刘科：液体是最佳的能源载体

一升石油从休斯敦运到深圳的成本不到7分钱，这就是为什么世界上任何一个角落都能开车的最根本第一性原理。

演讲：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

整理：中外管理传媒 王爽

12月19日，第六届“中国造隐形冠军”长青恳谈会在重庆璧山成功举办。

本届大会以“凝聚中国隐形冠军，激荡人工智能时代”为主题，由中外管理传媒主办，重庆市璧山区人民政府协办，璧山高新技术产业开发区管理委员会、重庆璧山现代服务业发展区管理委员会承办，北京盛世紫云文化传播有限公司执行，重庆绿发实业集团有限公司冠名支持。本届大会通过多个平台进行了同步视频直播，吸引了超过一百万名观众在线观看。

大会上，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围绕“打造适合中国国情的绿色甲醇国家标准”这一主题发表了精彩演讲。

以下为演讲内容精编：

什么支撑美国经济飞速发展？

大到一个国家，小到一个城市，再到一家企业，竞争力无非就是两点：第一，质优价廉，性价比高。

中国改革开放40年来，主要靠性价比获得发展。但是历史发展到今天，我们不可能再继续靠性价比获胜了。比如中国的深圳，现在土地成本、人工成本等方面的成本上升，导致深圳已经没法靠性价比来赢得竞争了。

现在的竞争力来自于第二点——做别人不能做到的事，这就是创新。

2008年，美国GDP低于欧洲GDP，但十几年后的今天，美国GDP反超欧洲GDP50%。美国靠什么支撑经济飞速发展？就是创新。美国七个高科技公司的市值加起来大于全世界任何一个国家的市值，其核心是创新。

经常有人说，美国牛是因为美军和美金。但他们把事情的因果搞反了，美金和美军是美国强大的结果，不是原因。事情的基本逻辑是美国首先有超强的创新能力，才产生了超强的经济能力，进而才有超高的信誉，有美金的全球影响力，最后才有超强的军事能力。

所以，中华民族复兴要提高我们国家的创新能力，隐形冠军成功也离不开创新能力。

能源转型的核心问题是储能

过去几十年中国经济发展主要靠大基建，但现在中国的基础设施已经足够多了，不能再靠钢筋水泥支撑了。接下来要用什么来填补由于大基建下滑带来的经济下滑呢？互联网、生命医药等行业都非常重要，但是体量不够。唯一体量够的是什么？能源转型和碳中和。

日前，英伟达的创始人黄仁勋说了一句话，人工智能行业这两年缺芯片，三年以后缺什么？缺电。AI时代下，人类会需要大量的电，用电量会出现爆发式增长。未来，美国的用电量会是现在的2~3倍。

这个趋势在中国亦然，但中国不可能继续依靠煤发电了。因为在如今的发电量下，火电的污染已经让环境不堪重负。如果继续依靠煤发电，以实现发电量达到现在的2~3倍的目标，世界环境都是不可持续的。最终，我们需要用可再生能源。

可再生能源中，核电是一个很好的选项。但是核电有一个最大的问题——每千瓦的投资太高。尤其是福岛核电站出事以后，随着安全系数的增加，建设成本指数级上升。所以，在可见的未来，核电不会成为主流的选项。

目前依靠风能、太阳能发电确实成本可控，但两种方式都有缺陷。

依靠太阳能每年发电小时数因地而异，大约在1100小时到2000多小时，能够超过2000多小时的区域不多，全国平均发电小时数大约在1450—1750小时左右；风电每年发电的时间比太阳能略微长一点，全中国平均大约2200小时左右。但两者均存在无法稳定供电，随机性、波动性大的问题。

能源转型的核心问题仍在于储能，不仅要短期储能，还要长时储能技术。

手机、电脑、电动车的储能可以用电池，但是对大电网来说，用电池储电就不现实了。这就相当于，长江洪峰来了，你拿一堆大塑料桶装水。尽管塑料桶你可以做得很大很多，但解决不了问题。而且，电池储电的时间一般只有2小时到4个小时，晚上太阳落山后用电池都撑不到天亮，更何况遇到两个星期的连雨天怎么办？

