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陈曦:逆向思维从空气中捕捉二氧化碳,能实现碳中和吗?
特别针对低浓度碳脱除非常有竞争力。只需要一个化工的设备,操作简单,占地面积小,比集中捕集的设备便宜一个数量级左右。
成本和二氧化碳的浓度密切相关,如果二氧化碳浓度比较低,1%的二氧化碳用富碳农业,运营成本基本是零,如果浓度比较高的话,我们运输二氧化碳的成本也要三四百一吨,这和电厂集中捕集二氧化碳的成本相当,而且电厂捕集还有非常昂贵的每吨每公里一百块的运输成本,我们这里没有运输成本。
空气捕集模块化示范系统。图片来源:观学院
我们捕集到二氧化碳之后,就可以将它应用。第一个大的应用点在富碳农业。植物光和作用所需浓度较低,如果把捕集的浓度过高的二氧化碳稀释完再给大棚植物用,无疑是巨大的浪费。
这个时候,把我们的新型材料放进大棚,当周围的空气比较干燥,它就会从中吸收二氧化碳。周围环境变到湿润的时候,它就可以把二氧化碳释放出来,一个大棚可以实现约20%左右的增产。同样,通过阳光房的设计,也可以提升藻类光合作用和产量,藻类也可以助力畜牧业和渔业的发展。
用工程化的手段掌控和驾驭碳循环,将二氧化碳变废为宝。图片来源:观学院
第二个大的领域是低碳水泥。全世界所有的原材料,水泥的用量远远超过各种有色金属,而水泥本身有碳吸收能力。如果我们在水泥预制件刚成型的时候,把二氧化碳封存到水泥件里面去,就可以在提升水泥本质的同时将水泥的性能增强,是一举两得的事情。
按照欧盟现在的碳汇体系,可以算碳汇,国家可以给补贴。把二氧化碳放在水泥里面,水泥的强度、抗渗性、耐磨、耐腐蚀性都有增强,本身水泥价值也会上升。而且我们也并不需要纯二氧化碳,只需要浓度很低的,几十块一吨的20%浓度的二氧化碳就够。
除了水泥以外,像钢渣这些建筑骨料也都可以通过碳养护的形式,把碳永久地固定下来。虽然说这个方面和中国现在100亿吨地排放量还是不成比例的,但是可以先实现零到一的转变,先进入这个行业,制定有关标准,那么之后,中国甚至能够出口有关的技术和标准。
观察者网:您刚讲了农业和建筑上的应用,在商业方面碳捕集会有哪些应用?碳捕集和碳利用会带来哪些科技创新和产业机遇?
陈曦:在商业方面,比如说鲜花。在二氧化碳氛围中,鲜花花期可以从一周延长一个月甚至更长,从此鲜花不一定非用飞机运,甚至可以用卡车运。
例如啤酒里的气泡。我们生产制造一批专门的二氧化碳捕集的生态系统和气泡水系统,就可以应用到啤酒生产里。
再比如天然气升级、油田助产都是分布式新赛道。综合碳捕集和碳利用的工业互联网体系,可以形成分布式碳中和为基础的一个零碳、负碳循环经济体,由产业革命带动振兴乡村经济,把碳循环、能源循环、水循环囊括在一起。
碳中和天平右端能够给我们带来很多新的颠覆性的科技创新与产业机遇。通过分布式按需捕集,结合多路径分浓度综合利用,能够将二氧化碳变废为宝,以创新链驱动CCUS(碳捕获、利用与封存)产业链,打造新的经济增长点和新赛道。
观察者网:在能源结构调整⽅⾯,中国⽬前的进展如何?需要克服哪些困难?
