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刘科院士:发展绿色清洁能源造福人类

 

中国面临严峻的环境能源挑战

目前,中国面临严峻的环境能源挑战:石油储备不足,大量依赖进口;大量的煤、劣质油品及化肥使用造成雾霾环境污染问题;大量使用化肥使用导致土地板结、酸化和食品安全问题,进而导致癌症和疾病爆发。

三年前,我曾经在环球时报写了一篇《雾霾的元凶与治理》的文章,尽管空气污染的原因很多,但是最主要是这三个:第一是煤,但不是所有煤炭。因为大电厂里可以把煤处理得比较干净。但是中国有一个特殊情况,全国有近70万台中小锅炉每年烧掉大约7.5亿吨散煤,烧完直接排放,不经过任何脱硫脱硝。一个大电厂如果脱硫效果是99%,烧一吨散煤相当于大电厂烧100吨煤的排放,污染是100倍。因为散煤是中国特色,政府曾经强制煤改气,结果天然气价格涨到了美国6倍,在这种情况下,中小企业承受不了这个成本,导致学校停课甚至很多企业倒闭,因为它原来煤锅炉不能烧了,天然气又烧不起,导致煤改气难以实施。

 煤改气肯定不是最好的答案,治理雾霾必须把煤处理干净后再烧才是最佳方案。就像石油一样,如果不炼油直接拿原油烧的话,污染比煤更大。

这两年,煤炭的脱硫脱硝做得好很多了,但是雾霾没有大幅降低,其中一个很重要原因往往不为大家注意,那就是空气中的氨浓度没有降下来。氨从哪里来的?就是使用化肥导致的。撒完化肥后,一挥发氨分子就会散发到天空中。

化肥的危害往往被大家忽略

化肥不光对雾霾有巨大“贡献”,还对土地有很多破坏。最早的化肥,硝酸铵、磷酸铵都是强酸弱碱,化肥中的氨仅有一半被植物和土壤吸收,另一半跑到空气里了,这是为什么有雾霾的一个重要因素。同时,化肥的酸流到土地里,导致土地每年酸化一点,积累30年到50年后,酸化到可以把土壤里的细菌杀死,引起土地板结。中国有些地方土壤,里面含有重金属,但是土壤微碱性的时候,重金属就不会转移到食物链,当土地酸化后,重金属遇酸就能变成粒子,一旦转变成粒子,植物根部就可以吸收,就会带来毒大米、重金属污染等问题,严重影响食品安全,人类的骨畸形、心脏病、肥胖、哮喘、癌症随之上升。

为什么中国土地板结和雾霾这么严重?是因为化肥使用量太大,中国每亩化肥使用量是世界平均水平的4倍。所以把化肥使用量减下来,不光是雾霾问题,同时还是保护土壤的问题。

如何保护土壤?其实很好解决,只需将煤炭在燃烧前进行分离处理,将不可燃的颗粒还回土地就可以了,这种不可燃的颗粒PH值是8.8,加回土壤里,就可以增加土壤的微量元素和肥力,降低酸度,增加植物自身光合作用,让植物生长更快,形成一个大自然的良性循环。

同样,一旦把煤炭里不能燃烧的杂质去掉以后,就变成了高能量密度的清洁燃料,对大气污染就很小了,这样就能从源头解决煤炭污染问题和化肥污染问题,一举两得。

电池处理不好将导致环境灾难

中国现在车辆拥有量非常大,所以汽车污染也很大。同时,中国是农业大国,中国有很多老旧柴油机。现在欧洲柴油技术跟20年前完全不一样。国内这些老旧柴油机再加上劣质柴油,污染也很大。

为此,未来汽车怎么发展就变成了大家很关注的问题,其中最关注电动车。但是,电池从发明以来100多年来没有革命性突破,大量普及存在困难。

电动汽车有一点很重要,大家没有注意,就是电动车报废后电池回收问题,现在的回收成本很高,没有人愿意处理。目前,电池回收技术没有解决,回收起来得到金属的成本比从矿石提炼高得多。

 电池是有毒的东西,生产过程也会产生大量剧毒物质,试想几百万辆车最后跑不动了,每辆车近一顿重的电池,该如何回收?这个回收成本很高,除非政府花大价钱。今天补贴电动汽车,最后留下一大堆污染物还得处理,将来处理不好将导致环境灾难,剧毒的东西最后污染了土壤,意味着食品也被污染。

 甲醇很可能是未来能源的载体

因此,在电池能量和回收技术没有革命性突破的时期,最好采用甲醇燃料,因此中国天然气很丰富,很容易转化为能量密度更高、风险更低的甲醇。因此,完全可以用甲醇来取代汽油,这个在中国已经很成功了,中国四省一市都在示范甲醇汽油。

但是货车等大型车辆基本使用柴油机,污染也比小车更高,如果使用甲醇将变得非常清洁,因为燃烧后只有二氧化碳和水。国际学术界一直认为甲醇不可能在柴油机里烧,但这个问题已经被我们解决了,已经获得了专利,全世界第一台烧100%甲醇的柴油机在我们实验室成功点火,7天24小时不熄火。 一旦甲醇在柴油机上推广,就解决了柴油机的燃料和污染两个问题,可以很便宜地解决汽车工业现在很多问题,这应该是今后方向。

其实,甲醇不仅可以用天然气做,还可以用煤来做,技术非常成熟。短期之内可以把甲醇取代汽油、柴油,作为内燃机燃料,解决雾霾污染问题。长期下来,甲醇还可以继续做氢燃料电池的来源,这也是我们一直在推动的甲醇制氢技术。

为此,我认为甲醇很可能是未来能源的载体,因为甲醇还可以用二氧化碳来做,你只要有电,就能源源不断生产出来。我永远支持电动车的研发,国家应该补贴技术上研发。而且技术革命不可预测,也许某一天,电池革命性的技术就突破了。