新能源“老法师”给你讲讲氢能为什么更重要？

未来技术的颠覆性创新在于太阳能（000591，股吧）和氢能的可持续循环。

本文作者刘可是全球知名能源专家，澳大利亚国家工程院外籍院士。他曾带领来自联合技术公司、日产公司和壳牌石油公司三家公司的工程师团队，斥资数亿美元开发了世界上第一辆“用于车内汽油制氢的燃料电池汽车”。他已连续三届担任美国氢能和燃料电池峰会主席。

为什么要发展电动汽车、氢能等新能源汽车？

主要解决两个问题：

首先是我们国家缺乏石油。

十年前我回国时，中国的石油消费总量只有4亿吨，但不到十年，就从4亿吨增加到了7亿吨。在最初的20年里，我们只能勉强生产2亿吨，但到2017年，我们无法维持2亿吨，只有1.91亿吨。到2018年，这一数字已降至1.89亿吨。我们现在有将近73%的石油依赖进口。

第二，每个人都能看到雾霾和空气污染的问题。

要解决这两个问题，就必须开发更清洁的汽车和能源，因此电动汽车和氢能自然被推上历史舞台。

曾经，汽油动力汽车击败了电动汽车

为什么电动汽车在100多年前就超过了汽油车，后来汽油车占据了主导地位？

100多年前，纽约市街头的电动汽车

电动汽车并不是什么新鲜事。1912年，在纽约、伦敦、巴黎和洛杉矶的街道上行驶的电动汽车远远多于汽油车。为什么？因为铅酸电池的发明比内燃机早了20多年。100多年前，爱迪生领导的一群科学家在电动汽车上。

回国前我在通用电气工作，爱迪生是通用电气的创始人。当时，以福特为代表的汽车公司都在押注汽油车。20世纪30年代之后，电动汽车几乎消失了，如今汽油动力汽车仍然占据主导地位。

为什么会出现这种模式？让我谈谈一些历史原因。

第一点是，当我们研究汽车或运输燃料时，有一个非常重要的概念，称为体积能量密度。对于汽车来说，稍微重一点并不重要，但油箱不能无限大。假设我们的油箱都是1立方米，每个能源中包含的能量密度决定了汽车可以行驶的距离。

100多年前发明的铅酸电池的能量密度为90千瓦时/立方米。人类花费了近数千亿美元和100多年的探索，电池的能量密度仅从90千瓦时/立方米增加到260千瓦时/m3。

目前，特斯拉的电池和比亚迪的刀片电池约为每立方米260千瓦时。汽油的能量密度为8600kWh/m3，而柴油的能量密度则为9600kWh/m3。后面要提到的甲醇液体是4300kWh/m3。

综上所述，经过人类100多年的研发，电池的能量密度并没有发生革命性的根本性变化。

各种能源的能量密度

第二点是液体能源有一个非常好的特点：它可以通过陆地上的管道运输，也可以在海上以非常便宜的价格跨海运输。2016年我来到深圳工作后不久，邀请了时任美国能源部部长、诺贝尔奖获得者朱棣文先生，时任中国工程院主管能源的副院长谢克昌院士，以及中国科学院主管能源副院长李静海院士，为南方科技大学清洁能源研究院举行揭牌仪式。

在当时的一次能源研讨会上，我问了大家一个问题，说很长一段时间，在深圳开车加油是每升7元。假设这些汽油是从休斯顿炼油厂船运到深圳盐田港的（000088，对吧？），那么这升汽油的运费是多少？我让很多能源爱好者猜测，有人猜测是3元和5元，有人甚至猜测是5元，还有人猜测是1元。我说真正的答案是不到7美分。

