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第二，氫氣高壓會有一個問題，氫氣是元素周期表中最小的分子，最小的分子就意味著最容易泄露，長期儲存是問題。

第三，氫氣在露天沒有問題，我們在20多年前在美國做過這個實驗，一個氫燃料電池車，它的儲氫罐為了安全一般都放在最后，普通步槍一槍是打不透的，用超強的步槍打穿，因為氫氣很輕，就像氫氣球一樣，一條火龍沖上天，駕駛室的溫度一下子升不了那么高，人有足夠時間逃逸。

但是，在封閉的空間里，氫氣就會有巨大的問題。氫氣是爆炸范圍最寬的氣體，可以從4%到74%。小于4%是安全的，大于74%只著火不爆炸。但是在4%到74%這個很寬的范圍內，遇火星就爆。

現(xiàn)在北上廣深這些城市，尤其在深圳，90%以上的車是停到地下車庫這一封閉空間里的。當大量氫能汽車進到地下車庫，若有一輛車泄露，就會產(chǎn)生巨大的危險。盡管這個是小概率事件，但是使用量眾多的時候，總有部件老化等問題發(fā)生，哪怕儲氫罐是安全的，閥門、管路等也有一定小概率老化，或者開車不注意發(fā)生了撞擊。一旦泄露遇到火星、電火花就會爆炸，引起其他車爆炸，一個大樓都有可能毀掉。所以在封閉的空間里，使用氫氣要非常注意。

因為氫氣的爆炸性，現(xiàn)在都不讓運輸氫超過一定的范圍的車輛過隧道，如果把隧道炸掉了怎么辦？當然，將來是不是能夠建氫管道是另外一個問題。

同樣因為氫氣的爆炸性，建設加氫站要特別小心，周圍需一定的安全距離?，F(xiàn)在的北上廣深到處都是加油站，但地價這么貴，到哪找能那么多地重新建加氫站呢？

因為這些問題，盡管氫能現(xiàn)在很熱，但是要謹慎。氫氣的這些性質決定了它不適合做能源載體。所以，當人們說“氫是人類能源”時，很多的東西是似是而非的。

疫情前，科技部幾位同志可能聽說我做過幾屆全美氫能與燃料電池峰會主席并且二十多年來一直是國際氫能協(xié)會的理事，帶了幾個專家到深圳來調研，我們談了一下午，之后我把氫能的一些現(xiàn)狀、問題以及解決途徑寫了一個簡單的報告，后來他們就把它放進《科技日報》的頭版頭條里。

制氫容易，但儲氫、運氫有難度。世界上其實氫氣的使用很廣泛，中國的氫氣產(chǎn)能已經(jīng)達到3000多萬噸/年了，今天我們用的每一克的化肥都是氫造的。世界上有這么多的化肥廠、煉油廠都要大量的氫氣，但是目前沒有一個化肥廠、煉油廠是靠太陽能、風能制氫、制化肥。什么原因？太貴，要是便宜的話，這些化肥廠，煉油廠早就改了用太陽能、風能制氫了。

現(xiàn)在全世界每年已有數(shù)千萬噸的氫市場，而且供給到煉油廠氫是最貴的，每個煉油廠邊上都有個大的氣體公司。用風能、太陽能制氫不是不可以做，只是目前沒有足夠的經(jīng)濟吸引力。如果說這是賺錢的，相信很多企業(yè)家早就開始拿風能和太陽能制氫去了。

氫也不是沒有優(yōu)勢，也可以做，怎么做？跟我們的碳中和有關系。

為什么甲醇可能是作為好的儲氫載體？

如果今后真正想實現(xiàn)碳中和，并且太陽能、風能可以賣碳稅的時候，可以把風能、太陽能和煤結合制出比較便宜的甲醇，通過車載甲醇制氫并與燃料電池系統(tǒng)集成，這就比直接燃燒的發(fā)動機效率高。這條路線未來是有可能的。我只能說有可能，不能保證，主要取決于各種政策的調整和碳稅。如果碳稅上去了，這條線路就有經(jīng)濟性。

