朱头山

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中国电车绕不过,能绕进去吗?

(2024-07-05 10:52:16) 下一个

随着气候越来越热,每一年都是创纪录的最热年,气候问题是个板上钉钉绕不过的问题,人类必须解决,否则人类的命运将终结,人类会在至多100年内灭绝。地球还会存在,地球上又会出现可以忍受在这种气候的物种,这样的过程,在地球的历史上出现无数次了,光是灭绝70%以上种群的大灭绝,就至少发生了9次。

根据国际能源署(IEA)的数据,2021年全球能源相关二氧化碳排放量达到363亿吨,其中来自燃烧化石燃料的排放量占91%。排放量最大的行业如下:

发电(电力生产): 约占全球能源相关碳排放量的35%。 主要来自燃煤、燃气和燃油发电厂。
工业: 约占全球能源相关碳排放量的31%。 包括钢铁、水泥、化工、造纸等行业。
交通运输: 约占全球能源相关碳排放量的9%。 包括公路、航空、航运等运输方式。
建筑: 约占全球能源相关碳排放量的7%。 主要来自建筑物的供暖、制冷和照明等能源消耗。
农业: 约占全球能源相关碳排放量的6%。 主要来自农田管理、牲畜养殖、化肥生产等。

发电和交通是相对最容易解决的部分,随着光能风能发电技术的进步和成本的降低,发电方面的碳排得到显著了降低。而交通方面,关键是要用绿电取代汽油和柴油。电只是能量的形式,不是介体,将电转化为能量介体用于交通的方法,主要有两类,氢相关物和电池。

氢气的能量密度比汽油都要高,既可以燃烧,产物只是水,天然气, 煤,燃油能干的事,氢气都能干!氢气也可以作为电池能量的原料,日本的氢燃料电池动汽车在很多方面具有比目前已有的电动车更大的优势。

当然,氢气也有自身的问题。首先是成本,最便宜的氢气制造方法,就是向高温的煤上喷水(常常作为洗煤工艺的副产品), 以前的煤气,就是CO和H2的混合物。这样制造出来的氢气,过程中会产生很大量的碳排,产生CO和CO2, 被称为灰氢。其次,是利用天然气和水产生氢气,这个工艺排碳比煤要少,但成本也高点,叫蓝氢。最干净的是通过电解水产生氢气,如果电是绿电(来自于光,风发电),就叫绿氢, 如果按能量效率,电解产生氢气所需投入的能量要远远高于产出的, 是个负平衡,不可持续的工艺。

就算电解水,也还有成本以外的问题。电解氢气所需要的水,不但量大,要求还挺高,最好是纯净水,至少也是过滤过的淡水。如果人类社会所有能量都来自于氢气,所有的氢气都通过电解水产生,那要消耗大约20%的淡水。因为水也是人类生存的一个最重要的资源,在缺水的地方,这将成为一个生死存亡的问题。另外,电解氢需要含贵金属铂的催化剂,如果要广泛运用,铂的储量成了一个制约因素。

氢动力利用有两种技术方向,内燃和燃料电池。燃料电池是利用氢气和氧气的化学反应产生电子的移动,也就是发电。其效率很高,除了产水,没任何有害副产品,但问题还是成本太高,电池中的催化剂需要贵重的稀有金属,和锂电池一样,有资源限制。氢内燃机的原理和汽油机类似,成本要比燃料电池低得多,而且可以改装现有的各种内燃机,烧汽油,煤油,柴油,重油的都可以改烧氢气,这有很大的经济可行性。还可以使用于重型卡车,轮船,飞机等电池不可行的方面。但氢气的储存和运输有很大的难题需要解决。微小的氢分子可以穿过微小的缝隙,因此设计用于包容甲烷的结构(例如管道、接头、锅炉和炊具)以及用于储存天然气的设施(例如储罐或地质构造(盐穴或耗尽的天然气田))会让氢分子逸出,而甲烷分子则不会。合成液氢的代价太高,只有在航天上使用,有经济价值的储存方式是高压气体,这样就需要很大的体积。以满足同样规模的汽油车加油建立一座加氢站,标准面积就得有三亩地,这在寸土寸金的大城市是不现实的。而如果没有大量的加氢站,也影响氢动力车的普及。

氢也很难移动。为了让气体通过管道移动,必须使用压缩机将其压缩并推动。这个过程需要能量:将氢通过管道移动的损失是甲烷的十倍:高达30%。换句话说,你需要用掉近三分之一的气体来将其从A点运输到B点。氢还会导致管道和储存设备中的金属变脆,导致材料退化和潜在的安全问题。特殊材料或涂层可以缓解这些影响,但它们会给本来就复杂而昂贵的系统增加进一步的复杂性和成本。

事实上,所有这些都很昂贵。氢储存基础设施尚不存在,生产设施也大多不存在,而且建造它们将耗费数十亿英镑。然后,储存氢的基本成本可能至少是储存甲烷成本的四倍。由于氢的基本属性,每个阶段都会损失大量能量。