当我说7 ce的时候……

s、 没有人相信我，但我马上就明白了。

现在，一艘大船可以拉动30万吨，大约4亿升。液体的优点是可以使用泵和管道运输，而不需要人工。在深圳的码头，一旦管道连接好，就可以不用人工将其泵入储罐。

道路上的成本是这艘船的燃料和折旧成本，这艘船有4亿升。如果一升是一美分，那将是4000万元，但驾驶一艘船不会花那么多燃料。这就是为什么世界上只有少数几个地方生产石油，但加油和驾驶在任何角落都可以轻松完成。因此，液体在运输方面有很多优点，并且可以长期储存。茅台（600519）酒可以储存50年，没有任何问题，但电和气都不能长期储存。

一百年前福特大规模生产汽车的装配线

第三，为什么人类的第一条装配线是福特的装配线？内燃机是一种制造成本很高的机械设备，但当一条装配线生产一百万台时，每台的成本就会大大降低。1913年，福特的装配线一投入大规模生产，美国汽车就从4700美元降至380美元，使蓝领工人能够负担得起汽车。

然而，电动汽车是不同的，因为每个电池都需要一定量的镍、钴、锂，而且车上还存在铜等各种金属。产能扩大后，每台机组的成本都会下降，但降幅不大。与机械不锈钢不同，它需要生产的越多，成本就越低，材料成本也就越低。电动汽车的材料成本占大多数，加工成本也不是主流，所以你可以用流水线来降低一点，但不能有根本性的降低。

中国的电动汽车数量从2016年底的51.7万辆增加到2018年第一季度的79.4万辆，增加了28万辆。与当时整个汽车市场2900万辆的年产量相比，这是非常小的。然而，在同一时期，全球追踪的钴和锂的价格分别翻了四番和一番。

这种情况告诉我们，如果技术不突破，钴和锂的用量不减少，生产的材料越多，价格就越昂贵。当钴的价格翻两番，锂的价格翻倍时，世界上没有一家公司声称通过回收电池中的钴和锂而盈利，这反过来又告诉我们，电池回收技术仍然需要突破。

02电动汽车的碳排放量也在增加

如果67%的电网仍然是燃煤的，那么电动汽车的增加仍然在增加碳排放。

如今的电动汽车已经使用了5到7年，使用退役的动力电池作为储能电源，例如在5G基站下储能，可能还会推迟10到20年。但储能电池也有寿命，其中含有许多有害化学物质，不能无限期使用。十年或二十年后，它仍然需要回收。如果不回收，当数百万甚至数千万的电池分布在中国各地时，让它们泄漏将是一场环境灾难。

如今，电动汽车中约有600至800公斤的电池，无法手工回收。谁将在未来回收？如果这个国家想回收，谁会拿出钱来？在销售汽车时，已经有了这么多补贴。未来还会对回收电池提供补贴吗？底线是什么时候？

这些环境问题都需要考虑，所以我多次呼吁加强电池回收技术的研发，做好这项系统工程。否则，如果我们只考虑电动汽车的发展，而不考虑回收问题，我们将来都会为此付出代价。

环境污染造成的生态破坏

当然，另一个实际因素是，中国67%的电力是通过煤炭发电的。如果能源结构保持不变，67%的电网仍然是燃煤的，那么电动汽车的增加仍然在增加碳排放，而不是减少碳排放。电动汽车只能被视为清洁能源……

当能源结构和大部分电网由可再生能源组成时。

目前，无论是电动汽车、燃料汽车，还是氢燃料电池汽车，在电池方面投入大量研发都非常重要。高端燃油车的电池尺寸已达到5千瓦甚至10千瓦，氢动力车的电池容量约为100升。汽车电子、控制系统和电池都需要电池，因此电池的研发无论如何强调都不为过。

电池技术必须取得突破。如果没有突破，盲目追求电动汽车是一种非常危险的策略。不幸的是，尽管在过去的100年里，电池技术取得了一些进步，但仍然没有取得根本性的飞跃，这是一个非常严峻的挑战。

