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第二，氫氣高壓會(huì)有一個(gè)問題，氫氣是元素周期表中最小的分子，最小的分子就意味著最容易泄露，長期儲(chǔ)存是問題。

第三，氫氣在露天沒有問題，我們在20多年前在美國做過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，一個(gè)氫燃料電池車，它的儲(chǔ)氫罐為了安全一般都放在最后，普通步槍一槍是打不透的，用超強(qiáng)的步槍打穿，因?yàn)闅錃夂茌p，就像氫氣球一樣，一條火龍沖上天，駕駛室的溫度一下子升不了那么高，人有足夠時(shí)間逃逸。

但是，在封閉的空間里，氫氣就會(huì)有巨大的問題。氫氣是爆炸范圍最寬的氣體，可以從4%到74%。小于4%是安全的，大于74%只著火不爆炸。但是在4%到74%這個(gè)很寬的范圍內(nèi)，遇火星就爆。

現(xiàn)在北上廣深這些城市，尤其在深圳，90%以上的車是停到地下車庫這一封閉空間里的。當(dāng)大量氫能汽車進(jìn)到地下車庫，若有一輛車泄露，就會(huì)產(chǎn)生巨大的危險(xiǎn)。盡管這個(gè)是小概率事件，但是使用量眾多的時(shí)候，總有部件老化等問題發(fā)生，哪怕儲(chǔ)氫罐是安全的，閥門、管路等也有一定小概率老化，或者開車不注意發(fā)生了撞擊。一旦泄露遇到火星、電火花就會(huì)爆炸，引起其他車爆炸，一個(gè)大樓都有可能毀掉。所以在封閉的空間里，使用氫氣要非常注意。

因?yàn)闅錃獾谋ㄐ?，現(xiàn)在都不讓運(yùn)輸氫超過一定的范圍的車輛過隧道，如果把隧道炸掉了怎么辦？當(dāng)然，將來是不是能夠建氫管道是另外一個(gè)問題。

同樣因?yàn)闅錃獾谋ㄐ?，建設(shè)加氫站要特別小心，周圍需一定的安全距離?，F(xiàn)在的北上廣深到處都是加油站，但地價(jià)這么貴，到哪找能那么多地重新建加氫站呢？

因?yàn)檫@些問題，盡管氫能現(xiàn)在很熱，但是要謹(jǐn)慎。氫氣的這些性質(zhì)決定了它不適合做能源載體。所以，當(dāng)人們說“氫是人類能源”時(shí)，很多的東西是似是而非的。

疫情前，科技部幾位同志可能聽說我做過幾屆全美氫能與燃料電池峰會(huì)主席并且二十多年來一直是國際氫能協(xié)會(huì)的理事，帶了幾個(gè)專家到深圳來調(diào)研，我們談了一下午，之后我把氫能的一些現(xiàn)狀、問題以及解決途徑寫了一個(gè)簡單的報(bào)告，后來他們就把它放進(jìn)《科技日?qǐng)?bào)》的頭版頭條里。

制氫容易，但儲(chǔ)氫、運(yùn)氫有難度。世界上其實(shí)氫氣的使用很廣泛，中國的氫氣產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到3000多萬噸/年了，今天我們用的每一克的化肥都是氫造的。世界上有這么多的化肥廠、煉油廠都要大量的氫氣，但是目前沒有一個(gè)化肥廠、煉油廠是靠太陽能、風(fēng)能制氫、制化肥。什么原因？太貴，要是便宜的話，這些化肥廠，煉油廠早就改了用太陽能、風(fēng)能制氫了。

現(xiàn)在全世界每年已有數(shù)千萬噸的氫市場，而且供給到煉油廠氫是最貴的，每個(gè)煉油廠邊上都有個(gè)大的氣體公司。用風(fēng)能、太陽能制氫不是不可以做，只是目前沒有足夠的經(jīng)濟(jì)吸引力。如果說這是賺錢的，相信很多企業(yè)家早就開始拿風(fēng)能和太陽能制氫去了。

