如今，空氣污染、溫室效應(yīng)、氣候變化，令石油、煤炭等傳統(tǒng)化石能源失去昔日光環(huán)；消耗巨大、儲(chǔ)量有限，更是讓能源危機(jī)的陰影籠罩世界。

我國(guó)作為世界最大的發(fā)展中國(guó)家，能源需求仍在持續(xù)增長(zhǎng)，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)也存在較大問題。2018年，我國(guó)能源消費(fèi)中煤炭占59.0%。石油和天然氣雖然比重較小，但是對(duì)外依存度很高。貧油、少氣、煤炭較多，我們?nèi)绾纬浞职l(fā)掘煤炭的潛力，保障能源安全？黑色的煤炭能否給我們帶來綠色的驚喜？

迎接能源革命，新能源百花齊放，氫能更是備受矚目，甚至被譽(yù)為解決未來人類能源危機(jī)的終極方案。然而，目前氫能技術(shù)尚未成熟，還面臨成本高，效率低等諸多難題，氫能社會(huì)離我們還有相當(dāng)距離。氫能發(fā)展目前遭遇到哪些技術(shù)瓶頸？我們?cè)撊绾瓮黄疲?/span>

面對(duì)重重難題，催化技術(shù)被寄予厚望。催化是一種化學(xué)作用，它可以改變化學(xué)反應(yīng)的難易程度和速度，是自然界中普遍存在的重要現(xiàn)象。比如消化、發(fā)酵等過程都離不開各種酶的催化。而在工業(yè)生產(chǎn)中，絕大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)也都是在催化劑的作用下進(jìn)行的。那在能源領(lǐng)域，催化技術(shù)如何大顯身手？如何通過催化技術(shù)破解現(xiàn)實(shí)中的種種能源難題？

《中國(guó)經(jīng)濟(jì)大講堂》特別策劃“奮斗在科技前沿”系列節(jié)目，特邀重量級(jí)嘉賓中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)校長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士包信和為您深度解讀《破解能源危機(jī)的金鑰匙是什么？》

（來源：中國(guó)經(jīng)濟(jì)大講堂 ID：cctvzgjjdjt 演講：包信和 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)校長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士）

嘉賓簡(jiǎn)介

包信和，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)校長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士。他長(zhǎng)期從事催化基礎(chǔ)理論研究和新型催化材料的創(chuàng)制，以及能源清潔高效轉(zhuǎn)化過程的研發(fā)，在納米催化基礎(chǔ)、天然氣和煤基合成氣高效轉(zhuǎn)化等方面取得了一系列重要研究成果，多次獲得國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)。面對(duì)我國(guó)“貧油、少氣、相對(duì)富煤”的狀況，他立志未來能夠像加工石油那樣加工煤炭。為了這個(gè)目標(biāo)，他偏于一隅，甘坐15年冷板凳。研究成果顛覆了90多年來煤化工一直沿襲的傳統(tǒng)路線，有望使煤化工水耗和能耗大幅降低，被業(yè)界譽(yù)為煤轉(zhuǎn)化領(lǐng)域“里程碑式的重大突破”。

今天我想從科技工作者的角度跟大家討論一下，關(guān)于經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

好多環(huán)境問題都是和能源有關(guān)系的，能源又離不開化學(xué)。那么我們現(xiàn)在從化學(xué)家的角度來看，未來的能源世界會(huì)是一個(gè)什么樣子呢？在綠色可持續(xù)發(fā)展當(dāng)中，化學(xué)到底能做些什么事？這里面最重要的一件事情就是催化科學(xué)。我們都是搞化學(xué)的，我們很自豪。我們一直都在講化學(xué)是中心科學(xué)，我們生活在一個(gè)化學(xué)時(shí)代。

在整個(gè)能源環(huán)境當(dāng)中，實(shí)際上我們化學(xué)一直在做的就是這三個(gè)元素：一個(gè)是碳，一個(gè)是氫，一個(gè)是氧。碳跟氧結(jié)合，氧多了就是二氧化碳；碳跟氫結(jié)合起來就是烴類，烴類就是我們的油品，我們的化學(xué)品；氫跟氧結(jié)合起來就是水，或者就是其它一個(gè)水，我們化學(xué)基本上就是做這樣一件事兒。

催化是化學(xué)當(dāng)中的一個(gè)非常重要的領(lǐng)域。大家可以看到，不管是電解水也好，轉(zhuǎn)化反應(yīng)也好，處理二氧化碳也好，沒有哪一件事情會(huì)離開催化這件事。