2018年国务院领导视察丰田氢燃料电池汽车

03氢气并不像想象中那么容易储存，更不用说像想象中那样容易使用了

2018年，中国突然掀起了氢能热。氢能具有发电效率高、减少对石油的依赖、排放水蒸气、燃料电池量产后降低成本等优点。虽然燃料电池也使用贵金属，但其贵金属回收技术相对成熟。而且这些年的研发导致了贵金属材料的使用量减少，这都是它的优势。

事实上，燃料电池也不是什么新鲜事，这已经是第四轮了。2000年左右，我目睹了美国最后一轮氢气和燃料电池热。从20世纪90年代末到2005年和2006年，美国在燃料电池的研发上花费了数百亿美元。

我记得乔治·W·布什总统在国情咨文演讲中说，他今晚将宣布一项计划。美国能源部将花费数十亿美元开发氢燃料电池汽车。15年后，每辆美国汽车后面都会排放出水蒸气。

现在，已经是2021了，你到了吗？不，世界上燃料电池的总数可能超过30000个，而美国不到10000个。

燃料电池汽车（也称为氢动力汽车）缺乏工业化的根本原因是氢不适合作为公众共享的能源载体。为什么？

我刚才提到的第一点是，它的体积能量密度是最小的。为了增加体积能量密度，我们必须增加压力。目前，氢燃料电池汽车中的所有储氢罐的大气压力分别为350和700公斤。如果储氢罐是用不锈钢设计的，由于压力太高，它们必须做得很厚。学过科学和工程的人都知道，700公斤压力的高压设备不容易生产和制造。

第二点是高压氢气存在问题。氢是元素周期表中最小的分子，最小的分子意味着它最有可能泄漏。

第三点是氢气在户外是没有问题的。20多年前，我们在美国进行了这项实验。出于安全考虑，加氢车通常在末端安装储氢罐，普通步无法一穿透。战斗结束后，因为氢气在户外是安全的，所以它很轻，就像一个氢气球。一条火龙冲向天空，驾驶室的温度不能一下子升高这么高，给人们足够的时间逃生。

然而，在封闭的空间里，氢气带来了一个巨大的问题。氢气是爆炸范围最广的气体，爆炸范围从4%到74%不等。只有不到4%的人是安全的，而超过74%的人只会着火而不会爆炸。然而，在4%到74%的大范围内，它在遇到火星时会爆炸。

在北京、上海、广州、深圳等城市，尤其是深圳，90%以上的汽车都停在地下车库的封闭空间里。大量氢动力汽车进入地下车库，如果其中一辆发生泄漏，将构成巨大危险。

尽管这是一个小概率事件，但当广泛使用时，总是有可能发生部件老化和其他问题。即使储氢罐是安全的，阀门、管道等老化的可能性也很小，或者由于驾驶不小心可能发生碰撞。一旦泄漏物撞击火星并爆炸，导致其他车辆爆炸，建筑物可能会被摧毁……

罗伊德。因此，在封闭空间中，非常注意氢气的使用是很重要的。

氢燃料电池汽车在露天条件下的安全实验

20世纪90年代初，我加入了世界上最大的石油公司埃克森美孚。我记得我加入的时候，无论我有多高，前一周我什么都没做，只接受了安全培训。尽管炼油厂非常重视安全培训，但在过去的100年里，事故发生的概率一直很小，而炼油厂发生的事故大多是由氢气泄漏引起的。

因此，在石油化工行业，有一种说法叫做“氢气是炼油的设备”。当它泄漏时，它是无色无味的，甚至它所捕获的火也是无色的。所以电不容易储存，氢也没有想象中那么容易储存，更不用说使用起来那么容易了。

04甲醇可能是储氢的最佳载体

如何解决这些问题？如何更好地发展电动汽车和燃料电池汽车？我建议使用液氢作为载体，未来可能会有其他更好的液体。我们目前的计划是，甲醇可能是储氢的最佳载体。

为什么？

甲醇可以由煤炭和天然气以及太阳能和风能生产

甲醇可以由煤炭和天然气生产，未来可以利用太阳能催化二氧化碳和水生产甲醇，将其转化为绿色甲醇。中国目前拥有世界上最高的甲醇产能，约8000万吨，按吨位计算，接近汽油的1/4。

