碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)下，發(fā)展清潔能源已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要方面。
“雙碳”目標(biāo)下，未來(lái)新能源在能源結(jié)構(gòu)中將會(huì)扮演什么樣的角色？傳統(tǒng)化石能源未來(lái)的出路在哪里？氫能是否會(huì)成為能源結(jié)構(gòu)中重要的一環(huán)？
近日，21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者（以下稱《21世紀(jì)》）專訪了中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)化學(xué)科學(xué)與技術(shù)研究院院長(zhǎng)金涌。金涌表示，化石能源被新能源取代成為發(fā)展的大趨勢(shì)。可再生能源加上儲(chǔ)電技術(shù)，將是人類未來(lái)能源的解決方案。
鋰電池是理想的儲(chǔ)能方式
《21世紀(jì)》：目前我國(guó)在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的過(guò)程中面臨哪些挑戰(zhàn)？怎樣實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和“雙碳”目標(biāo)的同步發(fā)展？
金涌：我國(guó)主要面臨三種挑戰(zhàn)。第一，我國(guó)二氧化碳排放總量大，占世界排放量的三分之一；第二，我國(guó)需要在30年之內(nèi)降低碳排放，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰向碳中和的轉(zhuǎn)變；第三，在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)也要同步發(fā)展。
按照《中國(guó)宏觀經(jīng)濟(jì)藍(lán)皮書》的設(shè)定，2050年，我國(guó)人均GDP要超過(guò)4萬(wàn)美元，目前水平是1萬(wàn)美元左右。在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的關(guān)鍵期，我國(guó)的人均GDP要達(dá)到現(xiàn)行水平的4倍。而在能耗方面，2019年，我國(guó)萬(wàn)元GDP能耗約為0.519噸標(biāo)準(zhǔn)煤，同期主流發(fā)達(dá)國(guó)家的萬(wàn)元GDP能耗一般維持在0.1-0.2噸標(biāo)準(zhǔn)煤。既要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，又要保持國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)定發(fā)展，降低萬(wàn)元GDP能耗是頭等大事。
具體來(lái)看，可以從兩方面入手。
一是技術(shù)進(jìn)步。我們需要考慮所有節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步，目前大概還有10%—20%的余量。
二是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。現(xiàn)在全世界的發(fā)展趨勢(shì)是，低附加值、初級(jí)產(chǎn)品、能耗大產(chǎn)值低的產(chǎn)品逐漸退出市場(chǎng)。未來(lái)，我國(guó)需要發(fā)展信息、智能、5G等高附加值低能耗產(chǎn)業(yè)。
因此，一方面需要跨學(xué)科發(fā)展，化工與生物、物理、信息結(jié)合；另一方面，形成產(chǎn)業(yè)間的融合，如視、聽、觸覺(jué)技術(shù)和量子傳輸技術(shù)、人工智能算術(shù)和機(jī)器人技術(shù)等。
《21世紀(jì)》：未來(lái)我國(guó)可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中會(huì)扮演什么樣的角色？可再生能源的發(fā)展又面臨哪些挑戰(zhàn)？
金涌：現(xiàn)在的光伏和風(fēng)電成本快速下降，光伏一度電的成本接近火電甚至更低。但是風(fēng)光電有缺點(diǎn)，它不穩(wěn)定，需要儲(chǔ)能。所以現(xiàn)在全世界的共識(shí)：可再生能源加上儲(chǔ)電技術(shù)，是人類未來(lái)能源的解決方案。
目前可再生能源面臨的最大困難是儲(chǔ)電。儲(chǔ)電方式有很多，其中可以移動(dòng)的、最好的儲(chǔ)電方式是鋰電池。目前我國(guó)的鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。寧德時(shí)代的儲(chǔ)電技術(shù)在世界領(lǐng)先，清華也在制作電池材料，使電池容量最大。
碳和氫元素重新規(guī)劃利用
