金涌院士:碳达峰、碳中和与汽车产业

2022世界智能网联汽车大会于9月16日-19日在北京中国国际展览中心(新馆)举办。大会已成功召开四届,由北京市人民政府、工业和信息化部、公安部、交通运输部、中国科学技术协会共同主办。本届大会以“智能加速度 网联新生态”为主题,将集中呈现1场开幕式暨主论坛、7场主题峰会、6个特色专场、2场闭门会、1场实地调研活动。
在17日下午举办的顺义专场二:“开放创新赋能智能网联汽车产业”上中国工程院院士金涌做专题报告,题目是“碳达峰、碳中和与汽车产业”。
金涌院士:碳达峰、碳中和与汽车产业
以下为演讲内容:
各位领导、各位专家,下午好!我跟大家分享的题目是碳中和、碳达峰和汽车产业。我们已经承诺要在2060年实现碳中和,实际现在已经有130多个国家承诺了,而且这些国家在全球二氧化碳排放占到73%,GDP占到70%以上,这是大势所趋。
习主席对碳达峰、碳中和的认知,说这是一场深刻的经济社会系统变革,要纳入到生态文明总体布局中去,碳中和绝对不只是一个气候问题,也不是一个能源的问题,牵扯到中国发展的全局。二氧化碳的排放我们人类地底下含二氧化碳矿石搬到天上去了,以至于大气的二氧化碳浓度逐渐增加。我们要实现碳中和的过程,绝对不能以放慢经济为代价,同时要提高我们的发展,我们到了2050年,我们的经济应该达到发达国家水平,也就是人均GDP要从现在12000美元提高到40000美元,也就是GDP要翻两番以上。所以碳中和是给中国经济增长和转型的巨大驱动力,成为研究科技开发投资生产消费,所有各个领域里比较要以这个为依据。
交通在能源利用里,大部分占15%以上,所以碳中和对交通来讲也是重要的方向。我们的燃油车现在也算进步,燃油车第一是要污染治理,然后是尾气的治理。现在做一种含氧化合物添加到柴油里,就可以使柴油的污染基本为零,它跟甲醇的成本差不多,这样就可以减少我们的污染。
同时我们要使用清洁绿色燃料,英国人以秸秆气化合成做煤,美国人是用地沟油和菜籽油做合成,中国一个是有一氧化碳发酵做酒精,现在我们已经建了两个厂,再一个是用二氧化碳+氢气做横煤(音),燃料车的清洁化和绿色化。
国家对于乙醇的需求是很大的,美国有4000万吨,我们没有那么多粮食可以做酒精。我们现在和首钢利用一氧化碳可以发酵做酒精。酒精的生产一般用粮食,可是这个不用粮食,用一氧化碳就可以了。
中国现在的碳中和主要是实现一个新的能源体系,也就是不再烧化石煤炭和石油来发电,要打造零二氧化碳排放的电力系统。中国现在的技术,在可再生能源上我们处于领先地位,我们现在用光伏来发电,成本已经降到了0.6美分,火电成本是0.5美分,而且完全有希望做的更好。我们出口到阿拉伯和沙特的光伏电站,他们的光比较丰富,它的售价是1.04美分,也就是说光伏发电无论从成本上、从技术上已经完全可以替代火力发电,我们可以打造一个完全没有二氧化碳的电力系统。
这样做的话,我们汽车正好要换道超车,我们不再燃油,我们做电动车,我们在中国换道的过程中,中国抢了一个先机。汽车产业是非常重要的,我们常说美元和石油挂钩,石油就是开汽车。美国从50年代开始就被称作是建在轮子上的国家,汽车对于他们50年的腾飞,经济发展起了非常大的作用,而新的电动车出现,使我们有一个新的机会占先机。我们觉得这是中国做的非常好的。
首先美国人因为有石油霸权,所以它电动车的冲动没有那么好,主要是欧盟的欧洲国家和中国特别感兴趣,我们发展的非常快,而且主要走的是锂电池车。日本也很感兴趣,它开发的车主要氢燃料电池,氢燃料电池被证实有一定的局限性。所以中国现在正好冲在先驱,加入该停留在燃油车上,我们国家可能很长一段时间处在二级市场。