此外，页岩气革命使世界发现了近200年来无法使用的天然气。有200年用不完的天然气，还有200年用不了的甲醇。天然气是甲醇的原料，当天然气供应到这里时，甲醇可以在那里生产和运输，这是一项非常成熟的技术。天然气漂洋过海并不是什么好运气，但一旦转化为液体，就可以在世界上任何一个港口运输，每吨的运费约为50元，非常便宜。

在未来，我们可以用太阳能生产甲醇。一年多前，中国科学院大连化学物理研究所成立70周年，我的主题演讲也谈到了这一点。

大连化学物理研究所的李灿院士在甘肃成功演示了利用太阳能催化二氧化碳和水转化为甲醇。然而，今天的成本每吨比煤制甲醇贵约500至700元，但它为未来提供了方向。未来，如果用太阳能生产甲醇，生产的甲醇将完全是绿色甲醇，这是第一点。

甲醇是一种优良的液氢储存和运输载体

其次，如果车上的装甲酒精实际装载的甲醇与水的摩尔比为1:1，重量比为64%的甲醇与36%的水，则相当于64度酒精。甲醇和乙醇都是酒精的财产，但它们不能被消费，它们的其他财产类似。

安装在汽车上的甲醇与水反应产生氢气。一升甲醇可释放143克气体，这意味着一升甲醇可以储存2升液氢。氢气推动燃料电池为汽车供电。燃料电池在80摄氏度下发电，我们这些研究过热力学的人已经知道卡诺定理，它具有更高的效率。

今天，我们认为甲醇可能是储氢的最佳载体。氢气是根据需要生产和使用的。甲醇在室温和压力下是一种液体，可以装在矿泉水瓶里。所以我上面提到的液体能源的所有优点都实现了，其能量密度为4300千瓦时/立方米，是当今电动汽车电池的近20倍。

因此，我们认为氢燃料电池和电动汽车都有未来的前景，但储能的载体需要好好考虑。

甲醇在室温和压力下是一种液体。有了液态能源，人类投资数万亿美元建造的液态基础设施现在不需要废弃，可以改造和使用。

对于一个典型的加油站，rec中可能有6个储罐……

t年。在早期阶段，将更换为1个甲醇罐和5个汽油和柴油罐。再过十年，它将被2个甲醇罐和4个汽油罐所取代。这样，整个能源转型就不需要再花费数十亿美元来建造加氢站和充电站。

甲醇制氢与燃料电池集成为5G基站供电的示范

甲醇氢气供应可以在汽车中长期使用。短期内，我们利用甲醇的分布式能源解决了5G基站、边境检查站和5G基站山顶孤岛的电力供应。目前，这种通过电网远距离供电的成本很高，而实现不间断供电的唯一技术选择是柴油发动机。

然而，柴油发动机中使用的柴油每百万卡路里的成本是昂贵的甲醇的两倍；柴油污染严重，噪音大；

此外，如果柴油储存在村庄前面或后面没有商店的地方，有些人甚至会在晚上用柴油发动机偷走。如果在维护和安保方面增加额外的人力，成本就会增加。

使用甲醇供应氢气，即使被盗，也需要使用特定的技术。多年来，我们一直在为广州山顶的5G基站供电，只需要一个设备，包括一个500升的甲醇和水的地下储罐。甲醇和水被用来生产用于发电的氢气。通过报警装置，盗窃行为将被自动报废或锁定。

柴油机械不能自动报废，即使报废也很容易修理，但有人偷甲醇用于制氢和发电是没有用的。目前，全球有100万个基站出现故障，所有这些基站最初都配备了用于发电的柴油发动机。使用这项技术可以让它们复活。这项技术全面发展后，可以使用边境检查站和孤岛，未来可以将其小型化，用于解决许多基础设施问题。