氫也不是沒有優(yōu)勢，也可以做，怎么做？跟我們的碳中和有關(guān)系。

為什么甲醇可能是作為好的儲(chǔ)氫載體？

如果今后真正想實(shí)現(xiàn)碳中和，并且太陽能、風(fēng)能可以賣碳稅的時(shí)候，可以把風(fēng)能、太陽能和煤結(jié)合制出比較便宜的甲醇，通過車載甲醇制氫并與燃料電池系統(tǒng)集成，這就比直接燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)效率高。這條路線未來是有可能的。我只能說有可能，不能保證，主要取決于各種政策的調(diào)整和碳稅。如果碳稅上去了，這條線路就有經(jīng)濟(jì)性。

1L甲醇和水反應(yīng)可以放出143克的氫。儲(chǔ)氫要么壓縮，要么冷凝。即使冷凝，1L的液氫也就72克，而1L甲醇和水反應(yīng)的產(chǎn)氫量是1L液氫的2倍。

為什么這個(gè)技術(shù)有可能這樣做？二十年前，全世界第1輛汽油在線轉(zhuǎn)化制氫的燃料電池汽車，是我領(lǐng)著尼桑和殼牌的一些工程師造出來的。

這有一個(gè)小故事，那時(shí)豐田、本田、GM的高壓氫燃料電池已經(jīng)造出來了，尼桑發(fā)現(xiàn)落后了，于是找到殼牌，又找到我們，說能不能造一輛車，加的是汽油，汽油在車上和水、和空氣反應(yīng)造氫，然后推動(dòng)燃料電池，這樣燃料電池的效率高，同時(shí)也可以不用加氫站。

當(dāng)時(shí)為什么沒有做甲醇？因?yàn)轫搸r氣革命還沒發(fā)生，天然氣當(dāng)時(shí)很貴，國外的天然氣制甲醇成本太高。2005年，如果我們預(yù)測到會(huì)發(fā)生頁巖氣革命，就不會(huì)花28億美元建零污染火電廠。但技術(shù)是不可預(yù)測的。頁巖氣革命讓世界上突然發(fā)現(xiàn)了上百年用不完的天然氣，也使得天然氣從17美元/百萬英熱單位狂降到1.5美元，而后平盤到3美元左右。

在天然氣價(jià)格那么高的時(shí)候，甲醇沒有經(jīng)濟(jì)性。所以，當(dāng)時(shí)我們公司考慮用油，說能不能在車上汽油制氫。老板找我的時(shí)候，我說這個(gè)項(xiàng)目肯定不掙錢。但是他跟我說，我做阿波羅登月的時(shí)候根本沒有想到掙錢，但事實(shí)上我們阿波羅登月開發(fā)的技術(shù)后來在各個(gè)領(lǐng)域用上了，現(xiàn)在有尼桑給我們錢，只要把技術(shù)做到極限，最后也能在其他領(lǐng)域有用。我說，只要?jiǎng)e拿掙錢衡量我，我們把技術(shù)做到極限那是好事。后來，幾年之內(nèi)我們就把第1輛汽油轉(zhuǎn)化制氫的燃料電池汽車造出來了。

有了這個(gè)技術(shù)做積累，甲醇制氫比汽油轉(zhuǎn)化容易很多，因?yàn)橐环矫婕状几蓛舻枚啵瑳]有硫；另一方面汽油轉(zhuǎn)化需要850度以上，甲醇和水反應(yīng)200多度就可以了。

為什么我提甲醇這條線路？甲醇可以從煤、天然氣來制，未來可以用太陽能制氫與CO2反應(yīng)制，或太陽能催化二氧化碳和水來制甲醇，就變成綠色的甲醇。中國科學(xué)院大連化物所的李燦院士以及我們南方科技大學(xué)都在做綠色甲醇的研發(fā)，中科院在蘭州已經(jīng)建設(shè)了1000噸的論證示范工廠?，F(xiàn)在中國甲醇產(chǎn)能全世界高，大概8000多萬噸。另外，頁巖氣革命讓世界發(fā)現(xiàn)了100多年用不完的天然氣。有100多年用不完的天然氣，就有100多年用不完的甲醇。未來如果碳稅真正上去了，我們也可以用風(fēng)能和太陽能制氫，這樣生產(chǎn)的甲醇就完全是綠色甲醇了。