1L甲醇和水反應可以放出143克的氫。儲氫要么壓縮，要么冷凝。即使冷凝，1L的液氫也就72克，而1L甲醇和水反應的產(chǎn)氫量是1L液氫的2倍。

為什么這個技術有可能這樣做？二十年前，全世界第1輛汽油在線轉化制氫的燃料電池汽車，是我領著尼桑和殼牌的一些工程師造出來的。

這有一個小故事，那時豐田、本田、GM的高壓氫燃料電池已經(jīng)造出來了，尼桑發(fā)現(xiàn)落后了，于是找到殼牌，又找到我們，說能不能造一輛車，加的是汽油，汽油在車上和水、和空氣反應造氫，然后推動燃料電池，這樣燃料電池的效率高，同時也可以不用加氫站。

當時為什么沒有做甲醇？因為頁巖氣革命還沒發(fā)生，天然氣當時很貴，國外的天然氣制甲醇成本太高。2005年，如果我們預測到會發(fā)生頁巖氣革命，就不會花28億美元建零污染火電廠。但技術是不可預測的。頁巖氣革命讓世界上突然發(fā)現(xiàn)了上百年用不完的天然氣，也使得天然氣從17美元/百萬英熱單位狂降到1.5美元，而后平盤到3美元左右。

在天然氣價格那么高的時候，甲醇沒有經(jīng)濟性。所以，當時我們公司考慮用油，說能不能在車上汽油制氫。老板找我的時候，我說這個項目肯定不掙錢。但是他跟我說，我做阿波羅登月的時候根本沒有想到掙錢，但事實上我們阿波羅登月開發(fā)的技術后來在各個領域用上了，現(xiàn)在有尼桑給我們錢，只要把技術做到極限，最后也能在其他領域有用。我說，只要別拿掙錢衡量我，我們把技術做到極限那是好事。后來，幾年之內我們就把第1輛汽油轉化制氫的燃料電池汽車造出來了。

有了這個技術做積累，甲醇制氫比汽油轉化容易很多，因為一方面甲醇干凈得多，沒有硫；另一方面汽油轉化需要850度以上，甲醇和水反應200多度就可以了。

為什么我提甲醇這條線路？甲醇可以從煤、天然氣來制，未來可以用太陽能制氫與CO2反應制，或太陽能催化二氧化碳和水來制甲醇，就變成綠色的甲醇。中國科學院大連化物所的李燦院士以及我們南方科技大學都在做綠色甲醇的研發(fā)，中科院在蘭州已經(jīng)建設了1000噸的論證示范工廠?，F(xiàn)在中國甲醇產(chǎn)能全世界高，大概8000多萬噸。另外，頁巖氣革命讓世界發(fā)現(xiàn)了100多年用不完的天然氣。有100多年用不完的天然氣，就有100多年用不完的甲醇。未來如果碳稅真正上去了，我們也可以用風能和太陽能制氫，這樣生產(chǎn)的甲醇就完全是綠色甲醇了。

但是這個世界不需要追求零碳，國際上常提的零碳排放通常是“近零（Near Zero）”和“凈零(Net Zero)”。講碳中和的時候一定要強調，就是這個世界碳太多不好，但是任何人追求零碳是不科學的，因為我們吃的食品、植物生長和光合作用都需要二氧化碳。如果把中國的經(jīng)濟從煤經(jīng)濟轉到天然氣經(jīng)濟或者是甲醇經(jīng)濟就可以減碳67%，那么基本上就可以做到碳平衡了。因此中國講的是“碳中和”，國外講的是“凈零排放”，也就是要排放碳的同時，有別的技術或者措施實現(xiàn)排放平衡到一定水平。

我個人覺得，從中國的天然能源稟賦和工業(yè)基礎來看，中國有很成熟的煤制甲醇技術，只是要產(chǎn)生很多的二氧化碳，因為要補氫以達到甲醇合成所需要的碳氫比，然而通過水煤氣變換將一氧化碳轉化成氫氣的同時會排放二氧化碳。如果那部分的氫可以在西部用太陽能和風能制，同時副產(chǎn)氧氣供煤氣化用，能夠解決很多排放問題；煤制甲醇的工廠里，空氣深冷分離制氧氣的空分裝置是投資比較大的，這塊投資未來省下來可以做太陽能電解水裝置生產(chǎn)氧氣和氫氣供煤制甲醇用，這樣煤轉成甲醇就不用排放二氧化碳，再用甲醇作為能源的載體就可以做到減碳60%以上，這可能是未來比較現(xiàn)實的一條碳中和路線。說穿了是利用現(xiàn)有的基礎設施把太陽能以甲醇液體的形式儲存下來；這是未來風能，太陽能儲能的另外一條途徑。