陈曦:人类社会发展必须以能源支撑,能够满足人类巨大经济体量的能源只有三个:太阳能、核能、还有化石能源。
过去100年,主导化石能源,它最便于开采,能量密度也高,成本最低,但带来的碳排放问题为全世界所关注。然后是核能,我认为核能被耽误是非常可惜的,因为一些灾害造成它频频进入大众视野,核能得到稳健开发后应该是能够担起主力的。
最后就是太阳能。我们说的氢能战略,本质上还是要用太阳能电解水来获取氢能。目前,太阳能最大的问题是效率已经到了极限,无法再往上升。虽说中国是世界上光伏产业最领先的,太阳能的单位成本已经降到全世界最低了,但其成本也快降到极限了。
而且太阳能也不是万能的,它有几个严重的缺点。首先,太阳能面板制造所产生的高能耗是一个问题。第二,太阳能面板在5~10年之后报废回收,也是会占用很多的社会资源。
第三,最致命的一点就是间歇性。太阳能每天只有四五个小时比较顶峰,一到傍晚就什么都没了。如果说家庭级的储能系统还能顶一顶的话,电网级的储能系统目前还没有看到曙光。
在这种情况下,我们企业该怎样来调整能源结构?一方面,从能源结构上来说,电能替代是一个大趋势,因为电能是最快的,可以省掉过去用管道来运输化石能源的时间。电能调配、数字化也会相对更方便,有利于优化效率。但并不是每行每业都适合用电能的,即使光伏的电能解决24小时稳定性,仍然有很多新的问题。
比如,现在的制造业、采矿业,很多时候还是要靠大规模的热能。再比如炼钢行业在实际的生产过程当中,像化学合成这些步骤都需要用到热能。我们认为最终某一天,全社会都用电能。可在当前情况下,如果把用热能的地方全用电能来代替,就会遇到一个新的大问题——能源效率的问题。
电从哪里来?要么从光伏来,要么从电厂来。包括到2030年,我们绝大部分电还是会从电厂来。电厂把热能转化成电能,这个过程中三分之二的热能被浪费掉了,只有三分之一能变成电能。
如果工厂需要用热能,而现在用电炉来提供热能的话,就会平白无故地把三分之二的热能丢弃掉,成本也会有巨大的上升,实际上是很不划算的浪费行为。所以一部分这样的企业是否需要一刀切。转换到电能替代,这是很值得商榷的。
包括现在我们也在讲一些概念,比如未来新能源汽车会不会成为主流?现实却是消费者并不买单。目前新能源车除了充电的里程焦虑之外,很大一个原因在储能上,这就导致二手车卖不上价钱,电动车的二手车市场发展不起来,中国现在一辆新能源车动辄就六七十万、七八十万,买完之后却不能像房子一样增值,反而过两三年就没人买了。
即使有车企提供换电池的服务,那么电池产权是谁的呢?属于车企的还是车主的?这块现在仍然不明晰。至于有的人说可以卖掉电池,姑且不说锂电池的正常使用寿命就是三四年,磷酸铁锂电池最多四五年。这种情况下,锂电池的的回收、处理等也会成为一个巨大的负担。
现有柔性电池方案均存在致命缺陷。图片来源:观学院
目前来看,尽管我们在逐步引导各个车企尽量少开发内燃机车,但从消费者买单角度来说,内燃机毕竟是一个已经研究了百年多的课题,而我们的电动车才十年不到。所以我认为在能源结构转型的问题上急不得,千万不能说各个行业、各个企业都要碳中和,都要结构转型。
我们中国是世界最大的制造业国,我们有一些高能耗企业、制造业的成本比别人低。如果说你盲目进行转型升级,为了降低能耗反而把成本大幅度提高,那么中国制造大国地位就不复存在了。所以,我认为能源结构调整要科学计算后,慎重调整。
另一方面,如果碳中和右端产业发展起来,当企业在特殊情况下,用不了电只能用化石能源,这时,请第三方来进行补给会是一个好的选择。这样创造了新产业、新的 GDP、新的赛道、新的就业模式,是一举数得的好机会。因此大家不要去想着每个人一定要干什么事情,而是每个人做好自己分内的事情。
观察者网:在储能问题上,成本是其最⼤掣肘,虽然过去⼏年成本已经有下降,但“⼗三五”期间,我国储能的度电成本依然⾼达0.4-0.6元。未来储能成本是否有可能下降?如何下降?储能安全性⼜会如何?
陈曦:储能行业大家研究了很多,这么多年下来,应该说遇到了瓶颈。
在大规模应用方面,没有一项技术比抽水蓄能更靠谱,但抽水蓄能有极强的季节性,而容量很有限,我们就只有那么多水库。其他凡是能量密度低的安全储能技术,一进一出能量效率必然不行,比如抽水蓄能的效率就70%。
能量效率高的电化学储能,目前还没有看到比锂电池更靠谱的办法,而且锂电池本身也有巨大的安全隐患。比如前几年一些锂电池储能站爆炸的事件,更不要说新能源车在这方面的顾虑了。
新的储能技术到底能不能出得来,我们还是拭目以待。
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