催化如何促進(jìn)綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，要聚焦在這三個(gè)方面：一個(gè)就是化石資源的優(yōu)化利用，就是我怎么把化石資源利用好；第二個(gè)事情就是我們有沒有可能把二氧化碳利用起來；第三個(gè)事情，也是現(xiàn)在大家比較關(guān)心的事情，就是氫能做燃料電池，我們到底怎么看這樣一件事兒。首先來看看我們國(guó)家整個(gè)的能源環(huán)境，關(guān)于綠色發(fā)展都遇到了哪些挑戰(zhàn)？

“貧油、少氣”，如何通過催化發(fā)掘煤炭的巨大潛力？

世界上能源結(jié)構(gòu)的比例是三分之一左右是煤，三分之一左右是石油，再三分之一左右是天然氣，大概還有一部分是可再生能源。但是對(duì)于中國(guó)來說，情況就不一樣了。

中國(guó)在能源結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)期以來一直是以煤為主導(dǎo)的，甚至有些地方的煤可以達(dá)到80%。但通過現(xiàn)在這幾年的變化，我們使用煤的情況在能源結(jié)構(gòu)里面的占比逐步降低了，去年煤的使用大概就占到60%左右。按照現(xiàn)在石油開采的量，中國(guó)探明的可開采的石油大概可以采十二年，天然氣大概是三十年左右，煤多一點(diǎn)，大概就是四、五十年的樣子，或者是更多一點(diǎn)。

而從對(duì)外依存度來看。比如說現(xiàn)在我去加一箱油，70%左右是進(jìn)口的，30%是我們中國(guó)自己開出來的；天然氣大概45%左右是進(jìn)口的， 50%左右是我們自己開出來的。中國(guó)的能源強(qiáng)度非常高，能源強(qiáng)度是什么意思呢？一萬美元的GDP（國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值），我們中國(guó)消耗的能源跟國(guó)外消耗的能源不是可比的。本世紀(jì)初的時(shí)候，我們消耗的能源大概是日本的8—10倍。也就是說，我們生產(chǎn)一萬美元的GDP（國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值），我們消耗比如說是8份的煤，日本人可能就消耗1份的煤。所以我們的效率確實(shí)是非常之差的，再加上由于燒煤這個(gè)事兒，對(duì)我們的空氣、水的污染非常之大。

到底中國(guó)怎么發(fā)展？從2000年到2018年中國(guó)石油、天然氣的對(duì)外依存度數(shù)據(jù)來看，所謂依存度，就是我們到底要進(jìn)口多少？2018年我們進(jìn)口的天然氣大概是45%，進(jìn)口的石油依存度大概是70%。但我們現(xiàn)在一年開發(fā)多少油呢？大概最大的產(chǎn)出量不到2億噸，現(xiàn)在差不多1.9億噸這個(gè)樣子，但我們要用到6億噸這樣的油。接下來我們肯定是開發(fā)不了這么多，但對(duì)于中國(guó)來說，真正資源占比比較大的，相對(duì)來講就是煤。

自然界有它的一個(gè)安排，中東那一塊油多，中國(guó)這一塊相對(duì)來講就是煤多。有些煤礦里面，十幾米全是煤，就堆在那個(gè)地方，我們?cè)儆脵C(jī)器去把它挖出來就是煤，而且就是好煤。所以對(duì)我們中國(guó)來講，有一件事情是很有必要做的，而且是戰(zhàn)略性的，就是怎么把我們已有的資源，把我們的煤變成我們有少的油、天然氣或者我們的化學(xué)品。這塊東西美國(guó)人不做，因?yàn)樗麄兊挠?、天然氣很多，它根本不?huì)要用煤來做這個(gè)事兒。歐洲人做不做呢？歐洲人也不做。所以實(shí)際上這一塊東西，就是非常有中國(guó)特色的，我們是一定要將此作為我們戰(zhàn)略的儲(chǔ)備。

但做完以后是不是馬上就開成工廠大量生產(chǎn)？這個(gè)不一定，要看經(jīng)濟(jì)情況。經(jīng)濟(jì)有需求我就用它，經(jīng)濟(jì)沒有需求我就不去用，但是我們一定要知道怎么做能把煤變成油，或者變成化學(xué)品，這個(gè)是我們一直在做的。我想我們?cè)谧目赡芤灿泻芏嗳艘苍谧鲞@件事，而且這件事情還是中國(guó)人做得最好。比如煤制油這一塊，我們中國(guó)16萬噸年產(chǎn)量，煤制油做了好多，我們中國(guó)最大的一個(gè)煤制油的工廠在寧夏的寧東這塊地方。最大的一個(gè)裝置一年可以供我們生產(chǎn)400萬噸油，這個(gè)量就是很大的。