但是這個(gè)世界不需要追求零碳，國際上常提的零碳排放通常是“近零（Near Zero）”和“凈零(Net Zero)”。講碳中和的時(shí)候一定要強(qiáng)調(diào)，就是這個(gè)世界碳太多不好，但是任何人追求零碳是不科學(xué)的，因?yàn)槲覀兂缘氖称?、植物生長和光合作用都需要二氧化碳。如果把中國的經(jīng)濟(jì)從煤經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)到天然氣經(jīng)濟(jì)或者是甲醇經(jīng)濟(jì)就可以減碳67%，那么基本上就可以做到碳平衡了。因此中國講的是“碳中和”，國外講的是“凈零排放”，也就是要排放碳的同時(shí)，有別的技術(shù)或者措施實(shí)現(xiàn)排放平衡到一定水平。

我個(gè)人覺得，從中國的天然能源稟賦和工業(yè)基礎(chǔ)來看，中國有很成熟的煤制甲醇技術(shù)，只是要產(chǎn)生很多的二氧化碳，因?yàn)橐a(bǔ)氫以達(dá)到甲醇合成所需要的碳?xì)浔?，然而通過水煤氣變換將一氧化碳轉(zhuǎn)化成氫氣的同時(shí)會(huì)排放二氧化碳。如果那部分的氫可以在西部用太陽能和風(fēng)能制，同時(shí)副產(chǎn)氧氣供煤氣化用，能夠解決很多排放問題；煤制甲醇的工廠里，空氣深冷分離制氧氣的空分裝置是投資比較大的，這塊投資未來省下來可以做太陽能電解水裝置生產(chǎn)氧氣和氫氣供煤制甲醇用，這樣煤轉(zhuǎn)成甲醇就不用排放二氧化碳，再用甲醇作為能源的載體就可以做到減碳60%以上，這可能是未來比較現(xiàn)實(shí)的一條碳中和路線。說穿了是利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施把太陽能以甲醇液體的形式儲(chǔ)存下來；這是未來風(fēng)能，太陽能儲(chǔ)能的另外一條途徑。

這樣風(fēng)能、太陽能雖然貴一點(diǎn)，但煤很便宜，這兩個(gè)一中和，成本就可控了。氫氣和二氧化碳做綠色甲醇目前還有一定的成本障礙，如今直接用現(xiàn)有的煤甚至劣質(zhì)煤制甲醇就可以了。甲醇是一個(gè)載體，液體的載體比氣和電載體科學(xué)多了。因?yàn)椋婋m然好輸送但是不好存儲(chǔ)，氫既不好輸送，也不好存儲(chǔ)，只有液體比較方便。

今天氫氣制造很便宜，可一旦壓縮到幾百公斤大氣壓的時(shí)候成本就上去了。張家口冬奧會(huì)做氫能示范，國家補(bǔ)貼了大量資金，并且目標(biāo)在未來幾年達(dá)到30元/kg的氫氣價(jià)格。但是如果在車上用甲醇，就按今天的市場價(jià)格買甲醇，每公斤氫氣的成本只有15元。

所以一方面是甲醇制氫的成本低了；另一方面，甲醇常溫常壓下是液體，甲醇站可以用已有的液體加油站改裝。對(duì)于一般的加油站，近年可能是6個(gè)罐，前期替換成1個(gè)甲醇罐、5個(gè)汽柴油罐，再過十年，替換成2個(gè)甲醇罐，4個(gè)汽油罐。這樣整個(gè)能源轉(zhuǎn)型就不需要再花多少萬億去建加氫站和充電樁了。