液体是最佳的能源载体

最近新能源汽车沸沸扬扬，中国关于电动车和燃油车一直有一些争论。其实，110年前纽约、伦敦、巴黎大街上跑的电动车远远多于燃油车。因为铅酸电池早于内燃机发明20多年，铅酸电池加电动机，就是1912年爱迪生的电动车。

电动车先出现，但历史最后走到了燃油车一边，这是为什么？因为液体是最佳的能源载体。

第一，液体的能量密度最大。对于汽车、轮船来讲，油箱不能无穷大，因此能量密度越大越好。假设油箱是一立方米，不同能源能有多少能量密度？每立方米氢气只有3.2千瓦时；天然气每立方米10千瓦时；铅酸电池每立方米90千瓦时；甲醇是每立方米4300千瓦时；汽油是每立方米8600千瓦时。

人类1859年就发明了铅酸电池，然后花了一百多年的时间，上万亿的研发经费，无数科学家倾其一生，才有今天的锂离子电池；尤其是中国科学家工程师推动的磷酸铁锂刀片电池目前在性价比及安全性上得到电动车公司的青睐，但其重量能量密度也才190wh/kg。重量一称，数字比较准确；体积各厂家有不同的算法，数据不太统一，但刀片电池的体积能量密度也只有每立方米400千瓦时；但常温常压下液体的甲醇的体积能量密度是4300千瓦时/m3，而汽油却高达8600千瓦时/m3。所以，电池研究了上百年，其体积能量密度还是液体的零头，电池领域的任何一个突破都不是容易的事。历史上，人类选择液体就是因为液体的能量密度最大，即使电池已经研发了100多年，也没有改变这个现象。

第二，液体能源运输便捷，在大陆上可以用管路输送，海上可以选择非常便宜的跨海输送。举个例子，一条30万吨的大油轮，从休斯敦运石油到深圳，可以装近～4亿升油，如果每升1毛钱，就～4000万，而跑一趟的油费大概1700万。因此用大船拉液体，从任何一个码头到另外一个码头折合每升汽油不到7分钱的成本。这就是为什么世界上的石油产地就那么几个，但世界任何一个角落都能开车的最根本第一性原理。因为不管在哪找到石油，一条管道输到最近的码头，就能实现便捷又便宜的运输。管路输送是7天24小时连续，从大陆上一个点到另外一个点，输送成本每升1分钱。

另外历史选择了燃油车，还因为燃油车的生产成本更低。

造一台内燃机很贵，但是一旦图纸定型后，流水线生产就可以很便宜。1913年，福特发明了流水线后，当时的轿车从每台4100美元降到了360美元，降了1/10。最主要的原因是原材料便宜了，而且造得越多越便宜。今天流水线上造七人座的汽车，一台内燃机成本只要1万块人民币，小车的成本只有5千块人民币。

但电池不同。制造电池的原材料锂、钴、镍稀缺成本高，我国80%以上的钴，70%以上的锂、镍资源都依赖进口。2018年，碳酸锂4万多人民币一吨，1年多前曾狂飙到最高65万人民币一吨。原材料涨了15倍，但车价不升反降，这是导致中国绝大多数的电动车品牌亏钱的原因之一。

而且，电动车的电池处理也是一个非常麻烦的问题。

2023年欧洲颁布《欧盟电池和废电池法规》，规定从2025年起，将逐步推行回收效率、材料回收及循环目标，所有收集的废电池都必须回收利用，且必须实现高水平的回收，特别是钴、锂和镍等关键原材料。这个法案意味着，欧洲欢迎向欧洲出口电动车，但是电池保质期8年到期之后，谁出口谁负责把电池拉回去回收。如果电池回收挣钱，欧洲回收完这些金属再高价卖回电池生产商，何乐而不为？然而电池一方面要建立全社会的回收系统需要时间，另外目前回收的利润不高，欧洲人不愿意干。

最近，我一直在呼吁要关注电池回收。每台电动车的电池重600～800公斤，将来汽车报废，电池散落到全中国大地，怎么解决？如果回收，这笔钱谁来出？如果不回收，这些剧毒的电池在风吹雨淋之后，先污染土壤，再污染地下水，那将是环境的灾难。

