果冬季供暖，发电主要靠煤，雾霾问题依然会存在。因此，要治理雾霾首先要把煤搞干净以后再去烧。”

透过不同的视角审视同一个问题，不仅可以让人们更清楚地看到影响决策的所有因素，也有助于发现先前不易觉察的替代选项。刘科院士以治理雾霾的心态研发的这项微矿分离技术，现已经产业化，并且做了大量的农田实验，效果比想象中还要好。

基于顶层设计和数据决策，我们需要现实的碳中和路径

欧盟的碳排放量在1980年就已达到峰值，美国和日本在2008年达到峰值，而中国将在2030年达到。从峰值到中和，欧盟用了70年时间，美国和日本用了42年时间，但中国只有30年时间。相比之下，中国面临的碳中和任务更重。在外有压力、内有困难的情况下，走切实可行的道路，既顺应国际大势，又能推动国内产业的变革。习总书记说了“绿水青山就是金山银山”，在实现碳中和的过程中把雾霾等污染问题一并解决，让蓝天白云重回祖国大地。因此，碳中和是一条多赢的正确道路。采访中，刘科院士谈到了碳中和的几个现实路径，如果这些路径走通，今后不但是中国受益，全世界都将因此受益。

通过现有煤化工与可再生能源结合实现低碳能源系统。既可以让现有的煤制甲醇及其他煤化工产品实现净零碳排放；通过太阳能、风能、核能电解水制备绿氢和氧气，这样就不需要水汽变换去制氢；同时副产的氧气供煤气化使用，可大大降低煤制甲醇和其他化学品及油品的CO2排放。

刘科院士强调，煤化工过程中氧气制造的“空分装置”不仅投资巨大，而且很耗电。使用可再生能源电解水制氢制氧供煤制甲醇使用，大大降低目前煤制甲醇厂的碳排放，其实就相当于把风能太阳能以液体甲醇的形式储存下来，使得甲醇成为风能太阳能的储运载体，这也可以理解为全新的风能太阳能液体储能路线。

利用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，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。

因为传统的煤炭使用方式燃烧二氧化碳排放产生的灰渣有10%的碳，不光是浪费能源而且变成了固废，整个内蒙古电厂粉煤灰成灾。通过分离之后，该做燃料就做燃料，该做土壤改良的去用于土壤改良。分流以后，这边释放二氧化碳，而副产的土壤改良剂可用于板结土地、盐碱地及沙漠治理，让以前不长植物的荒地变绿，让森林长起来把放出去的二氧化碳再吸回来，这样做可以达到或接近碳中和。

举个例子，当清洁固体燃料CSF产量达到25万吨时，我们每年碳排放大约69.5万吨，在施用土壤改良剂SRA的条件下，根据治理的面积大约分别可以吸回来48.7万吨、61.9万吨，甚至74.9万吨。（见上表）这是比较现实的碳中和的路径，而且不需要那么高的成本，适当花一点钱就可以做到的。

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。

西部缺水，我们即便采用再多含保水材料的土壤改良剂，大太阳晒还是长不出植物来。而太阳能板底下的挥发减少了，就可以种植物。太阳能板需要定期冲洗，有了发电，大家可以花一点钱用PVC管子输一些黄河水过去，每几周给光伏板冲水。水资源宝贵，冲过的水我们还可以用来给太阳能板底下的农作物做滴灌。这样，发电的同时还可以把底下全部变成绿色，变好了再把太阳能板搬个几百米，一片片土地可以这样治理出来。

峰谷电与热储能综合利用。目前火电厂在半夜12点到早上6点这个区间，尽管还在排放大量CO2，但发的电没人用，是浪费掉的。可以将电用分布式以热的形式储存下来，利用分布式储热模块，在谷电时段把电以热的形式储下来，再在需要时用于供热或空调，这样可以让1/4甚至是1/3的时间的电不至被浪费，可大大降低CO2排放，实现真正的煤改电。

另外，配合屋顶光伏战略及县域经济，进一步减少电能消耗。国内储能领域对于储电关注较多，但实际上大多数能量从消费端来看都应用于空调制冷或取暖的热能领域，储热技术也是需要关注和发展的。

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。分布式发电，可以做到热电联供，这样系统总体效率比激增发电高很多。因为尽管电可以远距离输送，但热不可能从远距离输运。把风能和太阳能以液体的形式储存下来，液体通过管路远距离输送损失很少。再用甲醇分布式热电联供，比现有的西部煤发电输送到东部供电供热模式，其能源效率要高很多，进而大大减低碳排放。

实现碳中和过程中需要做出的决策都涉及广泛的知识学科，若非进行跨学科的磋商和考量，则很难实现真正意义上的碳中和，所以我们需要的是基于顶层设计和数据决策的系统、科学的整套方案。

把握碳中和趋势下新材料发展机遇

以“把握碳中趋势下的发展机遇”为主题的“2021中国新材料产业发展大会暨CEO高峰论坛”，将于11月17-18日在上海举行。大会组委会拟邀刘科院士作为报告嘉宾，与新材料及战新产业百位企业家相聚一堂，深入交流如何理想看待碳中和，把握发展新机遇。诚邀参会！

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