這樣風能、太陽能雖然貴一點，但煤很便宜，這兩個一中和，成本就可控了。氫氣和二氧化碳做綠色甲醇目前還有一定的成本障礙，如今直接用現(xiàn)有的煤甚至劣質煤制甲醇就可以了。甲醇是一個載體，液體的載體比氣和電載體科學多了。因為，電雖然好輸送但是不好存儲，氫既不好輸送，也不好存儲，只有液體比較方便。

今天氫氣制造很便宜，可一旦壓縮到幾百公斤大氣壓的時候成本就上去了。張家口冬奧會做氫能示范，國家補貼了大量資金，并且目標在未來幾年達到30元/kg的氫氣價格。但是如果在車上用甲醇，就按今天的市場價格買甲醇，每公斤氫氣的成本只有15元。

所以一方面是甲醇制氫的成本低了；另一方面，甲醇常溫常壓下是液體，甲醇站可以用已有的液體加油站改裝。對于一般的加油站，近年可能是6個罐，前期替換成1個甲醇罐、5個汽柴油罐，再過十年，替換成2個甲醇罐，4個汽油罐。這樣整個能源轉型就不需要再花多少萬億去建加氫站和充電樁了。

簡單估算一下布局成本，按照加油站450輛車/天的加注能力，充電站24輛車/天充電能力，小型氫氣加注30輛車/天的能力來測算，假設都建一萬座，甲醇大約需要20億美元，充電站大約需要830億美元，加氫站大約1.4萬億美元，而且這個1.4萬億還沒有考慮地價的因素。

我不認為我們會把花了幾萬億建起來的液體燃料基礎設施毀掉再重新建加氫站和充電樁，沒有必要。石油如果排碳太高，可以用綠色的液體取代，而且我們可以把太陽能和風能轉成液體儲存下來，這就改變了儲能的概念，原來大家多少年花了多少萬億就是研究儲電，但是儲電干了一百年都干不過一個抽水儲電，這條線上再給十億的研發(fā)經(jīng)費，成功的概率也就是萬分之十、千分之一。

電池對小型設備比如說手機非常重要，但是靠電池做大型的儲能要非常謹慎。最近國家也非常注意，把梯級利用的大電站停下來了，因為安全性是一個問題。

電動車和燃料電池的問題在于基礎設施的土地成本問題和冬天續(xù)航問題。現(xiàn)在我們城市里土地很貴，好多人為了拿國家補貼就在郊外搞一個充電站，但是買一輛車如果開車來回一個小時才能到充電站或加氫站，你會買嗎？現(xiàn)在，我國已建成的公共充電樁利用率平均只有4%左右，其中充電樁鋪設最多的北京、上海，使用率僅為1.8%、1.5%。電動車存在里程焦慮且冬天無法滿足供暖，到冬天一遇冷可能會趴窩，要知道全世界80%主要發(fā)達城市位于北緯25度以上，紐約、倫敦、巴黎、莫斯科、東京、北京、多倫多，這些城市都是有冬天的地方，如果一輛汽車只能夏天開冬天開不了，你會買嗎？原來我在北京，為了研究這個，專門找電動出租車坐，上車后我發(fā)現(xiàn)司機大冬天穿著軍大衣、棉靴子，不敢開暖氣。我說把暖氣打開，司機說他不敢。因為不開暖氣，只能跑100多公里，如果開了暖氣，馬上就沒電了，他根本賺不了錢。

如果風能、太陽能和煤炭結合轉成甲醇，我車上永遠裝50升的甲醇就好辦了。今天，在深圳買一個電動車，連廣州都不敢跑一趟。跑到那里沒電了不知道到哪充，即使能找到充電樁，可能也要等一個小時，而快充對電池的破壞很大。怎么辦？我們現(xiàn)在想辦法給電動車賦能。反正晚上回家停車，你在停車位邊安一個比較小的慢充裝置，幾百塊錢就行了。你把它充滿，但是車上永遠裝50L的甲醇，就相當于你晚上睡覺把手機充滿，同時還帶了一個充電寶。沒電的時候，就可以用車上的甲醇和水制氫，用氫發(fā)電。這樣根本不需要再建那么多充電站和加氫站，而且甲醇和水反應只需要200多度，它的余熱就可以把電池維持在一定的溫度，也解決電動車冬天的續(xù)航里程問題。