《21世紀(jì)》：從化學(xué)技術(shù)的角度看，煤化工行業(yè)在綠色轉(zhuǎn)型中可以做出哪些嘗試？
金涌：中國(guó)的煤炭?jī)?chǔ)量?jī)H占全世界的12%，而美國(guó)占24%，美國(guó)的人均煤炭擁有量是我國(guó)的8倍。現(xiàn)有的煤變油、煤變烯烴甚至乙二醇可能不會(huì)受到廣泛支持，只有耗能少、碳排放少、收益高的技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)發(fā)展。因此，我國(guó)需要發(fā)展新的技術(shù)，提高煤炭利用率。我們可以將生物技術(shù)與化工技術(shù)結(jié)合，減少二氧化碳排放量，契合碳中和要求。
煤炭的分質(zhì)利用也是一種思想。通過(guò)分質(zhì)，煤炭最終變成兩種產(chǎn)品：半焦和氫氣。氫氣可以作為碳匯處理二氧化碳。經(jīng)過(guò)加熱，半焦也可以成為一種碳匯，生成性質(zhì)活潑的一氧化碳。一氧化碳可以用來(lái)制作酒精，從而用于汽車燃料，甚至塑料、橡膠纖維的使用，實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)碳向有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化。
《21世紀(jì)》：如何看待未來(lái)石油和天然氣的發(fā)展？
金涌：石油方面，在傳統(tǒng)的煉化技術(shù)下，80%的原油最終變成了汽油、柴油，僅有20%用來(lái)制作塑料、橡膠和纖維。到2060年，如果電動(dòng)車在全國(guó)普及，這一比例將會(huì)顛倒。另外，目前我國(guó)的原油中僅有5%用于制作聚乙烯，未來(lái)原油使用用途的變化將更多的碳固定在物質(zhì)中。
從碳中和的角度看，天然氣是很好的碳中和原料，應(yīng)當(dāng)分離碳和氫元素，分別利用兩種元素。氫是碳匯中的一部分，可以與碳氧化合物反應(yīng)。碳可以作為還原劑，將二氧化碳還原為用途更廣泛的一氧化碳。類似的做法為目前正面臨著淘汰風(fēng)險(xiǎn)的高耗能企業(yè)提供退出機(jī)制，幫助它們改造原有技術(shù)，減少碳排放，提高利用率，以降低損失，契合碳中和的目標(biāo)。
未來(lái)氫燃料汽車可能不是主流
《21世紀(jì)》：綠氫在未來(lái)能源結(jié)構(gòu)中有什么意義？
金涌：氫燃料電池實(shí)際上是在“燒氫”，并且氫在發(fā)電中損失較大。所以，氫實(shí)際上不適合作為能源，而更適合用于制成材料。氫能的說(shuō)法并不準(zhǔn)確，它不是嚴(yán)格意義上的二次能源，將來(lái)電動(dòng)車發(fā)電的主流趨勢(shì)是利用鋰電池等其他類型電池。
未來(lái)，如果能夠以低成本電解水，綠氫可以代替煤制氫，最終實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放。不排除氫在個(gè)別領(lǐng)域可能仍然作為燃料，例如潛艇可以使用氫燃料電池，可以在海底保持電量，但主流的還是將氫用作材料。
目前，很多企業(yè)因?yàn)閲?guó)家補(bǔ)貼而發(fā)展氫燃料電池，實(shí)際上應(yīng)該大力發(fā)展制作綠氫的技術(shù)。
《21世紀(jì)》：在目前的情況下，哪些技術(shù)能夠投入商業(yè)化使用，助力碳中和？
金涌：一個(gè)技術(shù)成為經(jīng)濟(jì)動(dòng)力，首先需要滿足三個(gè)條件：技術(shù)成熟、可以盈利，低二氧化碳排放量。具體來(lái)看，技術(shù)經(jīng)歷了小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室研究到大規(guī)模的化工生產(chǎn),而在這個(gè)過(guò)程中，技術(shù)人員需要做中間試驗(yàn)，并說(shuō)明其在物理、化學(xué)計(jì)算機(jī)控制、經(jīng)濟(jì)等方面的產(chǎn)業(yè)知識(shí)。接著將這些材料形成的“軟件包”遞交至設(shè)計(jì)院，最后賣給企業(yè)家，進(jìn)入市場(chǎng)。
整體而言，滿足第一個(gè)條件的難度較大。由于中間試驗(yàn)不提供產(chǎn)品，只提供知識(shí)，有的企業(yè)不愿意做，導(dǎo)致很多技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，因而中間試驗(yàn)常常成為“死亡谷”。因?yàn)橹虚g試驗(yàn)放棄產(chǎn)品投入的行為是不理智的。現(xiàn)在的金融家、各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和企業(yè)公司領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)該能夠有智慧辨別不同的科學(xué)家，識(shí)別市場(chǎng)價(jià)值，具有足夠的眼光投入產(chǎn)業(yè)化。
編輯：李華山