另一条道路是利用绿氢合成一些容易储存和运输的氢相关可燃物,如合成燃料,甲醇,氨气等。费托合成(Fischer–Tropsch process)是将合成气(CO+H2)在催化剂和适当条件下合成以液态的烴或碳氢化合物(hydrocarbon)的工艺过程。如果用绿氢以及大自然或俘获的CO2还原成的CO合成人工的燃料,如合成汽油,柴油,甲醇等,这些合成的燃料,虽然也产生碳排,但这里吸取和释放二氧化碳是同时的,属于碳中和而不是纯碳排。而氨气与氧气反应,产生氮气和水,没有碳排。

那些合成的燃料,可以用于现成的各种内燃机,从汽车,轮船到飞机,可以省去改装和重置整套生产,销售,维护和报废的基础设施,不用担心电池和氢动力的种种弊端。燃料成本肯定比直接来自于化石燃料要高,但考虑省去了另建一个系统的费用,以及碳中和的效用,应该还是有经济可行性的。但这个过程,还是需要首先电解合成氢气,前述氢气带来的问题还是存在!现在有不需要氢气,使用便宜金属的工艺正在开发中,但离有可行性的应用,还不知猴年马月呢!

目前可行的,只有电池驱动的汽车,而中国,在这方面走在了世界的前列。尤其是,去年中国电车参加的几次世界车展,以及一些机构拆解了中国电车发表的技术分析,让西方制车界大为震惊!因为中国车企已经主导了一场汽车革命,从生产工艺到供应链都被电动化颠覆,更恐怖的是,这场革命只进行到一半,还有下半场,就是智能化!中国已经不是汽车强国那么简单了,而是对外国车企形成降维的优势。

这场变局让西方忧心忡忡,汽车工业GDP占欧盟总量的7%,雇佣人数高达1290万人,不能有任何闪失。但对于这种降维式的技术革命,光靠贸易壁垒封堵,是堵不住的。历史上日本的半导体收音机,汽车就是一例,如果封堵,人民就要闹起来。因此,欧洲的基本态度,就是要求中国来欧洲建厂,而不是把汽车直接输入欧洲。

欧洲人说,中国电动车我们是无法绕过去了,但能否把它绕进我们自己国家。提高了关税,如果中国车企在欧洲设厂,在欧盟范围内销售就没有关税。而欧洲得到的好处是,那条产业链除了要分给中国厂商一部分利润外,其它如就业,税收,刺激经济,拉动消费等,都留在欧洲了。而在欧洲设厂,不可避免地中国厂商的一些技术,管理方面的技巧,也会流出去,最后带动了欧洲车企的进步。

其实中国当初发展阶段时,也是这样做的,用贸易壁垒逼着外商来中国设厂,现在轮到中国面临这个问题了。和当年外国来中国设厂不同的是,由于国外的工资还是比中国高,而规定较多,不能搞996,末位淘汰制等,厂商的成本要提高,管理制约要增大。另外,中国政府也不高兴,就业,税收,刺激经济,拉动消费等好处都要失去了。但有所失必有所得,权衡利害,这可能是唯一能得到双赢的方法!

而美国现在对中国电动车的态度,则更不友好了。但对于对方有优势的东西,采用封堵的方法,历史证明其结果必然是失败的。当年毛时代的中国,苏联集团对西方消费品进行封锁,而人民却趋之若鹜,最后这些简单的消费品可能是导致共产主义崩溃的一个重要原因。 我记得当年看到有人从香港带来的只需要一个小小盒带的录音机大为震惊,当时中国的录音机需要一个大大的盘子,根本不是普通家庭能够拥有的。连录音机都那么先进,这会是个水深火热,民不聊生的悲惨世界吗!

 

 

 

 

 

人类的本性里有着窝里斗的基因,就是死到临头了,还不忘互咬。关于减碳方面,

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faf999 回复 悄悄话 回复 '新林院' 的评论 : 除了要研究新能源,还需要研究汽车共享。现在的汽车,使用率最多只有5%,绝大多数时间是停着的,制造这些汽车所产生的环境影响,远大于烧一点汽油。。。所以说靠新能源来拯救地球环境,还不如讨论改变生活方式。但我持悲观态度
faf999 回复 悄悄话 回复 '新林院' 的评论 : 除了要研究新能源,还需要研究汽车共享。现在的汽车,使用率最多只有5%,绝大多数时间是停着的,制造这些汽车所产生的环境影响,远大于烧一点汽油。。。所以说靠新能源来拯救地球环境,还不如讨论改变生活方式。但我持悲观态度
油翁 回复 悄悄话 朱头山的文章内容详实且观点清晰。氢能源的发展是未来的趋势,但也面临一些困难和挑战。文章幽默风趣,肯定了中国在电动车产业上的领先地位。
Firefox01 回复 悄悄话 在另一博文的留言:不论是按照辩证唯物主义观点,还是按照科学幻想,人类都最终毁灭于自己手中。
新林院 回复 悄悄话 还是那句话:要想让气候变暖停下来,除了研究新能源以外,还要让人口实现零增长或减少。
这是一个简单的算术问题。
让人均排碳减少了,但总人口增加了,总排碳量还是会增加,气候变暖还是停不下来。
让人均排碳减少了,同时人口实现零增加或减少,总排碳量才能减少,气候变暖才能停下来。
如果人口要是能恢复到1950年代,要想让气候变暖停下来就更有可能。
换句话说,人口至少实现零增长,人类才能延续下去。
否则,海平面升高,上海、迈阿密都会被海水淹了。
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