我认为，现在就是亏钱也得回收，而且一定要把电池回收的技术攻下来，还要把电池回收的社会体系建立起来。否则，电池不回收，就会造成环境的二次污染。

氢能是人类终极能源吗？

2018年，时任总理李克强先生访问丰田参观其燃料电池汽车，网上疯炒燃料电池，很多人说“氢能是人类终极的能源”，因为氢能效率高、污染少。但美国、日本、欧洲在氢能源方面已经花了几千亿美金进行研究，直到现在也没有产业化。我一直认为液体是最佳的能源载体，气体尤其是氢气不适合于做人类大众使用的能源载体。

氢气是元素周期表中最小的分子，体积能量密度最小，为了增加能量密度，不得不给氢气加压，但这会增加氢气的泄漏风险。氢气在露天使用问题不大，但在地下车库这样的封闭空间使用就有很大风险。氢气是爆炸范围最宽的气体（4%～74%），一旦氢气浓度达到这个范围，非常容易点燃。如果在露天环境，氢能汽车发生泄漏，会有一条火龙冲上天。如果在停车场等封闭空间中发生泄漏，氢气遇火星就会爆炸，而且一点燃谁都跑不了。所以，加氢站需要有一定的安全距离。但现在北上广深的地价高企，加氢站需要的安全距离，除非有政府补贴，否则靠卖氢很多年连地价都赚不回来。

燃料电池是好技术，但是靠纯粹的高压氢气瓶储运氢是非常不经济的。

氢能在中国是怎么热起来的？因为中国已经建设了非常多的风能、太阳能设施，导致风能、太阳能产能过剩，但这些过剩的电无法放上电网，只能白白浪费。如何解决这些过剩又无处可去的电力问题？有人提议：用电解水制氢，然后把氢运到东部，以代替进口石油。

这带来一个新的问题，西部制的氢气怎么运到东部的北上广深？

未来，最终可能要修氢管线，但是氢管线耗资巨大，一公里的建设成本高达600万人民币。即使花血本建成氢管线，运送到东部城市的氢气必须在一两个小时之内用完，如果用不完再大的罐都储不下。

而在管线没有建成之前，只能靠高压钢瓶罐车拉氢气。这种高压钢瓶罐车空车重达49吨，但每车只能运350公斤氢气，而且到目的地也只能卸250公斤，因为要留下100公斤维护罐车的压力平衡。这样，路上消耗的柴油能量比运输的氢气能量还多。所以，完全靠高压钢瓶运输氢能没有前途，在一些局部露天空间里可以，但不可能大规模推广。

打造中国特色的绿色甲醇标准

中国是产煤大国这一点毋庸置疑，我国煤炭储存量放眼世界来看也是非常大的，中国的好煤主要集中在鄂尔多斯，榆林及吕梁等能源金三角，但劣质煤全国到处都有，可供开采几百年。

现在中国已经有了非常成熟的煤制甲醇技术，贵阳的2万台甲醇汽车已经安全运行了十几年。现在，甲醇加注的价格只有柴油价格的一半左右。而且，甲醇车的氮氧化物，硫氧化物，颗粒、一氧化碳排放量与柴油车相比都大大下降。

更重要的是，现有的加油站改甲醇站非常容易，贵阳现在已经有80座加油站可以加甲醇。甲醇的基础设施转化也可以渐进式增加。例如，一个加油站现在地底下有6个桶或者8个桶，一开始只将一个桶变为甲醇，其他继续提供汽油、柴油。5年之后，可能改为两个桶装甲醇。只要把桶、涂料、垫圈一换就可以了。人类不可能在短期内把已经建成的几十万亿的汽油加油设施扔掉，再重新建快充站和加氢站，既不现实也不科学。

而且，甲醇的使用成本非常低。去年，全世界第一辆甲醇和电的混合动力汽车下线，每年比油车大概能省近4万人民币。在新疆，加注一升甲醇只要1.7元人民币，但一升柴油接近7元人民币。一辆重型卡车加甲醇比加柴油一年节省10万元人民币。

