作者：劉珂，澳洲國家工程院外籍院士，南方科技大學創新創業學院院長
中國能源結構完全改變後，電動汽車很可能推進碳中和，否則電動汽車的盲目擴張就是增加而不是減少碳排放。
碳中和很熱，每個人都在談論它，但實際上沒有多少人在這方面做研究。有一次我遇到一個朋友，他說我們現在專門研究未來如何測量各個機關和公司的二氧化碳排放量，這是一個很大的行業。我說他是一個傷害他錢的勞工。事實上，一方面，碳中和是一個宏觀問題;另一方面，看看一個城市的碳排放量，可以系統地看一下，比如深圳消耗了多少萬噸煤，多少萬噸天然氣，消耗了多少萬噸石油，每乘以一個系數，二氧化碳排放量就出來了， 是以計算出的碳排放量基本上占實際排放量的92%。
讓我從一些資料和事實開始
據統計，2020年，我國二氧化碳排放量約為103億噸（約102億噸至108億噸，我選了103個這個中間值），其中煤炭、石油、天然氣排放量達到95億噸，另一部分是各種小的，如沼氣、生物質等一些排放。是以，大約92%的排放量是由這三者産生的。測量任何公司，任何機關，任何系統，并準确地計算這三者。該州有關于所有三者的統計資料，不需要額外的測量。2020年，我國煤炭消費總量約為36億噸，相當于标準煤約28億噸，每噸标準煤乘以系數，表明煤炭每年排放約73.5億噸二氧化碳。2020年，我國石油消費量将轉化為9億噸标準煤，排放15.4億噸二氧化碳;天然氣消費量将轉化為4億噸标準煤和6億噸二氧化碳排放量;而這三者加起來将是95億噸。103億噸除以14億人，人均約7.4噸，平均每年二氧化碳22噸，一家三口，這是一個日的數字。怎麼說呢？如果将二氧化碳轉化為産品，22噸原材料将産生22噸産品，哪家公司一年可以消耗這22噸東西？
大家都說碳中和很容易，比如每天用空調、開車等都與碳有關，每一個人、每一小步都可以為碳中和做出貢獻，但完成碳中和的任務還是很艱巨的，也是一個漫長的過程。由于看得見的未來，我們不能缺少這三種化石能源。雖然風能、太陽能、二氧化碳轉化為化學物質、CCS（碳捕集與封存）、CCUS（碳捕集利用與封存）和提高能源效率等都将或多或少地為碳減排做出貢獻，值得鼓勵探索和實施，但二氧化碳減排在日排放量中所占的比例相當有限。
在這種情況下，我們如何實作碳中和？這就是我想與你們進一步讨論的内容。
關于碳中和的神話
目前，公衆對碳中和的挑戰和認知有一定的局限性，認為單一的技術路線或技術突破就能解決碳中和問題，是以往往存在幾個誤區：
第一個誤解是風能和太陽能比火電便宜，是以太陽能和風能可以完全取代火力發電，實作碳中和。這句話隻有1/5到1/6。由于一年有8760小時，而我國太陽能發電小時數因地而異，從1300小時到2000小時不等，很少有地區超過2000小時，平均約為1700小時;也就是說，太陽能大約有1/5-1/6的時間段比火電便宜;而在其他4/5-5/6時間段，如果要儲存電力，其成本會遠高于火電。風能每年的發電時間比太陽能稍長，大約是2000小時，但電力需要24小時來供應，不能說一個發電廠每年隻有一兩千小時，因為我們不能說有陽光和風的時候就有電， 停電時沒有太陽，沒有風。太陽能和風能更便宜，但最大的問題是電力供應不穩定。
不可否認，中國風能和太陽能發展近四十年，取得了巨大成就，我們向為這一領域做出貢獻的科學家緻以崇高的敬意。但直到今天，與煤電相比，風能和太陽能仍然是杯水車薪。以2019年為例，全國風能、太陽能發電總量相當于1.92億噸标準煤發電量，而我國年煤炭消費量約為22億噸煤，相當于18-190億噸标準煤，即風能和太陽能隻能占煤電的10%左右。
此外，電網中電池存儲的概念非常危險。據估計，目前世界五年的電池生産能力隻能滿足東京三天停電的電力。如果我們有4/5或6的時間依賴電池存儲，這是不可想象的。而且，世界上沒有那麼多的钴和锂，我們不可能制造出這麼多的電池。在這種情況下，光和風的棄風問題非常嚴重，因為電網隻能容納15%的不穩定電源。風能和太陽能産生的電力不能被電網完全吸收。如果我們繼續增加風能和太陽能，同時，大規模儲能的問題就無法解決，我們隻能放棄更多。