新能源汽车2020年的量非常大,我们风电占到世界的38%,前10个风电系统有7家是中国的,芯片、光伏电池、硅片的产能占到世界的97%,光伏电池组件占到世界的71%。所以我们打造了一个非常前沿的可再生能源,就是光和风发电。所以下一步我们就要汽车电动化,这个是实现碳中和比较要做的,所以我们走电动车是大势所趋。
我们的全球竞争能力,从产量来讲我们是全球第一,而且我们形成了完整的汽车产业链,从原料、部分零件、整车电机、电控、电池等各个方面我们都有自己的技术,当然还需要进步,我们有了很扎实的基础。新能源汽车产量占世界的1/2,在电池、电机、电控等方面都有了扎实的基础。我们早就布局了电动车所需要的原料。
过去美元和石油挂钩,石油是整个的动力,我们现在要抢占这些金属,有色金属是控制将来汽车发展的关键,我们正在布局。现在我们生产了70%的正极材料,85%的负极材料和75%的锂电池产能。我们清华大学化工系主要在这方面,在电池上面,电池是个化工产品,清华大学跟企业合作,我们提供了做正负极最前沿的材料。立体的三维纳米碳材料和泡沫铝,两个结合做成了世界最前沿的锂电池的正负极材料和薄膜,为了我们锂电池能够完全解决长距离、短时间收电以及安全的问题,所以锂电池的发展给我们提供了很好的发展电动车的动力。
我们2020年发展还是非常快的,新能源汽车增长率是300%,整个汽车的出口量占世界第三位,新能源车我们是第一位,2021年新能源汽车保有量已经达到了780万辆,这个在全世界也是领先的,燃料电池车现在有一个认知,电动车有两个方向,两个动力来源,一个是用锂电池储电,一个是用氢燃料电池。储电是电的银行,送进多少可以拿出多少,而氢燃料电池是通过氢的燃烧产电,本身氢就不是一个最好的二次能源,二次能源最好是电,氢本身有运输、储存和安全的问题,锂电池就没有这些问题。
假如我们从电解水制氢是绿氢,从电网拿出电来制氢,能源转换效率,多少电能能变成氢?现在是30%-40%,最后发展也不会超过60%。这个氢气跑到氢燃料电池里面在汽车里能产生多少点?这个转化率现在是50%-60%,从电网上的电变成汽车上的电,就剩下了36%,也就是没有用,你的电能就消耗了60%多,所以在能源转换效率上是有缺陷的。它只适合于重车、远洋轮船等长期不充电的情况下。
所以氢气是原料,现在我们国家氢气产量是3700万吨,是用来做合成氨化学原料的,这些氢都是用煤做的,要用电解水做,虽然很清洁,到现在为止二氧化碳排放没有,但是价格要成倍的增加,所以中国现在制氢技术80%是煤,剩下的就是天然气占一部分,最少就是电解水,电解水制氢现在还不成熟,主要是价钱高。
我们氢燃料电池车主要在重卡,重卡有它独特的优势,因为它需要电能大,而且电池重量太重了,如果那么做的话,还是氢燃料电池比较合适。未来的世界能源集中的解决方案,就是光伏、风电加上储电、电网,打造一个智能电网,这样就解决了世界的能源问题。所以汽车的电动化是大势所趋。
电动车还有一个很重要的问题,就是每辆车的储电能力一般在60千瓦到100千瓦左右,假如我们将来发展到上亿辆锂电池车,我们有很大的储电要求。电网是很难承受光伏、风伏这种不稳定的电源,因为一阵风来了就发电,没有风就停了,甚至一块云一过,光伏电池的发电量就变少了。为了使电网平衡,就需要很大的储电能力。
