朱頭山

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中國電車繞不過,能繞進去嗎?

(2024-07-05 10:52:16) 下一個

隨著氣候越來越熱,每一年都是創紀錄的最熱年,氣候問題是個板上釘釘繞不過的問題,人類必須解決,否則人類的命運將終結,人類會在至多100年內滅絕。地球還會存在,地球上又會出現可以忍受在這種氣候的物種,這樣的過程,在地球的曆史上出現無數次了,光是滅絕70%以上種群的大滅絕,就至少發生了9次。

根據國際能源署(IEA)的數據,2021年全球能源相關二氧化碳排放量達到363億噸,其中來自燃燒化石燃料的排放量占91%。排放量最大的行業如下:

發電(電力生產): 約占全球能源相關碳排放量的35%。 主要來自燃煤、燃氣和燃油發電廠。
工業: 約占全球能源相關碳排放量的31%。 包括鋼鐵、水泥、化工、造紙等行業。
交通運輸: 約占全球能源相關碳排放量的9%。 包括公路、航空、航運等運輸方式。
建築: 約占全球能源相關碳排放量的7%。 主要來自建築物的供暖、製冷和照明等能源消耗。
農業: 約占全球能源相關碳排放量的6%。 主要來自農田管理、牲畜養殖、化肥生產等。

發電和交通是相對最容易解決的部分,隨著光能風能發電技術的進步和成本的降低,發電方麵的碳排得到顯著了降低。而交通方麵,關鍵是要用綠電取代汽油和柴油。電隻是能量的形式,不是介體,將電轉化為能量介體用於交通的方法,主要有兩類,氫相關物和電池。

氫氣的能量密度比汽油都要高,既可以燃燒,產物隻是水,天然氣, 煤,燃油能幹的事,氫氣都能幹!氫氣也可以作為電池能量的原料,日本的氫燃料電池動汽車在很多方麵具有比目前已有的電動車更大的優勢。

當然,氫氣也有自身的問題。首先是成本,最便宜的氫氣製造方法,就是向高溫的煤上噴水(常常作為洗煤工藝的副產品), 以前的煤氣,就是CO和H2的混合物。這樣製造出來的氫氣,過程中會產生很大量的碳排,產生CO和CO2, 被稱為灰氫。其次,是利用天然氣和水產生氫氣,這個工藝排碳比煤要少,但成本也高點,叫藍氫。最幹淨的是通過電解水產生氫氣,如果電是綠電(來自於光,風發電),就叫綠氫, 如果按能量效率,電解產生氫氣所需投入的能量要遠遠高於產出的, 是個負平衡,不可持續的工藝。

就算電解水,也還有成本以外的問題。電解氫氣所需要的水,不但量大,要求還挺高,最好是純淨水,至少也是過濾過的淡水。如果人類社會所有能量都來自於氫氣,所有的氫氣都通過電解水產生,那要消耗大約20%的淡水。因為水也是人類生存的一個最重要的資源,在缺水的地方,這將成為一個生死存亡的問題。另外,電解氫需要含貴金屬鉑的催化劑,如果要廣泛運用,鉑的儲量成了一個製約因素。

氫動力利用有兩種技術方向,內燃和燃料電池。燃料電池是利用氫氣和氧氣的化學反應產生電子的移動,也就是發電。其效率很高,除了產水,沒任何有害副產品,但問題還是成本太高,電池中的催化劑需要貴重的稀有金屬,和鋰電池一樣,有資源限製。氫內燃機的原理和汽油機類似,成本要比燃料電池低得多,而且可以改裝現有的各種內燃機,燒汽油,煤油,柴油,重油的都可以改燒氫氣,這有很大的經濟可行性。還可以使用於重型卡車,輪船,飛機等電池不可行的方麵。但氫氣的儲存和運輸有很大的難題需要解決。微小的氫分子可以穿過微小的縫隙,因此設計用於包容甲烷的結構(例如管道、接頭、鍋爐和炊具)以及用於儲存天然氣的設施(例如儲罐或地質構造(鹽穴或耗盡的天然氣田))會讓氫分子逸出,而甲烷分子則不會。合成液氫的代價太高,隻有在航天上使用,有經濟價值的儲存方式是高壓氣體,這樣就需要很大的體積。以滿足同樣規模的汽油車加油建立一座加氫站,標準麵積就得有三畝地,這在寸土寸金的大城市是不現實的。而如果沒有大量的加氫站,也影響氫動力車的普及。

氫也很難移動。為了讓氣體通過管道移動,必須使用壓縮機將其壓縮並推動。這個過程需要能量:將氫通過管道移動的損失是甲烷的十倍:高達30%。換句話說,你需要用掉近三分之一的氣體來將其從A點運輸到B點。氫還會導致管道和儲存設備中的金屬變脆,導致材料退化和潛在的安全問題。特殊材料或塗層可以緩解這些影響,但它們會給本來就複雜而昂貴的係統增加進一步的複雜性和成本。

事實上,所有這些都很昂貴。氫儲存基礎設施尚不存在,生產設施也大多不存在,而且建造它們將耗費數十億英鎊。然後,儲存氫的基本成本可能至少是儲存甲烷成本的四倍。由於氫的基本屬性,每個階段都會損失大量能量。