我國放棄光和風有兩個原因，一是技術因素，那就是因為太陽能、風能是不可預測的，電網不足15%就能容納，超過15%不能容納，這是一個很大的技術問題，直到現在還不容易解決;二是機制因素，地方保護主義的存在可能允許地方因各種原因不使用風電、光伏、水電。機制問題在中央大力推進"碳中和"的背景下是可以解決的，但技術問題并不容易解決。
是以，太陽能和風能需要大力發展，但目前，電力儲存的成本仍然很高，在可預見的未來仍然無法取代化石能源發電。
第二個誤解是，人們認為有一種神奇的大規模儲能技術，認為如果儲能技術進步，風能和太陽能可以完全取代火力發電。這個假設太大了，因為自從鉛酸蓄電池發明一百多年以來，人類已經花費了數千億美元的研發資金來研究儲能，這可以從鉛酸電池的90千瓦時/立方米增加到今天的特斯拉的260千瓦時/立方米，電池的能量密度還沒有根本性地革命化。要知道，汽油是8600千瓦時/立方米。與此同時，迄今為止最便宜的大型GW（十億瓦裝機容量）水準的電力存儲是100多年前發明的抽水蓄能技術。
科學技術的突破并非不可能，但隻有發現才能知道。今天不可能預測明天的發現。我經常舉出火藥發明的例子，火藥是在火藥發明近一千年後發明的。火炮的機械原理其實很簡單，但如果說火藥發明後，可以預測火炮一定會被發明出來，這是大錯特錯的。這提醒我們，在制定任何戰略時，都不能以為未來會有突破。我們的戰略必須基于現有的、經過驗證的、現實的技術路線。
不同行業的進步是不一樣的，計算機行業有摩爾定律，這麼多年确實發展迅速，但能源行業還沒有發現像摩爾定律那樣的類似定律，"碳中和"必須選擇一條現實可行的前進路線。
一個笑話是，比爾·蓋茨告訴波音總裁，如果飛機工業的技術發展速度與計算機一樣快，那麼現在每個人都可以在不開車的情況下駕駛飛機。波音公司總裁說，如果我的技術和你的技術一樣，世界上沒有人會敢飛，因為電腦會處處墜毀。是以，我們不要以為一個行業發展迅速，其他行業是一樣的。能源行業是一個不斷投入資金但技術進步緩慢的行業。未來，儲能技術肯定會有新的發明，我們鼓勵儲能技術的創新發展，但在制定戰略目标時一定要謹慎，不要以為這個東西不發明就存在。
第三個誤解是，有人認為我們可以将二氧化碳轉化為各種化學物質，如保鮮膜、化妝品等。這些必須能夠改造，賺錢，能夠做到，但這些都不能解決二氧化碳的問題。粗略估計，一個三口之家平均每年排放22噸碳，但一個家庭每年的碳消耗量不能超過20噸。
另一方面，世界上隻有大約13%的石油生産我們所有的石化産品，大約87%的剩餘石油被燃燒。如果世界上的化學物質是由二氧化碳制成的，那隻能解決13%的碳中和問題。是以，大規模由二氧化碳制成的化學品不具有碳減排價值。二氧化碳對其他化學品對碳減排的貢獻是相當有限的。
是以，将二氧化碳轉化為任何化學物質，如果你能賺錢，你可以做到，但如果你不能賺錢，就不要用"碳中和"的概念來接受國家補貼。我可以冒犯很多人，尤其是在企業界。但是我們科學家必須說出事實，用數字說話。我也去過很多關于碳中和的論壇，很多時候甚至一些經濟學家都在談論它，沒有數字的概念，隻有粗略的概括，說這種方式可以減少碳，可以減少碳，但沒有減少多少的概念。你不能責怪他們，像山一樣交錯。
第四個誤解是二氧化碳可以被大量捕獲和利用。利用CCUS技術，對生産過程中排放的二氧化碳進行捕獲和淨化，然後投入到新的生産工藝中進行回收或儲存。從理論上講，可以實作二氧化碳的大規模捕獲。現在大家都說，二氧化碳在電廠裡是分離出來的，分離完成後，可以用來把油水淹沒，等等。那麼讓我們來看看，未來十年，我國整個二氧化碳驅消費量約為600萬噸，而我們每年的排放量為103億噸。而石油泛濫的階段是，一部分二氧化碳進入地下，一部分會跟着石油流出，這不是一個完整的埋葬。
我把碳埋在地下，這是我在回家之前在通用電氣做的。煤、水和氧被轉化為氫氣和二氧化碳，氫氣燃燒産生水蒸氣，二氧化碳被打到地下。我們做了一個示範項目，耗資28億美元，涉及數百名博士，花了7年時間，示範具有環保意義，工廠至今一直在美國運作，但不經濟。完成這個項目後，我們發現這是GE成立以來最複雜的工業體系。别看整個GE可以生産飛機發動機、醫療裝置、核磁共振、CT等，包括三峽水利工程裝置和青藏線機車等，但GE成立以來最複雜的系統是當時我們制造的"零污染火電廠"，但成本太高了。