假如我们发展到电动车,锂电池的车发展的很好,有千万辆或者亿辆车,而且通过换电池的方法来更新电池,这些电池就可以在夜里,使低电价,高峰期的价格和夜晚的定价差的很远,这样就可以赚这个电价,更重要的是使国家少建设很多充电站、储电站,可以由很方法储电。
利用锂电池车的储电能力是非常有战略价值的,可以大幅度降低电价的成本。国外现在还是利用电装跟分布式电网联合。中国电的调峰能力很差的,因为中国所有的发电厂都是燃煤电场,燃煤锅炉是不能想停就停想开就开,所以中国电场调峰的能力大概在4%左右。而欧洲国家的电场,因为他们烧的天然气,所以它开关灵活,它的电场调峰能力可以到40%,就可以减少很多的储电厂建设,可以完全用我们电池来补足,打造一个新的电网,这个电网就是充电的电网,我们的投资可以大幅度下降。
还有一个汽车发展方向就是轻量化,我们提供最新的特种塑料,它轻而且结实,整个车的重量有所降低,塑料、橡胶、合金、铝合金、钛合金、碳纤维,这些材料使整车变得非常轻了以后就可以节能,所以化学工业在汽车行业里关系是密切的,一个是整车打造的材料,再一个是新的电池,就是锂电池。所以化工可以给汽车行业做出贡献。新的特种材料有很多,现在中国有所突破,都可以用新材料打造更轻更好的材料,这是我们化工的事。
今天大家讨论的,在数字经济时代,汽车将来发展的方向,另外一个方向就是自动驾驶,加入道路上到处都是自动驾驶的车,你有必要再买一辆吗?没有必要了,想走的话手机一打自动驾驶的车就来了,我就不需要买一个车放在车库里,我一天开车上班下班只用两个钟头,22个钟头都放在车库里,将来自动驾驶的车出来以后,可以大大减少资源的消耗,大大减少私家车的存量和停车位,这个自动驾驶是电动车完全可以做到的。
还有一个问题,大量的使用以后,汽车使用是有年限的,退伍的汽车怎么把它的材料再重新制造,就是循环经济,资源要循环利用,整车到期以后可以完全再制造,使它所有的材料可以重新被利用。我们曾经跟中国最大的材料企业合作,就是格林美,格林美是拆车重新再生的很大企业。过去有一个情况,我买一个车,4S店跟我说有没有旧车,有的话可以折价,没有的话可以给你一辆,然后就可以降价了。
结果这个车并不拆,它卖给第二个客人,我们用了一个技术,就是GPS系统,我们可以把这个车做一个记号以后,监事报废车的流向,在哪拆,什么时候拆,都可以监测,防止旧车不拆解而套用的问题。
所以汽车退伍以后,将来制约我们汽车发展的就是这些技术。锂、钴、镍、钕,将来这些东西是我们国家发展的命脉,能够保持存量。所以我们国家要不断把汽车可用的零件拆下来,我们叫再制造技术,所有这些可再生的化学品完全可以利用,这个量是非常大的。
总的来讲,我们现在已经进行到解决中国资源问题、能源问题的时代,我们现在用可再生能源代替大量的石油进口,我们的石油进口量是73%,我们以后就不需要进口这么多汽油,我们开车不用油。所以碳中和的到来标志着中国四个时代的变化,第一就是工业化时代要被信息化时代,高附加所代替,我们的能源是可再生能源,像光能、风能代替化石能源。
煤、油、气不再烧了,但是还是需要的,因为有碳。对于人来讲最需要的就是两个元素,就是碳和氢元素,我们化学界重新安排怎么使我们的碳元素和氢元素能够更合理的长期应用,就是从燃料变成材料,把它保存在材料里不断的重复使用,将来还有资源循环利用的时代。这四个时代到来以后,中国实现了碳中和和循环经济的高速发展,中国人再不受国外资源和能源的制约,中国的发展会完全走上康庄大道,永续的发展。谢谢大家。
(速记未经本人审核,仅供参考)

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