中國(guó)還做了一件事就是把煤先變成甲醇，然后再把甲醇變成烯烴。烯烴是一種碳和氫組成的化合物，它是重要的化工基礎(chǔ)原料。廣泛用于生產(chǎn)塑料、橡膠、服裝、汽車、家具、裝飾材料、包裝材料等多種產(chǎn)品。在工業(yè)上，烯烴主要通過石油裂解來生產(chǎn)，也可以通過甲醇、乙醇等其他原料等制取。如果能直接利用煤生產(chǎn)烯烴，可以大大降低石油的消耗。

煤變成甲醇以后，再把甲醇變成烯烴，然后再把它變成聚烯烴，整個(gè)這是一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。以前烯烴我們都是怎么來的呢？都是煉油過程當(dāng)中產(chǎn)生的石腦油，把石腦油裂解變成烯烴。10噸的原油大概可以煉3噸的石腦油，3噸的石腦油可以煉一噸的烯烴，10噸的原油才能搞出一噸烯烴來。我們中國(guó)大概一年消耗烯烴大概就4000萬噸左右，也就是說煉油能力就要到4億噸才能夠做這樣一件事。現(xiàn)在呢大家可以看到，有1000多萬噸我們可以從煤中來，這解決了很大的一個(gè)問題了。所以這個(gè)對(duì)中國(guó)人來說是很重要的。

但是一談到煤這件事吧，好多地方都打怵，為什么打怵呢？一個(gè)是因?yàn)槊河形廴荆粋€(gè)就是中國(guó)還缺水。大家都知道，可能有些人對(duì)這個(gè)煤化工了解，要搞煤化工它一定要用水。我們到底怎么來解決這樣一個(gè)問題？那么我先給大家看一看煤是一個(gè)什么樣的東西，別以為煤就是個(gè)炭，不是的。你要把煤仔仔細(xì)細(xì)看到里面，它有很多分子。自然界經(jīng)過光合作用，把二氧化碳跟水什么東西弄在一起，氫同碳弄在一起就變成不同的芳烴。這樣一個(gè)烴的分子后面再埋在地下去以后，這些分子慢慢就在這個(gè)里面了，這些分子好多都是我們需要的。

那么大家在想，有沒有可能直接把煤用催化劑把它像剪刀一樣剪下來，變成我們需要的東西呢？大家知道，石油煉制它是用催化劑把這個(gè)油品剪斷以后，拿出我們需要的東西來。那么哪一天有沒有可能這個(gè)煤也找到一個(gè)催化劑，或者怎么樣把它剪斷，不就是我們需要的東西了嗎？

1924年，有兩個(gè)德國(guó)人，一個(gè)叫弗朗茲·費(fèi)歇爾，一個(gè)叫漢斯·托羅普施，他們就把這個(gè)過程弄出來，叫“費(fèi)托過程”。九十多年來，一直是這樣一個(gè)過程?！百M(fèi)托過程”是怎么做的呢？是用一個(gè)水跟這個(gè)一氧化碳反應(yīng)，變成了一個(gè)氫氣加二氧化碳，就是水煤氣變化反應(yīng)。那接下來再用這個(gè)氫氣把這個(gè)一氧化碳的氧給拿掉，變成了水，一氧化碳跟氫反應(yīng)就變成了CH2（低碳烯烴）。那我們現(xiàn)在做了個(gè)什么事呢，這十幾年我們就做了一件事兒，就是不用費(fèi)托反應(yīng)這個(gè)催化劑了，而用另外一種氧化物作為催化劑。就直接用催化劑把這個(gè)一氧化碳跟這個(gè)氧反應(yīng)，變成了二氧化碳，這個(gè)碳跟這個(gè)氫反應(yīng)變成了這個(gè)東西。那么一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是不用水了，再循環(huán)是沒有了；還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是把這三步的反應(yīng)最后就變成一步了。