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大量充电站利用率低，杂草丛生

除了我上面提到的，现在电动汽车和氢燃料电池汽车还有一个主要问题，那就是基础设施的问题。

氢气的安全和储存需要一定的占地面积。如今，在北京、上海和广州等城市中心，每英亩土地的价值超过1亿元。在未来，单是土地占用的成本将难以承受。研究表明，中国一些现有充电站的利用率不到4%，而在北京和上海等地，由于地价问题难以解决，利用率不足1.5%。

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多篇关于北方冬季电动车“蹲伏”的报道

电动汽车的另一个问题是冬季的蜷缩。新闻经常报道，哈尔滨、北京等地的电动车在冬季容易出现蹲车现象。北京几年前开始推广电动汽车，当我上车时，发现司机冬天穿着军大衣和棉靴，不敢打开暖气。我说要打开暖气，但司机说他不敢。因为暖气没有打开，我们只能跑100多公里。如果暖气开着，我们马上就会没电了。

请记住，世界80%的经济产出来自北纬25度以上的城市。纽约、伦敦、巴黎、莫斯科、东京、北京、多伦多和其他地方都有冬天。如果电动汽车只能在夏天使用，不能在冬天使用，这也会影响它的发展。那么我们该如何解决这些问题呢？

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充分利用地下停车场

我们提出的解决方案是插电式醇氢混合动力。你不需要建任何充电站或加氢站，只需在家里的地下车库里放一个几百元的慢充站，晚上睡觉时插上即可。但这辆车总是能载50升甲醇。如果我不安装这50升甲醇，例如，如果我现在在深圳，买了一辆电动汽车去广州，我就不敢跑了，因为我无法回到那里。找一个充电站充电几个小时可能非常耗时。

但如果我的车里有50升甲醇，它可以产生用于发电的氢气并为电池充电，我们就可以创建一个相当于电动汽车的“充电宝”。

一旦没有电，或者冬天很冷，安装50升甲醇就像安装50升汽油一样。甲醇和水之间的反应温度超过200摄氏度，使用废热可以加热汽车或将电池保持在最佳温度。基础设施可以解决电动汽车的“鸡和蛋”问题。因此，我们实际上通过新技术为电动汽车和氢燃料电池赋能。

谈到最近炙手可热的碳中和，许多人认为碳中和主要依赖风能和太阳能等可再生能源。但风能和太阳能最大的问题是不稳定，平均每年8760小时，年太阳能发电1700小时……

伊纳。所以很多人说太阳能比热能便宜，而热能只有1/7是正确的。建立在1/7的时间，但其他6/7的时间的成本仍然是火电的几倍。

中国的风能和太阳能已经发展了40年，取得了巨大进步，但目前的发电量约为2亿吨标准煤。中国的总发电量为22亿吨标准煤。此外，在这些风能和太阳能的开发过程中，风能和电力的废弃也非常严重。

为什么？因为电网只能容纳15%的不稳定电源。电网无法完全承受风能和太阳能产生的电力。如果我们继续增加风能和太阳能，但同时大规模储能的问题无法解决，我们只能浪费更多。

那么我们该怎么办呢？我们提出了一种将太阳能和风能转化为液体的解决方案，类似于甲醇，甲醇在室温和压力下是液体。通过使用它来储存氢气，今天所有新的液体能源概念都可以应用。

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甲醇是在应用端连接太阳能和氢能的载体

正如南方科技大学校长、清华大学原副校长薛其坤院士在与埃隆·马斯克的对话中提到的那样，未来技术的颠覆性创新在于太阳能和氢能的可持续循环。

我认为大规模应用的方法是以液体的形式储存风能和太阳能的能量。今天是甲醇，未来也可能是其他更好的液体。通过以液态形式储存风能和太阳能，再利用人类花费数万亿美元建造的液态基础设施，可以实现碳中和，电动汽车和燃料电池也可以有更大的发展。

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标签：北京福特世纪发现比亚迪

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