簡單估算一下布局成本，按照加油站450輛車/天的加注能力，充電站24輛車/天充電能力，小型氫氣加注30輛車/天的能力來測算，假設(shè)都建一萬座，甲醇大約需要20億美元，充電站大約需要830億美元，加氫站大約1.4萬億美元，而且這個(gè)1.4萬億還沒有考慮地價(jià)的因素。

我不認(rèn)為我們會(huì)把花了幾萬億建起來的液體燃料基礎(chǔ)設(shè)施毀掉再重新建加氫站和充電樁，沒有必要。石油如果排碳太高，可以用綠色的液體取代，而且我們可以把太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)成液體儲(chǔ)存下來，這就改變了儲(chǔ)能的概念，原來大家多少年花了多少萬億就是研究儲(chǔ)電，但是儲(chǔ)電干了一百年都干不過一個(gè)抽水儲(chǔ)電，這條線上再給十億的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，成功的概率也就是萬分之十、千分之一。

電池對(duì)小型設(shè)備比如說手機(jī)非常重要，但是靠電池做大型的儲(chǔ)能要非常謹(jǐn)慎。最近國家也非常注意，把梯級(jí)利用的大電站停下來了，因?yàn)榘踩允且粋€(gè)問題。

電動(dòng)車和燃料電池的問題在于基礎(chǔ)設(shè)施的土地成本問題和冬天續(xù)航問題。現(xiàn)在我們城市里土地很貴，好多人為了拿國家補(bǔ)貼就在郊外搞一個(gè)充電站，但是買一輛車如果開車來回一個(gè)小時(shí)才能到充電站或加氫站，你會(huì)買嗎？現(xiàn)在，我國已建成的公共充電樁利用率平均只有4%左右，其中充電樁鋪設(shè)最多的北京、上海，使用率僅為1.8%、1.5%。電動(dòng)車存在里程焦慮且冬天無法滿足供暖，到冬天一遇冷可能會(huì)趴窩，要知道全世界80%主要發(fā)達(dá)城市位于北緯25度以上，紐約、倫敦、巴黎、莫斯科、東京、北京、多倫多，這些城市都是有冬天的地方，如果一輛汽車只能夏天開冬天開不了，你會(huì)買嗎？原來我在北京，為了研究這個(gè)，專門找電動(dòng)出租車坐，上車后我發(fā)現(xiàn)司機(jī)大冬天穿著軍大衣、棉靴子，不敢開暖氣。我說把暖氣打開，司機(jī)說他不敢。因?yàn)椴婚_暖氣，只能跑100多公里，如果開了暖氣，馬上就沒電了，他根本賺不了錢。

如果風(fēng)能、太陽能和煤炭結(jié)合轉(zhuǎn)成甲醇，我車上永遠(yuǎn)裝50升的甲醇就好辦了。今天，在深圳買一個(gè)電動(dòng)車，連廣州都不敢跑一趟。跑到那里沒電了不知道到哪充，即使能找到充電樁，可能也要等一個(gè)小時(shí)，而快充對(duì)電池的破壞很大。怎么辦？我們現(xiàn)在想辦法給電動(dòng)車賦能。反正晚上回家停車，你在停車位邊安一個(gè)比較小的慢充裝置，幾百塊錢就行了。你把它充滿，但是車上永遠(yuǎn)裝50L的甲醇，就相當(dāng)于你晚上睡覺把手機(jī)充滿，同時(shí)還帶了一個(gè)充電寶。沒電的時(shí)候，就可以用車上的甲醇和水制氫，用氫發(fā)電。這樣根本不需要再建那么多充電站和加氫站，而且甲醇和水反應(yīng)只需要200多度，它的余熱就可以把電池維持在一定的溫度，也解決電動(dòng)車冬天的續(xù)航里程問題。

霧霾的元兇在哪里？

還有一個(gè)碳中和的路線，是跟霧霾相關(guān)的。

這些年，我一直在研究霧霾。我對(duì)霧霾有親身體會(huì)。如果一直在北京生活我們可能感覺不到，但我家在南加州，早些年回國后，每次從洛杉磯到北京以后，那種強(qiáng)烈的對(duì)比讓我覺得一定要把中國的霧霾給治理好。