但是，一旦碳税开征以后，煤制甲醇就很难生存了。

其实，中国的太阳能、风能现在已经很便宜了，我们可以走一条新的路径：制造绿色甲醇。

简单来说就是，通过对生物质、城市垃圾和劣质煤进行气化，即控制氧气含量，控制温度，使之产生一氧化碳、氢气和二氧化碳，之后加入电解水制的氢，就可以做成适合国情而且有科学依据的绿色甲醇。如此一来，既可以把绿电，电解水制的绿氢和绿氧都利用起来，还可以利用中国便宜的各种碳源。

而且，中国的太阳能资源在西北，大量的劣质煤资源也在西北，制成的绿电能上网尽量上网，上不了网转成液体就可以输向全国。因为西北的海拔比较高，西气东输的管线已经建成，液体自动就可以流到北上广深。

白天开车，晚上发电。这就是把风能、太阳能以液体的形式储存下来的一种现代大规模储存方式。

现在国内没有绿色甲醇技术的标准，是按照欧洲标准在执行。但欧洲在环保方面走到了一个极端，要求一步走到全绿色。其中有两个问题：第一生物质不够，第二成本太高。

当然也可以一步就全部用生物质替换石油、煤炭，但是经济成本太贵。如果把劣质煤通过煤炭分离技术进行分层，上层的碳和太阳能、风能结合制甲醇；下层的矿物质，跟秸秆粉、菌剂结合变成最好的土壤改良剂，改良沙漠、板结土地、盐碱地，让更多的土地绿起来。通过这种方式减碳，尽管不是100%减碳，但是减碳约80%左右，而且成本可控。

而且，有一点很重要一点，二氧化碳太多不行，但人类也离不开二氧化碳。

其实，减碳无需一开始就追求100%，减碳的目的是实现地球的碳足迹平衡，而不是追求“零碳”。今天人们使用化石能源，一点都不减，但不能一步走向另外一个极端马上要减碳100%。我们要有清晰的头脑，循序渐进地提升产业链的各环节技术能力，根据积极可行性，逐步降低碳排放，有效地完成高碳排产业与低碳排产业的新旧动能转化。

绿色甲醇为低空经济破局

我支持电动车，但是我反对纯电动车。为什么反对纯电动车呢？因为纯电动车要保证600公里的续航，电池就需要600～800公斤重。其实，大多数人，一年可能只有春节回家的时候，需要600公里续航，但是天天得扛着600～800公斤的电池来回跑，这是对能源的浪费。

如果把电池做到只维持每天上下班，续航里程只有120公里，这车就没人买了，怎么办？其实，在车里装上“甲醇桶”和一个小型的“甲醇增程器”，进行稳态发电。平时上下班用电池开车，需要开长途的时候，提前把“甲醇桶”加满，边开车边给汽车充电，用慢充替代大容量电池。而且，这种慢充还有一个好处就是解决基础设施的问题。因为慢充可以分散到每家随处进行，而快充现在必须集中。现在标准的加电站一天服务450辆车，每辆车3分钟，大概占地面积是今天加油站的10倍。纯电动车还有一个问题就是，冬天电动车不工作。世界上75%的地方，像纽约、伦敦、巴黎、多隆、莫斯科、北京、东京、多伦多都是有冬天的地方。有了混合动力的话，甲醇发电的余热就可以让电和电池达到最佳温度。

所以，我一直认为，适合用电的用电，适合用液体的用液体，既不要用电去反对液体，也不要用液体去反对电，这才是未来科学的能源转型。

近期国内很多城市在打造万亿级的低空经济。但目前在我看来，如果没有革命性的动力系统，低空飞行器就是玩具。因为目前的飞行器只能飞半个小时，不可能支撑万亿级的经济。如果低空飞行器动力来源靠石油，污染又太重。

未来可以把低空飞行器的发动机做成甲醇发动机。因为甲醇的能量密度是电池的10倍，现在电池可以飞30分钟，甲醇就可以飞300分钟。5个小时的飞行时间，可以把低空经济要做的事情全涵盖进去，因为超过5个小时就要选择高空飞了，这样就解决了低空经济的动力问题。未来一套绿色甲醇的基础设施可供内燃机，醇电混动燃料电池三代汽车，加低空飞行器使用。

（根据演讲内容整理，经本人审阅）