专访中国工程院院士、清华大学化学科学与技术研究院院长金涌: “双碳”目标下化石能源重新洗牌 氢元素应重新规划利用

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碳达峰、碳中和的目标下,发展清洁能源已经成为实现绿色低碳转型发展的重要方面。

“双碳”目标下,未来新能源在能源结构中将会扮演什么样的角色?传统化石能源未来的出路在哪里?氢能是否会成为能源结构中重要的一环?

近日,21世纪经济报道记者(以下称《21世纪》)专访了中国工程院院士、清华大学化学科学与技术研究院院长金涌。金涌表示,化石能源被新能源取代成为发展的大趋势。可再生能源加上储电技术,将是人类未来能源的解决方案。

锂电池是理想的储能方式

《21世纪》:目前我国在实现“双碳”目标的过程中面临哪些挑战?怎样实现经济和“双碳”目标的同步发展?

金涌:我国主要面临三种挑战。第一,我国二氧化碳排放总量大,占世界排放量的三分之一;第二,我国需要在30年之内降低碳排放,实现碳达峰向碳中和的转变;第三,在实现“双碳”目标的同时,经济也要同步发展。

按照《中国宏观经济蓝皮书》的设定,2050年,我国人均GDP要超过4万美元,目前水平是1万美元左右。在实现碳达峰、碳中和的关键期,我国的人均GDP要达到现行水平的4倍。而在能耗方面,2019年,我国万元GDP能耗约为0.519吨标准煤,同期主流发达国家的万元GDP能耗一般维持在0.1-0.2吨标准煤。既要实现碳达峰、碳中和目标,又要保持国民经济的健康稳定发展,降低万元GDP能耗是头等大事。

具体来看,可以从两方面入手。

一是技术进步。我们需要考虑所有节能技术的进步,目前大概还有10%―20%的余量。

二是产业结构转型。现在全世界的发展趋势是,低附加值、初级产品、能耗大产值低的产品逐渐退出市场。未来,我国需要发展信息、智能、5G等高附加值低能耗产业。

因此,一方面需要跨学科发展,化工与生物、物理、信息结合;另一方面,形成产业间的融合,如视、听、触觉技术和量子传输技术、人工智能算术和机器人技术等。

《21世纪》:未来我国可再生能源在能源结构中会扮演什么样的角色?可再生能源的发展又面临哪些挑战?

金涌:现在的光伏和风电成本快速下降,光伏一度电的成本接近火电甚至更低。但是风光电有缺点,它不稳定,需要储能。所以现在全世界的共识:可再生能源加上储电技术,是人类未来能源的解决方案。

目前可再生能源面临的最大困难是储电。储电方式有很多,其中可以移动的、最好的储电方式是锂电池。目前我国的锂电池产业发展迅速。宁德时代(300750,股吧)的储电技术在世界领先,清华也在制作电池材料,使电池容量最大。

碳和氢元素重新规划利用

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《21世纪》:从化学技术的角度看,煤化工行业在绿色转型中可以做出哪些尝试?

金涌:中国的煤炭储量仅占全世界的12%,而美国占24%,美国的人均煤炭拥有量是我国的8倍。现有的煤变油、煤变烯烃甚至乙二醇可能不会受到广泛支持,只有耗能少、碳排放少、收益高的技术才能实现发展。因此,我国需要发展新的技术,提高煤炭利用率。我们可以将生物技术与化工技术结合,减少二氧化碳排放量,契合碳中和要求。

煤炭的分质利用也是一种思想。通过分质,煤炭最终变成两种产品:半焦和氢气。氢气可以作为碳汇处理二氧化碳。经过加热,半焦也可以成为一种碳汇,生成性质活泼的一氧化碳。一氧化碳可以用来制作酒精,从而用于汽车燃料,甚至塑料、橡胶纤维的使用,实现无机碳向有机碳的转化。

《21世纪》:如何看待未来石油和天然气的发展?

金涌:石油方面,在传统的炼化技术下,80%的原油最终变成了汽油、柴油,仅有20%用来制作塑料、橡胶和纤维。到2060年,如果电动车在全国普及,这一比例将会颠倒。另外,目前我国的原油中仅有5%用于制作聚乙烯,未来原油使用用途的变化将更多的碳固定在物质中。

从碳中和的角度看,天然气是很好的碳中和原料,应当分离碳和氢元素,分别利用两种元素。氢是碳汇中的一部分,可以与碳氧化合物反应。碳可以作为还原剂,将二氧化碳还原为用途更广泛的一氧化碳。类似的做法为目前正面临着淘汰风险的高耗能企业提供退出机制,帮助它们改造原有技术,减少碳排放,提高利用率,以降低损失,契合碳中和的目标。

未来氢燃料汽车可能不是主流

《21世纪》:绿氢在未来能源结构中有什么意义?

金涌:氢燃料电池实际上是在“烧氢”,并且氢在发电中损失较大。所以,氢实际上不适合作为能源,而更适合用于制成材料。氢能的说法并不准确,它不是严格意义上的二次能源,将来电动车发电的主流趋势是利用锂电池等其他类型电池。

未来,如果能够以低成本电解水,绿氢可以代替煤制氢,最终实现二氧化碳零排放。不排除氢在个别领域可能仍然作为燃料,例如潜艇可以使用氢燃料电池,可以在海底保持电量,但主流的还是将氢用作材料。

目前,很多企业因为国家补贴而发展氢燃料电池,实际上应该大力发展制作绿氢的技术。

《21世纪》:在目前的情况下,哪些技术能够投入商业化使用,助力碳中和?

金涌:一个技术成为经济动力,首先需要满足三个条件:技术成熟、可以盈利,低二氧化碳排放量。具体来看,技术经历了小规模的实验室研究到大规模的化工生产,而在这个过程中,技术人员需要做中间试验,并说明其在物理、化学计算机控制、经济等方面的产业知识。接着将这些材料形成的“软件包”递交至设计院,最后卖给企业家,进入市场。

整体而言,满足第一个条件的难度较大。由于中间试验不提 *** 品,只提供知识,有的企业不愿意做,导致很多技术无法实现商业化,因而中间试验常常成为“死亡谷”。因为中间试验放弃产品投入的行为是不理智的。现在的金融家、各级领导和企业公司领导应该能够有智慧辨别不同的科学家,识别市场价值,具有足够的眼光投入产业化。

(作者:李德尚玉,戴浩冉 编辑:周上祺)

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