CTO教育思想库 | 刘科：能源转型与碳中和

编者按

华东师大上海国际首席技术官学院CTO教育思想库系列，汇集学院教授、导师和特邀嘉宾的演讲、讲课或发表的文章，以原创思想成果与广大学员和社会公众分享。这些知识和思想成果多方位、跨领域，体现学院确立的人才培养理念，即将科技与管理结合、技术与商业化整合、“科学家精神”与“企业家精神”融合。

今天我们编发澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学化学系讲席教授、创新创业学院院长及清洁能源研究院院长刘科的思想。刘院士于2022年7月17日在我院“院士大讲堂”第四讲上发表了“能源转型与碳中和”的演讲。以下为演讲内容精编。

01

能源转型和碳中和的近代发展背景

今天我想给大家科普和分享一下能源转型和碳中和的一些知识。能源可以用来解决两个问题，第一是发电技术、第二是交通运输。那么随着时代的进步，新能源进入人们的视野，就有了碳中和的话题。经过大家共同的努力，经过中国前几十年的发展，风能和太阳能的价格终于降下来了。我们探讨碳中和的实现，最核心的问题是什么？就是有关可再生能源的利用。大自然是不可预测的，去年拉闸限电之后，欧洲的天然气价格暴涨，整个欧洲的气候突然变得很奇怪，主要是在降雨方面，北半球也有同样奇特的情况。中国的水电厂主要是建在南方，结果去年在北方那些平时不下雨的地方，像郑州、太原、西安这些地方一直下雨。但是南方有水电的地方不下雨，那么水电方面的资源自然就很少。

02

碳中和以及能源问题的严峻现实

欧洲前两年把火电厂关了，福岛核电站事故以后又把核电厂关了，那么唯一就只能靠天然气，所以去年欧洲的天然气价格暴涨八倍。这就是可再生能源，尽管这种能源清洁，但使用情况是完全不可预测的。你没法预测什么时候突然出现两个礼拜的阴雨天，这样太阳能就没了，并且现实是资源的数量本身就很少。举个例子说：全世界一年的电池产能满足不了东京电脑一天的电量使用，所以就要实现碳中和，解决储能问题。

首先我们要靠增加能源的能效来实现碳中和，增加能效永远是碳中和最低成本的路径之一。降低排放、节能减排是永恒的主题，前20年中国的能效提高了很多，但其实这个时期中国的碳排放反而是增加的。能源是一个非常巨大的产业。首先是在碳排放量的方面，每一个人其实都有责任；其次能源体量是巨大的，其他任何产业的消耗量都没有能源的量大。

接下来我用一些数据直观地描述一下中国能源消耗的总量，中国从1840年鸦片战争到2001年期间100多年的煤耗量只有十三亿吨。但是从2001年开始，短短十年多一点的时间，到了2011年中国的煤能源消耗量30亿，到2014年整个中国的煤耗量到了38亿吨。2001年发生了什么让中国爬升出一个曲线，前100年的发展是很平缓的，结果突然之间发展速度超了以往三倍。原因是2001年中国加入WTO，世界市场向中国开放，中国的企业家很快占领了世界市场，中国逐渐变成了世界工厂。所以我们在短短十年之内的工业化发展速度超过了前100年的三倍。

现在回头看，中国的经济从2001年开始突飞猛进，中国的经济是两头在外的经济，我们的进口出口的货物量都很庞大，在两头在外这样大进大出的过程中，迎来了中国经济的高速发展，现在因为种种国际形势，国内国际双循环受到了阻力。中央提出发展内循环，增加内需。但增加内需是个伪命题，增加内需，老百姓首先要有钱，有钱了之后才能谈增加内需的问题。中国的制造业像房地产或者基础设施建设，都需要耗钢筋、水泥和煤炭。我们现在房地产或者是钢筋水泥的基础设施建设占全部GDP的很大比重，对中国经济有非常好的促进作用。但是到今天，中国在人口只占20%的情况下，住房面积已经达到全世界的50%，人均住房面积已接近世界平均住房面积的天花板。