現(xiàn)在世界上做得最好的，比如說做烯烴，也就做到58%的低碳烴選擇性。那我們就用這個(gè)反應(yīng)去做，因?yàn)樗x擇性高了嘛，它一下可以做到百分之九十幾的低碳烴選擇性。大家知道，這個(gè)百分五十八同百分九十幾可是差別很大了。這件事情出來以后，我們不光是就做這樣一個(gè)反應(yīng)，我們把這個(gè)概念進(jìn)一步推廣，它實(shí)際上是一個(gè)平臺(tái)，最起碼可以少用水，少排二氧化碳，少耗能，因?yàn)檫@個(gè)過程就節(jié)能，而且它的反應(yīng)選擇性高。所以這個(gè)過程也就是一個(gè)綠色的過程，我為什么講催化能夠來支撐綠色發(fā)展呢？支撐這個(gè)協(xié)調(diào)發(fā)展呢？那這個(gè)也就是我們做的一件事，就通過催化在煤化工當(dāng)中來支撐綠色發(fā)展這樣一件事。

全球變暖已成為制約人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要障礙，溫室氣體排放將導(dǎo)致全球平均氣溫上升，引發(fā)冰蓋融化、極端天氣和海平面上升，危及人類生存。二氧化碳是當(dāng)今最主要的溫室氣體，也是人類面臨的最大挑戰(zhàn)之一，聯(lián)合國(guó)專門針對(duì)二氧化碳減排進(jìn)行過諸多努力。但是，在科學(xué)家眼中，二氧化碳除了危害，還是一種儲(chǔ)量豐富的“碳源”，如果能借助科技手段將其“變廢為寶”，不僅能緩解碳排放引發(fā)的溫室效應(yīng)，還將循環(huán)利用，成為理想的能源補(bǔ)充形式。如何將溫室效應(yīng)的元兇，變成我們可持續(xù)發(fā)展的資源呢?

催化能否將溫室氣體二氧化碳變廢為寶？

什么叫溫室效應(yīng)？我們小時(shí)候在鄉(xiāng)下買棒冰，賣棒冰的人會(huì)把這些棒冰擺在一個(gè)箱子里，上面用被子把它蓋好，當(dāng)有人來買了，幾分錢一根就拿走了。我小時(shí)候就一直就想不大通，為什么要把棒冰用被子蓋起來呢？棒冰不是怕熱嗎？用被子蓋起來不是更熱了嗎？因?yàn)槲覀兤匠６加羞@種印象，我們冬天天冷才蓋被子，為什么要把棒冰蓋著被子拿出來賣呢？我后來慢慢就知道了，實(shí)際上，蓋被子是為了隔熱，使熱量不散發(fā)出去，達(dá)到保溫的效果。所以現(xiàn)在大家就認(rèn)為，二氧化碳多了以后，就在我們的大氣層上面產(chǎn)生一個(gè)像被子一樣的東西，把地球給蓋上了。但地球的能量從哪來的呢？是從太陽來的，太陽的能量有很大的一部分是要通過紅外光散發(fā)到大氣當(dāng)中去的，以此來保持地球溫度基本平衡。那么，假如說給地球蓋上一個(gè)“被子”，不管厚的、薄的，那來自太陽的能量散發(fā)起來不就是難了嗎？地球溫度不就增加了嗎？所以根據(jù)這個(gè)理論就說，二氧化碳是溫室氣體。

世界上大概一年要將400億噸左右的二氧化碳排放到大氣當(dāng)中去。早年中國(guó)的二氧化碳排放量是非常低的，總量非常低，人均排放就更低，那個(gè)時(shí)候歐美這些發(fā)達(dá)國(guó)家排放的量是很大的。這幾年以后，這個(gè)量慢慢在增加。改革開放以后，在經(jīng)濟(jì)有了大的飛躍以后，我們的二氧化碳排放量是非常大的。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2018年的數(shù)據(jù)來看，中國(guó)每年要排100億噸左右的二氧化碳，其中工業(yè)排放的二氧化碳特別多，以煤為主的這樣一個(gè)能源結(jié)構(gòu)使中國(guó)在環(huán)境方面的壓力非常大。

國(guó)際社會(huì)就坐在一起商量，大家認(rèn)準(zhǔn)了二氧化碳是溫室氣體，它會(huì)對(duì)地球的溫升包括環(huán)境有很大的影響。那么大家就在考慮要限制二氧化碳的排放。西方人就說要先限制，先把一個(gè)總量控制好，先把該減的減下來。所以，不管是《巴黎協(xié)定》也好，氣候談判也好，中國(guó)都在其中發(fā)揮了很大的作用。最后我們中國(guó)認(rèn)為，西方發(fā)展得比較早，而二氧化碳在大氣層中可能都是經(jīng)過百年或者幾百年排放的積累了。那么，現(xiàn)在中國(guó)要發(fā)展了，而西方突然限制了，我們就變成不能排放了。曾經(jīng)有一段時(shí)間飛機(jī)飛到歐洲去要收碳稅的，不收碳稅就不讓飛機(jī)降落，因?yàn)轱w機(jī)排放二氧化碳。所以，萬一未來哪一天世界上都說二氧化碳是一個(gè)問題，中國(guó)人排放了三分之一的二氧化碳，一定要收中國(guó)人的稅，我們還真沒辦法解決，是吧？