另一條道路是利用綠氫合成一些容易儲存和運輸的氫相關可燃物,如合成燃料,甲醇,氨氣等。費托合成(Fischer–Tropsch process)是將合成氣(CO+H2)在催化劑和適當條件下合成以液態的烴或碳氫化合物(hydrocarbon)的工藝過程。如果用綠氫以及大自然或俘獲的CO2還原成的CO合成人工的燃料,如合成汽油,柴油,甲醇等,這些合成的燃料,雖然也產生碳排,但這裏吸取和釋放二氧化碳是同時的,屬於碳中和而不是純碳排。而氨氣與氧氣反應,產生氮氣和水,沒有碳排。

那些合成的燃料,可以用於現成的各種內燃機,從汽車,輪船到飛機,可以省去改裝和重置整套生產,銷售,維護和報廢的基礎設施,不用擔心電池和氫動力的種種弊端。燃料成本肯定比直接來自於化石燃料要高,但考慮省去了另建一個係統的費用,以及碳中和的效用,應該還是有經濟可行性的。但這個過程,還是需要首先電解合成氫氣,前述氫氣帶來的問題還是存在!現在有不需要氫氣,使用便宜金屬的工藝正在開發中,但離有可行性的應用,還不知猴年馬月呢!

目前可行的,隻有電池驅動的汽車,而中國,在這方麵走在了世界的前列。尤其是,去年中國電車參加的幾次世界車展,以及一些機構拆解了中國電車發表的技術分析,讓西方製車界大為震驚!因為中國車企已經主導了一場汽車革命,從生產工藝到供應鏈都被電動化顛覆,更恐怖的是,這場革命隻進行到一半,還有下半場,就是智能化!中國已經不是汽車強國那麽簡單了,而是對外國車企形成降維的優勢。

這場變局讓西方憂心忡忡,汽車工業GDP占歐盟總量的7%,雇傭人數高達1290萬人,不能有任何閃失。但對於這種降維式的技術革命,光靠貿易壁壘封堵,是堵不住的。曆史上日本的半導體收音機,汽車就是一例,如果封堵,人民就要鬧起來。因此,歐洲的基本態度,就是要求中國來歐洲建廠,而不是把汽車直接輸入歐洲。

歐洲人說,中國電動車我們是無法繞過去了,但能否把它繞進我們自己國家。提高了關稅,如果中國車企在歐洲設廠,在歐盟範圍內銷售就沒有關稅。而歐洲得到的好處是,那條產業鏈除了要分給中國廠商一部分利潤外,其它如就業,稅收,刺激經濟,拉動消費等,都留在歐洲了。而在歐洲設廠,不可避免地中國廠商的一些技術,管理方麵的技巧,也會流出去,最後帶動了歐洲車企的進步。

其實中國當初發展階段時,也是這樣做的,用貿易壁壘逼著外商來中國設廠,現在輪到中國麵臨這個問題了。和當年外國來中國設廠不同的是,由於國外的工資還是比中國高,而規定較多,不能搞996,末位淘汰製等,廠商的成本要提高,管理製約要增大。另外,中國政府也不高興,就業,稅收,刺激經濟,拉動消費等好處都要失去了。但有所失必有所得,權衡利害,這可能是唯一能得到雙贏的方法!

而美國現在對中國電動車的態度,則更不友好了。但對於對方有優勢的東西,采用封堵的方法,曆史證明其結果必然是失敗的。當年毛時代的中國,蘇聯集團對西方消費品進行封鎖,而人民卻趨之若鶩,最後這些簡單的消費品可能是導致共產主義崩潰的一個重要原因。 我記得當年看到有人從香港帶來的隻需要一個小小盒帶的錄音機大為震驚,當時中國的錄音機需要一個大大的盤子,根本不是普通家庭能夠擁有的。連錄音機都那麽先進,這會是個水深火熱,民不聊生的悲慘世界嗎!

 

 

 

 

 

人類的本性裏有著窩裏鬥的基因,就是死到臨頭了,還不忘互咬。關於減碳方麵,

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評論
faf999 回複 悄悄話 回複 '新林院' 的評論 : 除了要研究新能源,還需要研究汽車共享。現在的汽車,使用率最多隻有5%,絕大多數時間是停著的,製造這些汽車所產生的環境影響,遠大於燒一點汽油。。。所以說靠新能源來拯救地球環境,還不如討論改變生活方式。但我持悲觀態度
faf999 回複 悄悄話 回複 '新林院' 的評論 : 除了要研究新能源,還需要研究汽車共享。現在的汽車,使用率最多隻有5%,絕大多數時間是停著的,製造這些汽車所產生的環境影響,遠大於燒一點汽油。。。所以說靠新能源來拯救地球環境,還不如討論改變生活方式。但我持悲觀態度
油翁 回複 悄悄話 朱頭山的文章內容詳實且觀點清晰。氫能源的發展是未來的趨勢,但也麵臨一些困難和挑戰。文章幽默風趣,肯定了中國在電動車產業上的領先地位。
Firefox01 回複 悄悄話 在另一博文的留言:不論是按照辯證唯物主義觀點,還是按照科學幻想,人類都最終毀滅於自己手中。
新林院 回複 悄悄話 還是那句話:要想讓氣候變暖停下來,除了研究新能源以外,還要讓人口實現零增長或減少。
這是一個簡單的算術問題。
讓人均排碳減少了,但總人口增加了,總排碳量還是會增加,氣候變暖還是停不下來。
讓人均排碳減少了,同時人口實現零增加或減少,總排碳量才能減少,氣候變暖才能停下來。
如果人口要是能恢複到1950年代,要想讓氣候變暖停下來就更有可能。
換句話說,人口至少實現零增長,人類才能延續下去。
否則,海平麵升高,上海、邁阿密都會被海水淹了。
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