世界上存在万能的能源吗？【上】

添加微信"siemensfm1847"，加入听友群，发现更多精彩！咨询西门子业务，请拨打400-616-2020主持人：西门子调频1847的听众朋友们大家好，欢迎收听本期《科技不怕问》。今天咱们要聊一个跟大家的生活密切相关的话题——能源。我们的身边有各种各样的能源，做饭要用到天然气，看电视、玩游戏要用到电，开车出游要用到汽油或者柴油，有的地方冬天供暖要用到煤炭甚至马粪……每个领域使用的能源都不相同。有的时候我就在想，有没有可能有一天，有一种能源可以通过“变身”，应用到交通、制造业还有楼宇等各个领域中，而且在使用的时候还不产生碳排放。这样“万能”的能源真的存在吗？今天我们就请到了西门子股份公司油气与电力集团发电运营首席技术及创新官赵作智博士，来跟我们聊聊世界上到底存不存在“万能”的能源。作智你好！赵作智：主持人你好，听众朋友们大家好！主持人：就像我刚刚提到的那样，“万能”的能源应该要贯穿各个不同的领域，如果它还足够绿色就更好了。不知道现在是不是存在一种能源，可以同时满足这两个要素呢？赵作智：简短的答案是：有的。但是，在解释这个回答之前，我想先为大家介绍一下能源的几个基本属性。其实，能源有四个属性。第一个是“易得性”，就是它是不是很容易获得。第二个是它是不是够便宜，也就是“经济性”。第三个属性是现在大家非常关心的“可持续性”，或者说它是否足够绿色，比如它的排放是多少，对气候变化有什么影响等。第四个属性叫“安全性”。它的其中一个体现是国家的能源安全。第二个体现是能源是否可靠。例如，年纪比较大的朋友们可能还有印象，小时候我们曾经经历过停电。大家想象一下，如果在进行一台非常重要的手术，或在一个连续的工业过程中突然停电，这显然是不太好的。安全性的第三个体现与网络安全有关。现在，万物正逐渐互联，而产生能源的装置和输配电系统也会相互连接。互联会带来便利，但也会带来危险。如果病毒、黑客等入侵能源体系，这也会影响到我们的安全。所以，易得、经济、可持续，还有安全是能源的四个属性。讲完四个属性，我要着重讲一下可持续发展。先给大家分享几个数据。从有数据记录开始，历史上最热的十个年头中有九个发生在2000年之后，而2000年之后的这九个最热的年头中有七个在2010年之后，包括2010年。这告诉我们什么呢？我们现在的气温是过去80万年间最高的。此外，最近新闻也报道过大气中的碳浓度已经达到415ppm，是历史最高值。全球气候变暖与人类用碳是紧密相关的。在所有碳排放中，40%来自发电领域，或者说能源板块。那剩下60%从哪儿来呢？一个是交通板块，比如汽车、重卡、轮船和飞机等等。一个是工业板块，比如生产钢铁、混凝土、氨和乙烯等工业过程。还有就是楼宇和农业等领域。那么，怎样同时降低所有领域的碳排放呢？我们需要打通这几个板块，也就是需要一种“万能”的能源。主持人：没错。赵作智：这其实就是氢。氢是一个万能的连接器。主持人：不知道您能不能大概讲解一下氢是如何在不同领域间进行转化的呢？赵作智：可以。首先，我们来看大家最熟悉的交通领域。现在我们有新能源汽车。它目前有两条技术路线，并且已经在不同国家和地区试行。一条路线是电动汽车，比如特斯拉，它将许多电池堆放在汽车底盘，可以续航好几百公里。另一条技术路线是基于氢燃料电池的汽车。这两条技术路线各有优缺点，在不同地区的经济可行性也不太一样。但是，电池这条线有几个局限性。首先，在特别冷的情况下，电池的性能下降非常快。此外，生产锂电池等电池时需要不同的元素。这些元素的产量在将来也会是一个瓶颈。所以，从这个角度来讲，我们还是需要基于氢燃料电池的汽车。接下来，我们来看飞机。飞机的燃料以化石能源为主。在交通领域还有其他许多使用化石能源的交通工具和基础设施。现在的一些技术路线已经证明我们可以基于氢去合成一些绿色燃料，或者说可持续的合成燃料。这样你就可以将它充分应用到现有的交通工具和基础设施中，例如汽车的发动机、飞机的发动机，还有加油站等。所以，如果能够找到一种可以替代化石燃料的绿色燃料，你就可以打通交通这个板块。第二个板块是工业。我刚才提到许多工业过程。