大家又在說了，我能不能用能源，但是不排二氧化碳呢？但是我們知道，只要是用了化石能源，碳加氧總要產(chǎn)生二氧化碳。一噸的煤就要排放兩、三噸以上的二氧化碳。還有人說，二氧化碳是能量來的，那么我就少用能，但少用能的話對(duì)發(fā)展來說是不是就有問題了呢？我們中國(guó)就想對(duì)國(guó)際社會(huì)承諾，二氧化碳排放與發(fā)展是有關(guān)系的，但并不是說少排了二氧化碳發(fā)展就一定慢了。從這個(gè)地方來看，減少二氧化碳的排放和發(fā)展之間的關(guān)系也不是完全對(duì)應(yīng)的，也就是說我們還是要想辦法用可再生能源，少排二氧化碳，這樣就對(duì)國(guó)際社會(huì)、對(duì)大家都有好處。

但是現(xiàn)在假如說可用的可再生能源也不多，現(xiàn)在二氧化碳也都排出來了，或者馬上還要排二氧化碳怎么辦呢？美國(guó)人就想了個(gè)辦法，叫CCS，即二氧化碳捕獲和封存技術(shù)，將產(chǎn)生的二氧化碳收集起來，把它變純了之后再把它壓縮。我們不是已經(jīng)開了那么多煤礦嗎？我們最后能不能把這些壓縮的二氧化碳藏到礦井里面去，或者藏到巖石里面去？還有人說藏到海底去。美國(guó)人用的這個(gè)方法叫CCS（二氧化碳捕獲和封存技術(shù)），要花很多錢，大家都在做這件事。

大家判斷一下，將壓縮的二氧化碳擺到巖層下面去或者擺到什么地方去，這個(gè)事情是不是靠譜呢？當(dāng)然要是保存得好的話也是蠻好的。但萬一哪天地震了或者什發(fā)生什么自然災(zāi)害呢？關(guān)鍵問題是什么呢？就是費(fèi)用特別大，大到什么程度呢？比如說，我們現(xiàn)在最高的發(fā)電廠的能源效率大概是50%左右，一半的廢熱散掉了，還有一半就是發(fā)電了。假如用這個(gè)方法去弄，以后發(fā)電效率就變成40%，也就說有10%的能源都去處理二氧化碳了，那這個(gè)事情到底是不是合適呢？

但是現(xiàn)在也在研究，也沒有哪個(gè)地方大規(guī)模地做這件事。但馬上就會(huì)有人問了，我們能不能把二氧化碳用起來呢？最近還有人在做什么事呢？就是在電催化轉(zhuǎn)化上面二氧化碳加甲烷這兩個(gè)共轉(zhuǎn)化以后，變成化學(xué)品甲醇，將來再變成乙烯、乙醇這樣的東西。假如說未來直接用電把二氧化碳在電極上面用水或者甲烷這樣?xùn)|西，就能變成我們需要的化學(xué)品，我認(rèn)為這個(gè)過程還是可行的。因?yàn)殡娀瘜W(xué)過程規(guī)模做得比較大的，而且它的法拉第效率相對(duì)講比較高，專一性比較強(qiáng)。實(shí)際上重要的一件事情是什么呢？就是把二氧化碳轉(zhuǎn)化這件事可以看成一個(gè)儲(chǔ)能的過程。也就是說，你把風(fēng)能弄來，把二氧化碳變成甲醇，實(shí)際上就是把這個(gè)光電風(fēng)產(chǎn)生的電能，最后就變成了甲醇，把能量?jī)?chǔ)存到甲醇里面，甲醇再一燃燒就獲得能量了。