在碳中和这一方面，经过20年的努力，我们的风能、太阳能便宜了。今后20年，碳中和就是一个大的赛道。它不仅仅是个技术问题，而是整个中国未来30年经济转型的一个巨大赛道。那么我们说完了能效问题，就来讲一讲电在运输上的体现，电动车不是什么太新的东西。一百年前伦敦、巴黎大街上跑的电动车远远多于燃油车。铅酸电池的发明早于内燃机20多年，有了铅酸电池接一个电动机，上面再加一个盖子，这就是1912年爱迪生发明的电动车。但当时爱迪生亏得一塌糊涂，输给了福特，就是因为他预测错了电动车产业的发展。所以说预测能源产业的发展是极难的，目前我们也无法知道以后是燃油车的时代，还是电动车的时代。

03

能源载体的特点以及发展方向

首先，液体是人类最好的能源载体。这张图（见PPT截图）很清楚地体现出来，假设你的油箱都是一立方米，不同能源能够有多少能量？天然气每立方米是10千瓦时，铅酸电池只有90千瓦时。人类花了上百年研发到今天最好的电池，每立方米大概也就是300到500千瓦时。但是液体的数值就比电池高出很多，电池的能量甚至不足液体能源的零头，这也就是说液体的能量密度很高。液体有个最大的好处，比如说只要把运输管道一接，不要人工只需要接管子就能把液体能源输入到船体中，不需要人工。

在电动车的话题上，还有一个就是电池回收的问题，谁去回收电池是需要研究讨论的，这也要花费国家一大笔钱。因为如果不回收的话，几百万个剧毒的电池分布在中国大地，就会导致镍等重金属污染土壤，最后污染地下水。所以电动车要发展，电池回收技术就一定要同步发展。所以我现在非常支持电池的回收技术研发，因为如果不将电池回收，将来我们每个人都会为此事买单。

总而言之，我认为目前人类已经证明了两个最有效、最好的载体，一个是电，一个是液体。电的缺点在于，如果不用，就会浪费，并且储电很难。而液体有一些好处，比如跨海输送，并且可以长期储存。再说回电动车的问题，大家现在不要搞重电动，如果是重电动，那么要追求600公里的续航里程，就要把电池做得很大，电池大意味着耗的材料多，电池就变得越来越贵。而且如果是重电动，那要求必须有快充。而快充也有一些缺点，第一是占地面积大；第二是快充不可能接到老旧小区里；第三是对电网的冲击也很大；第四是对电池的破坏性很大。基于以上所说的，就出现了混合动力汽车。混合动力汽车有一些好处：冬天你可以用甲醇发电机的余热保证电池永远在最佳温度下，让冬天电动车的问题得到解决，快充站的问题也可以得到解决，同时基础设施投资很小，快充充电桩在加油站里改造就可以了，不需要单独扩充土地，所以成本是非常合适的。所以这是今后碳融合的未来趋势，可能是整个人类社会能源环境的一次转型。

最后回到我们CTO学院的主题上，我觉得真正最后能够使能源发展链接在一起的，一定是既懂技术、又懂管理的企业家，尤其是未来懂高科技的企业家。因此，我认为既懂技术运用、又懂管理的企业家就是产业转型的未来。

嘉宾简介

刘科

澳大利亚国家工程院外籍院士，现任南方科技大学化学系讲席教授、创新创业学院院长及清洁能源研究院院长，并任中国与全球化智库(CCG)常务理事、副主任及深圳分会会长，欧美同学会 2005 委员会常务理事及粤港分会会长，卡内基-清华中心理事。曾任通用电气全球研发中心首席科学家，加州理工能源中心董事，在 Exxon-Mobil 及 UTC 等著名跨国公司供职多年。回国后任北京低碳清洁能源研究所副所长兼首席技术官（CTO），神华研究院副院长，北京海外高层次人才协会副会长。当选 2015 年度中国留学人员创新创业 50 人，2013 年获国际匹兹堡煤炭转化创新年度奖，2006 年获全美绿宝石特别科学奖。

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