霧霾的元兇在哪里？

還有一個碳中和的路線，是跟霧霾相關的。

這些年，我一直在研究霧霾。我對霧霾有親身體會。如果一直在北京生活我們可能感覺不到，但我家在南加州，早些年回國后，每次從洛杉磯到北京以后，那種強烈的對比讓我覺得一定要把中國的霧霾給治理好。

霧霾包括一次顆粒和二次顆粒?；剂先绮裼腿紵龝r尾氣中直接排放的顆粒是“一次顆粒（Primary Particulates）”，占霧霾總量的24%左右。對霧霾貢獻比較大的是“二次顆粒(Secondary Particulates)”占到其總量的約50%左右。“二次顆?！笔腔剂先紵矚庵械臍鈶B(tài)污染物（如NOx、SOx）和揮發(fā)性有機物（VOC）進入大氣后，在一定的水霧狀態(tài)下與空氣中的氨及VOC等物質發(fā)生氣溶膠反應形成的顆粒。氮氧化物在天空遇水就變成硝酸，硫氧化物氧化遇水就是硫酸。如果我們不使用化肥就只能形成酸雨形不成霧霾。然而大量使用化肥向大氣中釋放了一定規(guī)模的氨，氨在大氣中呈堿性，酸堿中和生成硝酸銨鹽、硫酸銨等固體細顆粒，這些細顆粒才是PM2.5的主要來源。頭發(fā)絲大概是70微米左右，肉眼的分辨率在60微米左右，一個PM2.5的顆粒是看不見摸不著的，但是當無數(shù)個PM2.5懸浮在天空中就可以遮天蔽日。

這兩年國家在脫硫脫硝上花了上萬億，取得非常大的進展，但是到冬天還有霧霾，一個重要因素是使用化肥以及氨排放沒有得到足夠的重視。化肥的排放就是氨的排放。

化肥有它的問題和弊性，它使用一年、兩年、三年、五年沒問題，但是用了三十年、五十年以后，問題來了。早些年硝酸銨、磷酸銨強酸弱堿，氨被吸收，酸留到土壤里面，引起土地酸化，把土壤中的細菌殺死，引起大面積的土地板結。

另外，用了化肥三十年、五十年后的土壤長出來的蔬菜看著個大皮厚，但吃著沒有味道了。什么原因？因為決定食品營養(yǎng)和味道的是生長作物的半米左右深的土壤中微量元素和礦物質的含量。土壤中有很多礦物質不溶于水，但是一遇到酸，會發(fā)生酸浸，浸三五十年以后，當半米深的土壤中這些微量的礦物質都沒有了的時候，食品不可能不變。

對比1960年的玉米和2013年的玉米情況。1960年是純粹自然生長的，2013年的是化肥催大的，看著個大飽滿，但是每100克里面鈣含量下降了78%。人類大量使用化肥和農(nóng)藥，導致土壤中的微量元素不斷下降，并伴隨著哮喘、心臟病、癌癥等疾病的增加。

中國自1978年改革開放之后，開始大量開始使用化肥，到大概2011年化肥產(chǎn)能接近峰值。這期間全中國糧食增產(chǎn)了87%，但化肥使用量增加到682%。每噸糧食產(chǎn)量需要0.1噸的化肥。2017年全國農(nóng)作物總播種面積1.6億公頃，平均化肥施用強度為352公斤/公頃，福建、海南、北京、廣東等省市分別為751、724、707、611公斤/公頃；而國際警戒線值為225公斤/公頃（世界平均水平為120公斤/公頃）。

其實隨經(jīng)數(shù)百萬至數(shù)千萬年，物質不滅，土壤中寶貴的微量元素及礦物質是以煤炭的形式保留至今的。煤炭中可燃的部分，基本都是通過光合作用二氧化碳形成的；不可燃的部分從哪里來的？就是遠古時期樹根吸收的寶貴的礦物質、微量元素。但這些東西不能用火燒掉，一千多度以后它們就形成了玻璃狀的琉璃瓦。