很多人就暢想，未來有沒有可能做成一個(gè)樹葉，因?yàn)闃淙~是通過光合作用把水、二氧化碳變成我們需要的烴類了。那么未來有沒有可能用人造樹葉直接進(jìn)行轉(zhuǎn)化？還有人就用一個(gè)光反應(yīng)器，直接把二氧化碳、水加進(jìn)去，光一照，在催化劑上面，我們就可以得到燃料、油品。這些有沒有可能在可再生能源場(chǎng)景下轉(zhuǎn)化二氧化碳呢？我自己認(rèn)為是可能的，但什么時(shí)候能實(shí)現(xiàn)就不知道了，就得要靠大家來共同做這個(gè)事兒。我想大家都是任重道遠(yuǎn)，這個(gè)事情在科學(xué)上都是可行的，但怎么把這些事情變成一個(gè)實(shí)際的過程，要大家去費(fèi)很多勁來做這件事，所以這是一個(gè)美好的愿景。

人類對(duì)能源的追求永無止境，而各種新銳能源正演繹著各自的風(fēng)云，試圖在未來的能源體系中占據(jù)主導(dǎo)地位，氫能就是其中之一，它被稱為21世紀(jì)的終極能源。在人們的期待中，氫能取之不盡、清潔高效，還不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳這種溫室氣體，不會(huì)有化石能源的枯竭焦慮。

2018年我國(guó)將氫能源及燃料電池的產(chǎn)業(yè)定為發(fā)展元年，日本也成為全球首個(gè)將氫能發(fā)展定為國(guó)家戰(zhàn)略的國(guó)家。但是，不可否認(rèn)的是，現(xiàn)在的氫能還不是最方便、最實(shí)用的能源，很多卡脖子的技術(shù)問題還制約著氫能的廣泛應(yīng)用。未來，我們?nèi)绾谓鉀Q氫氣主要依靠化石能源制備的問題？怎樣突破氫燃料電池的耐久性和氫氣的儲(chǔ)存問題？2050年，將氫氣作為新能源的愿景能否實(shí)現(xiàn)？

催化能否助力氫能社會(huì)早日到來？

現(xiàn)在社會(huì)上一直在講氫能，還有氫能經(jīng)濟(jì)、氫能社會(huì)，都在講這樣的事情。但是我們搞化學(xué)的人要有個(gè)判斷，氫能到底會(huì)是怎么樣？未來會(huì)怎么走？在什么情況之下我們才能說氫能這件事？

我們看看氫能到底是怎么一回事。

當(dāng)能源碳跟氧反應(yīng)，比如說當(dāng)空氣和汽油、柴油等燃料一混合，遇到火花就會(huì)發(fā)爆炸，這樣的爆炸在氣缸內(nèi)進(jìn)行，會(huì)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?，推?dòng)活塞做功，內(nèi)燃機(jī)就是這樣來的，它所產(chǎn)生能量大概效率是是百分之三十幾這個(gè)樣子，還有百分之六十幾就損失掉了。

碳是自然界里就有的，我們是能夠挖出碳來的，但是它產(chǎn)生溫室氣體——二氧化碳。所以大家可以看到，自然界它還是很平衡、很公平的，有的東西一定會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生不好的東西出來。

氫很好，跟氧一反應(yīng)就能生成水，但是問題就是在自然界當(dāng)中，氫是不存在的。氫可以用于燃料電池，而且它的運(yùn)行效率很高，可以達(dá)到60%，但是自然界當(dāng)中沒有氫氣。我們從沒聽說有人可以在什么地方挖到一個(gè)氫氣礦出來。所以，雖然氫能的利用會(huì)產(chǎn)生水，沒有污染，但是氫這個(gè)原料在自然界是沒有的。

為什么人們會(huì)想到利用氫這回事呢？大家可以看到，從我們?nèi)祟惖哪茉窗l(fā)展來講，最早是木材，木材基本上就是碳，也含有一點(diǎn)點(diǎn)氫；后面是煤炭，煤炭里面大概是兩分碳一分氫；再到后面發(fā)展到石油，石油大概是兩分氫一分碳；再后面就是天然氣，天然氣是四分氫一分碳。從這個(gè)發(fā)展過程看下來，基本上人類的能源發(fā)展是逐步向氫碳比高的方向邁進(jìn)的。

氫氣在自然界當(dāng)中是沒有的，但是水通過電解可以產(chǎn)生氫氣，而且它可以跟可再生能源連在一起。有這些條件以后，大家就認(rèn)為氫可能是未來非常重要的一個(gè)能源。未來，氫能在我們的能源體系當(dāng)中可能會(huì)起到什么樣的作用？現(xiàn)在的能源體系是怎么做的呢？化石能源，我們可以把它變成液體材料，像油這樣的東西，最后到終端用戶。還有一個(gè)很重要的事兒，就是化石能源可以發(fā)電，變成電能以后到終端用戶。但我想未來再怎么變，電總不會(huì)少，核能也好，光也好，風(fēng)也好，電是不能少的。