霧霾包括一次顆粒和二次顆粒。化石燃料如柴油燃燒時(shí)尾氣中直接排放的顆粒是“一次顆粒（Primary Particulates）”，占霧霾總量的24%左右。對(duì)霧霾貢獻(xiàn)比較大的是“二次顆粒(Secondary Particulates)”占到其總量的約50%左右。“二次顆?！笔腔剂先紵矚庵械臍鈶B(tài)污染物（如NOx、SOx）和揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）進(jìn)入大氣后，在一定的水霧狀態(tài)下與空氣中的氨及VOC等物質(zhì)發(fā)生氣溶膠反應(yīng)形成的顆粒。氮氧化物在天空遇水就變成硝酸，硫氧化物氧化遇水就是硫酸。如果我們不使用化肥就只能形成酸雨形不成霧霾。然而大量使用化肥向大氣中釋放了一定規(guī)模的氨，氨在大氣中呈堿性，酸堿中和生成硝酸銨鹽、硫酸銨等固體細(xì)顆粒，這些細(xì)顆粒才是PM2.5的主要來源。頭發(fā)絲大概是70微米左右，肉眼的分辨率在60微米左右，一個(gè)PM2.5的顆粒是看不見摸不著的，但是當(dāng)無數(shù)個(gè)PM2.5懸浮在天空中就可以遮天蔽日。

這兩年國家在脫硫脫硝上花了上萬億，取得非常大的進(jìn)展，但是到冬天還有霧霾，一個(gè)重要因素是使用化肥以及氨排放沒有得到足夠的重視?；实呐欧啪褪前钡呐欧拧?/span>

化肥有它的問題和弊性，它使用一年、兩年、三年、五年沒問題，但是用了三十年、五十年以后，問題來了。早些年硝酸銨、磷酸銨強(qiáng)酸弱堿，氨被吸收，酸留到土壤里面，引起土地酸化，把土壤中的細(xì)菌殺死，引起大面積的土地板結(jié)。

另外，用了化肥三十年、五十年后的土壤長出來的蔬菜看著個(gè)大皮厚，但吃著沒有味道了。什么原因？因?yàn)闆Q定食品營養(yǎng)和味道的是生長作物的半米左右深的土壤中微量元素和礦物質(zhì)的含量。土壤中有很多礦物質(zhì)不溶于水，但是一遇到酸，會(huì)發(fā)生酸浸，浸三五十年以后，當(dāng)半米深的土壤中這些微量的礦物質(zhì)都沒有了的時(shí)候，食品不可能不變。

對(duì)比1960年的玉米和2013年的玉米情況。1960年是純粹自然生長的，2013年的是化肥催大的，看著個(gè)大飽滿，但是每100克里面鈣含量下降了78%。人類大量使用化肥和農(nóng)藥，導(dǎo)致土壤中的微量元素不斷下降，并伴隨著哮喘、心臟病、癌癥等疾病的增加。

中國自1978年改革開放之后，開始大量開始使用化肥，到大概2011年化肥產(chǎn)能接近峰值。這期間全中國糧食增產(chǎn)了87%，但化肥使用量增加到682%。每噸糧食產(chǎn)量需要0.1噸的化肥。2017年全國農(nóng)作物總播種面積1.6億公頃，平均化肥施用強(qiáng)度為352公斤/公頃，福建、海南、北京、廣東等省市分別為751、724、707、611公斤/公頃；而國際警戒線值為225公斤/公頃（世界平均水平為120公斤/公頃）。

其實(shí)隨經(jīng)數(shù)百萬至數(shù)千萬年，物質(zhì)不滅，土壤中寶貴的微量元素及礦物質(zhì)是以煤炭的形式保留至今的。煤炭中可燃的部分，基本都是通過光合作用二氧化碳形成的；不可燃的部分從哪里來的？就是遠(yuǎn)古時(shí)期樹根吸收的寶貴的礦物質(zhì)、微量元素。但這些東西不能用火燒掉，一千多度以后它們就形成了玻璃狀的琉璃瓦。