回到中國之前，我和當時的GE總經理溝通過，他還在一次演講中提到，未來通過無煤燃煤電廠解決二氧化碳問題，但演講結束後，他下來告訴我，不要看我在會議上說的話， 真正做到比幹核能好，核能比零污染火電站便宜得多。當然，福島核電站事故尚未發生，核能可以做到。法國現在擁有近70%的核能，并且已經這樣做了幾十年。但在福島核電站事故發生後，世界正在提高核能的安全系數，而這個安全系數在後期每提高一次，成本就會增加很多。
碳中和不僅是一個技術問題，也是一個經濟社會平衡發展的綜合問題。現在在電廠要分離二氧化碳，分離到地面後可以做油淹和掩埋這條路，在可以換油的地方，有一點經濟效益，我國新疆等地也有類似的二氧化碳驅車工程。這塊的成本是分離二氧化碳的成本，我們計算了一下，假設玩它的成本是每噸30美元，其中20美元是将整個廢氣中的二氧化碳分離成純二氧化碳，5美元是運輸，另外5美元是将其壓縮到地下。分離是核心，成本是最大的。在目前的技術手段下，依靠CCUS處理的成本非常高，而且作用有限，當然，這也可能是一種碳中和保障技術。
事實上，我剛才說的一切，比如風能、太陽能，都有助于碳中和，我們每個人都應該做到，但無論你在今天的技術中怎麼做，對碳中和的貢獻都是有限的。當然，這并不意味着每個人都不應該這樣做，我們每個人都可以努力工作，畢竟它會積累成很多。
第五個誤解是，碳中和可以通過提高能源效率來顯着減少工業過程和産品使用中的碳排放來實作。能源效率總是會提高，提高能源效率也是正确的，這是世界上成本最低的碳減排路線。但我經常問，在加入WTO的二十年裡，我國的能源效率是提高了還是降低了？我們的能源效率有了很大的提高，但碳排放總量是增加了還是減少了？添加更多。我記得2000年中國的石油消費量約為20億噸，2010年約為4億噸，到去年為7.5億噸。
我是做能源的，你可以從能源的資料變化中看到整個社會的變化。在我們加入WTO之前，有一個非常重要的數字，我國煤炭産量約為12億噸，基本上是自産自銷，出口量一點點，但很少。結果，在截至2012年的短短12年内，它從12億噸飙升至36億噸，這是每天的體積，當然伴随着碳排放。應該如何解釋？唯一的解釋是，中國加入了WTO，世界市場向中國開放。當然，我們這一時期的大量房地産建設也是一個因素。煤炭的消耗量表示電力的消耗，電力的消耗量表示工業化的程度。在此期間，能源效率肯定有了很大的提高，但僅靠能源效率并不能解決碳中和問題。是以，提高能源效率是碳減排的重要手段，但隻要化石能源仍在使用，能源效率對碳中和的貢獻也非常有限，提高能源效率确實是減少碳排放的最低成本途徑，也是最重要的優先事項，但有一個現實的考慮，不能僅僅依靠能源效率的提高來實作碳中和。
第六個誤解是電動汽車可以減少碳排放。前段時間，我在網易公開課上談到了《電動汽車與氫能的曆史與未來》，全國約有10萬人在觀看，很多上司看完後跟我讨論了這個問題：我們為什麼要發展電動汽車？很簡單，主要是因為中國沒有足夠的石油，我們進口了73%的石油;還有霧霾的問題。
我們沒有足夠的石油，希望我們的過剩發電能力，是以開發電動汽車是件好事。因為發電廠通常每年有8760小時，而我們實際上使用的不到4000小時，這是巨大的資産浪費。而且畢竟電動汽車可以減少當地的污染，比如東部地區大量的電力消耗是在西部新疆等地産生的，污染是在西部新疆等地排放的，而不是在東部地區。然而，就整個生命周期的碳排放分析而言，對全球氣候變化的影響很小。
為什麼電動汽車不能完全解決碳中和問題？隻有我國能源結構徹底改變，電動汽車才能被視為清潔能源和碳中和。如果能源結構不改變，67%的電網仍然是煤電，那麼電動汽車的盲目擴張就是增加碳排放，而不是減少碳排放，可以算一算。隻有當能源結構和大部分電網由可再生能源組成時，電動汽車才能被認為是清潔能源。
大家一直在談論一個問題，說馬六甲海峽封印後如何解決能源安全問題？但這件事你要仔細想想，靠電網是解決不了的。因為電網是現代戰争中最脆弱的東西。油可以分布到各處，可以分成萬點藏，炸一個油庫，其他也可以使用。但一個城市的電網隻有一個配電中心站，電網的安全性也很重要。
有時候，能源政策和碳政策不能不計成本地做一些高成本的事情，因為它們假設戰争會發生，而其他人會打敗我。首先，打仗是小機率事件，其次，真正取決于當時一個國家的海上控制、制空等綜合能力，而不是依靠電動汽車來解決問題。