但是電力能不能開飛機(jī)呢？現(xiàn)在還沒有這樣的飛機(jī)。假如說未來有了氫燃料電池可以開飛機(jī)、開船，就類似于跟油差不多一樣的道理了。所以在未來能源體系當(dāng)中，氫就有可能替代現(xiàn)在液體燃料的角色。要把氫能這一塊做起來，會(huì)有個(gè)很長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈。

首先自然界是沒有氫氣的，你要制備出氫氣出來，接下來儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)換、應(yīng)用。所以大家可以看到，整個(gè)一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈有好多作研究的人在做這么一件事。比如制備過程，制氫的方法很多，通過化石能源 、水電解、化工原料、工業(yè)尾氣等。全世界一年大概用5000億立方米的氫氣，非常遺憾的是在這個(gè)制氫結(jié)構(gòu)當(dāng)中，4%是從可再生能源來的，96%是化石能源來的。使用化石能源就要排放二氧化碳，所以，要想發(fā)展氫能經(jīng)濟(jì)燃料電池，就一定要跟可再生能源連起來。

未來可以從可再生能源發(fā)展，用光、風(fēng)、核能把水電解變成氫，只有在這個(gè)時(shí)候，整個(gè)氫能才能夠被利用起來。所以我要套用一句廣告詞，自然界當(dāng)中實(shí)際上是沒有氫的，沒有氫能的，氫能實(shí)際上就是可再生能源的搬運(yùn)工，把可再生能源從這里搬到那里而已。

那么氫能利用我們到底有什么卡脖子的事情？搞了這么長(zhǎng)時(shí)間，為什么就沒有搞起來呢？這個(gè)問題到底在哪里呢？

大家可以看到，一個(gè)是制造技術(shù)， 怎么把燃料電池制造得非常之可靠。氫跟氧在這個(gè)燃料電池上面它是不反應(yīng)的，它一定要有催化劑。催化劑是什么呢？貴金屬催化劑，用鉑、鈀、釕這樣的東西。這個(gè)貴金屬呢，它是吸附氫或者吸附氧，解離以后呢，氫氧才在表面反應(yīng)，反應(yīng)以后再電子傳遞才會(huì)發(fā)電。所以大概算了算，現(xiàn)在最好的就是這樣一個(gè)技術(shù)，依靠現(xiàn)在的條件，一部車子大概需要50克左右的鉑。你們現(xiàn)在誰有一個(gè)白金的項(xiàng)鏈或者一個(gè)戒指，50克重也不這么容易吧？搞一個(gè)車子就要50克。出點(diǎn)錢倒沒什么問題，比如現(xiàn)在有錢的，50克能有多少錢呢？50克，我估計(jì)可能幾萬塊錢，可能也能拿下來吧？是不是？也不一定算什么，但是這些貴金屬自然界中沒有這么多量，所以就有問題。所以就出來一個(gè)什么研究呢？非貴金屬催化劑做燃料電池。

燃料電池的耐久性問題，已經(jīng)獲得了比較好的突破。原來為什么有這個(gè)問題呢？就是燃料電池在實(shí)驗(yàn)室做，做3000小時(shí)5000小時(shí)，一點(diǎn)問題沒有，但是一放到車上去開，一兩千小時(shí)就不行了。為什么就不行了呢？燃料電池它是要吸空氣的，不是嗎？空氣里面有粒子，粒子里面就有金屬，貴金屬，還有硫。這種東西一吸進(jìn)去以后，燃料電池的催化劑，它就慢慢就中毒了。就因?yàn)檫@些東西，膜也就堵塞起來了，催化劑就中毒了。本來在實(shí)驗(yàn)室搞得好好的，到這個(gè)地方就不行了。

接下來一個(gè)很重要的一個(gè)事情就是儲(chǔ)氫。這個(gè)氫大家知道，實(shí)驗(yàn)室也有儲(chǔ)氫的鋼瓶。氫是很輕的，是不是？你要把這個(gè)氫帶到車上去，你可不能弄太大的東西，你一定要把它弄得很小?，F(xiàn)在有三個(gè)辦法，把它弄得很小。