其实，工业过程中的碳排放有40%与“热”相关。在工业过程中，你需要用到许多热能。现在，绝大多数的热是由化石燃料产生的。所以，如果你能找到一种可以替代化石燃料的绿色燃料，例如用氢气产生热，那么你就能极大地降低工业板块中的碳排放。所以，这就是为什么氢可以作为一个连接器，直接用到工业和交通领域。此外，氢还能用来合成绿色燃料，应用到更多领域中。这样一来，我们就把各个板块都打通了。主持人：好的。刚刚作智提到，在我们的生活中已经有一些使用氢燃料的汽车了，不知道生活中还有没有其他应用氢能的案例呢？赵作智：有的，我们分成两个部分来介绍。第一个部分是现阶段氢都用在哪儿了？第二个部分是将来氢还能用在哪儿？现阶段，氢应用在下面几个领域。首先是大家身边的航空航天领域。现在，我们国家的航天事业发展得如火如荼，神舟飞船也飞上太空。其实，飞船燃料中很重要的一部分是液态氢，当然，它要和氧在一起使用。除了航空航天，加工首饰时要做许多焊接，这也要用到氢。还有有机玻璃的抛光、精制汽油等等。有一点大家可能不知道。互联网时代要用到许多芯片。制造芯片时半导体技术很重要，而半导体加工过程中要用到纯度特别高的氢。这也是氢在我们身边的应用。还有我们刚才讲过的基于氢燃料电池的汽车。这是现阶段我们身边可以看到的氢。未来，我们要深度减排。要想降低全球二氧化碳的排放，我们就必须要在工业、交通、楼宇和农业等方面大力推动氢能应用。我个人还是很乐观的。我相信在将来对氢能的应用一定会普及开来。主持人：好的。听了作智的介绍，我们知道氢是一种符合可持续发展趋势，而且应用范围也非常广泛的能源。但是，氢能真的是“十全十美”的吗？目前在应用和推广上遇到了哪些困难呢？例如，我想很多人应该都会担心氢能在储存和使用时的安全问题吧，比如它是否有爆炸的风险等等。赵作智：肯定是有的。大家对氢的危险性的认知最早可以追溯到一个多世纪以前。那时我们造出了飞艇，实现了人类的飞行梦想。当时，飞艇里面充有氢气，曾发生过好几起爆炸事故。从此，大家的脑海中就留下了“氢很危险，它会爆炸”的印象。这是对的。但是，我想再说几件事。第一件事是现在我们身边的许多能源其实也是很危险的。大家想想，汽油、柴油和天然气也都是很危险的。但是没关系，它们就像难驯的野兽一样。人类很聪明，技术也很发达，所以能够驯服这些野兽。我刚才讲到，现阶段我们已经在许多场景中应用氢了，比如火箭的燃料和各种工业过程。所以，其实我们已经研发出了可以安全处理氢的技术并成功应用。另外，只有当它跟氧气混合且在一定的压力或者温度下时它才容易爆炸。这个混合比例有一个范围，比如氢气在空气中的体积分数在4%到75%左右。在这个范围里你要格外小心。但是，如果占比能够小于4%或者大于75%、76%，那么即使有火花，它也不会爆炸。所以，从各个角度来讲，我们都已经拥有很成熟的手段来保证氢的安全性。主持人：那氢能目前在推广方面有没有遇到一些什么困难呢？赵作智：推广方面肯定有困难。今年氢特别火。在国内和国际会议等各个场合，大家都在谈论氢。为什么呢？这是因为大家意识到了全球气候变暖，我们必须要深度减排，所以必须要走这条道路。其实，在10年、20年，甚至30年前，专家也在大力推广氢。但是，为什么当时推广不起来呢？其实，氢的制造不成问题。但是，你还要把它存储起来。无论是在压缩还是液态的状况下去存储它，我们都有相应的技术手段，但是这需要很多投资。另外，氢的运输也没有那么容易。无论用压力容器还是管道运输，技术手段也都有，但是我们也要考量经济性。因此，要大范围地推广氢就一定要解决氢的储存和运输问题。这意味着很大的投资。因此，它需要全世界各国政府在政策和补贴等层面的支持。同时，氢能产业链的各个参与方都要进行合作。主持人：好的，非常感谢作智的分享。今天咱们聊了为什么氢可以作为一个万能钥匙来帮助各个行业协同减排，同时，我们也谈到了一些氢能在现在和未来的应用以及它在推广过程中遇到的困难。在下期节目中，我们会聊一个更硬核的话题，那就是工业制氢的主要方法以及如何利用先进技术来实现氢能的综合应用。感谢大家的收听，我们下期节目再见！赵作智：再见！