一個(gè)辦法是壓縮氫，就把氫壓在鋼瓶里。我們現(xiàn)在不是用鋼瓶嗎？但我們實(shí)驗(yàn)室的鋼瓶大概是130個(gè)大氣壓、150個(gè)大氣壓，在實(shí)驗(yàn)室里很少有超過200個(gè)大氣壓的。據(jù)說車子上中國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)在搞標(biāo)準(zhǔn)，在搞350個(gè)大氣壓，日本人是搞多少呢？700個(gè)大氣壓。大家可以看到，700個(gè)大氣壓同300個(gè)大氣壓就差一倍多一點(diǎn)，同這個(gè)150個(gè)大氣壓相比就差5倍，是不是？也就說，150大氣壓的鋼瓶，儲(chǔ)存的氫在車上可以跑100公里，假如700個(gè)大氣壓，同樣的鋼瓶?jī)?chǔ)存的氫可以跑差不多500公里。所以儲(chǔ)氫相對(duì)比較好的還是氫瓶，現(xiàn)在基本上世界范圍之內(nèi)都是這么干。

第二個(gè)事情是什么呢？就把氫冷卻下來，變成液氫。冷卻下來到這個(gè)地方呢，再把它釋放這個(gè)出來。這個(gè)氫密度是很高的，但是安全性差，而且它要耗很多能量，把它冷卻下來。而且在行駛過程當(dāng)中，還得防止瓶子漏氣了，一漏氣以后熱量就進(jìn)去了，接著就放出來，可能就得爆炸了。假如說這個(gè)壓力太高了，它不就爆炸了嗎？所以安全性這地方還有問題。

第三個(gè)事情，這都是我們化學(xué)搞的，材料儲(chǔ)氫。各式各樣的儲(chǔ)氫材料，高分子的也有，金屬的也有，用納米碳管的也有，什么東西都有。但非常遺憾，迄今為止重量百分比都沒有達(dá)到6%。也就說，100公斤的儲(chǔ)氫材料，都儲(chǔ)不了6公斤的氫，儲(chǔ)氫的效率是太低了！假如有一天，儲(chǔ)氫能達(dá)到10%這個(gè)樣子就好了。因?yàn)樗鼔毫σ膊桓撸前?？就?chǔ)在這個(gè)里面。所以，燃料電池要做起來以后，儲(chǔ)氫的這個(gè)事情還得要考慮，你不考慮你是沒辦法走下去的。

日本人最近氫能推廣得很厲害，大家可能也都知道，日本人已經(jīng)做到什么程度呢？到2040年它要普及，2020年就有4萬臺(tái)。大家可以看到，日本人是用700大氣壓儲(chǔ)氫的，大概儲(chǔ)氫的重量比是7.5%。那么也就是說，這里面如果用個(gè)大的瓶子，它可以走得很遠(yuǎn)。那么它的行駛里程，據(jù)說到2040年的時(shí)候，可以跑1000公里。大家想一想，假如加一次氣跑1000公里，倒也是蠻好的，是吧？

我們中國(guó)從奧運(yùn)會(huì)開始就有燃料電池車的示范，從上海的那個(gè)世博會(huì)開始，一直在作這樣一個(gè)示范，包括現(xiàn)在還在作這個(gè)示范，一直在做，做得也是蠻好的。但是還是有很多問題，特別是制氫。大家知道，張家口我們2022年是要搞冬奧會(huì)的，冬奧會(huì)里面就希望能夠推氫能燃料電池這樣一個(gè)事兒，所以最近他們就在搞一個(gè)項(xiàng)目，就是用這個(gè)風(fēng)同太陽能產(chǎn)生電，電解水制氫，制氫以后就運(yùn)行在燃料電池車子。這件事情假如做成了以后，我認(rèn)為意義還是很大的，經(jīng)濟(jì)上可能馬上起不到作用，到不了經(jīng)濟(jì)實(shí)用這樣的程度，但最起碼為未來作了個(gè)示范。

所以中國(guó)也有個(gè)目標(biāo)，到2035年，中國(guó)希望一公斤的氫能夠降到25塊錢。一公斤氫大概就是11立方米左右，現(xiàn)在跑得好的車子，據(jù)說一公斤氫可以跑100公里不到一點(diǎn)。大家知道油現(xiàn)在多少錢一升呢？可能是六、七塊錢左右一升，是不是？那么一升油大概能跑多遠(yuǎn)呢？小車大概一般跑100公里，好的車子耗油大概五、六升的樣子，大型的SUV，可能就要15升這個(gè)樣子，那么就是要60塊錢，是吧？那假如百公里消耗氫氣能夠變到一公斤，跑100公里25塊錢，就是跑50塊錢，我認(rèn)為也是合算的。