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            金涌院士:2060碳中和思考

            2021-8-24 12:45

            來源:


            各位專家、各位領導下午好,我們今天一起討論關于碳中和的問題。


            關于2030年碳達峰與2060年碳中和


            在2020年9月22日聯合國大會上,習近平主席承諾了中國在2030年實現碳達峰,2060年實現碳中和,在當時,有121個國家承諾在2050年實現碳中和。


            習主席論述,關于碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統變革,要把碳達峰和碳中和納入到生態文明建設的總體布局中去。也就是說我們對碳中和的認識不僅是能源與環境問題,而是一個牽動全局的大變革。


            ·2019年全球碳排放


            2019年世界二氧化碳排放的總量約為330億噸,中國的碳排放是102億噸,這表明,中國的碳排放約占世界的1/3,而美國是第二碳排放國家,為48億噸,排放量只有我們的一半。到2030年碳達峰時,數值可能比目前還要高。中國的目標是要從世界二氧化碳排放最高的國家做到零排放。


            從碳達峰到碳中和的階段肯定是一個很艱難的時期。英國從碳達峰時間到碳中和的時間為1971年到2050年,這一過程歷經79年;美國從碳達峰過渡到碳中和時間為45年;而中國要實現這一過程只有30年的時間。中國為全球碳排放最高的大國,并且與其他國家相比,要在最短的時間內實現零碳排放,難度可想而知。


            ·后工業化社會和信息化、智能化社會主要差距


            目前我們國家仍處于發展時期,按照國家規劃,我們到了中華人民共和國成立100周年的時候,預計人均GDP要達到4萬美元,現在人均GDP為1萬美元,也就是在這過程中經濟要提升4倍;到2060年,人均GDP將達到5萬美元。也就說我們在碳達峰到碳中和這段時間里,同時做到和經濟的發展同步,這樣難度更大。


            ·二氧化碳與能耗的關系


            2019年萬元GDP能耗,按標煤噸計算日本為最少,大約0.1噸以下;而我們國家將近要超過0.5噸,這說明我們國家的萬元GDP的二氧化碳能耗是很大的。在這個過程之中,我們要和經濟同步發展,就必須把萬元GDP能耗降下來,也就是要從一個工業化社會后期做到信息化、智能化時代。美國、日本,之所以二氧化碳標煤低,因為它生產的都是高附加值、低能耗的物質。而我們國家呢現在主要是大量的生產的是高能耗、低附加值的產品,所以這個是一個全社會的變革,我們要在經濟同步發展的時候,需要我們從后工業社會進入到一個細化、數字化的社會。


            ·碳中和的具體實現的各項原則


            第一、人文角度——我們提出建設人類命運共同體,同全世界一起來改變氣候污染和氣候變化的問題,這是我們顯示大國的承擔;

            第二、科學角度——實現碳中和科學上要原理正確、工程上要開發顛覆性技術,要在進來實現這些技術是可行的;

            第三、經濟角度——要使國家的大量投資合理且可承受,保證國家從一個中等發達國家同步建成一個現代化國家,并且保障經濟和生態環境的同步發展。


            當然,堅持應對氣候變化,全世界都有責任,可是責任目標是不同的。如果外國在2050年做到碳中和,我們做到2060年做到碳中和也是完全合乎我們承諾的。而且我們主張要做到開放社會,不能搞孤立,不能搞技術封鎖。針對這些將要實現的目標,美國人認為這將會是對中國的一個最大的制約,讓中國人背上一個大包袱后,不可能跑得很快。美國的如意算盤是一方面要競爭、制裁我們,跟我們斷絕技術上的種種聯系,另一方面又要合作,比如碳中和合作??梢哉f這是它的偽善??晌覀円廊灰@樣做的原因是,碳中和的實現是對我們從一個后工業化社會過渡到一個信息化社會發展的必須。


            ·碳中和的價值


            第一、有助于長期高質量、可持續發展;

            第二、克服對能源進口依賴;

            第三、是產業轉型的巨大推力,生態文明建設減少污染的必須;

            第四、提現我國構建人類命運共同體的擔當。


            ·碳中和的挑戰


            第一、不僅是技術問題,也是對市場的考驗;粗略估計將投資100億以上,在40之內每年GDP投入3%;

            第二、對經濟和管理學的挑戰;

            第三、是對制度設計,公共政策的考量。

            綜上所述得出,碳中和是國家全社會牽動全身的一場大的變革。



            碳中和與經濟增長并行


            預估到2060年,中國人口大致穩定在14.6億人。也就是說人口可能在今后四十年不會有大的變化。到2060年,我們要求人均GDP達到5萬美元的情況下,經濟增速要提升五倍,必須我們把萬元GDP能耗要降到現在先進國家的首先,要將每生產一萬元GDP產值消耗的能源要降到0.1到0.2噸標煤。假如我們把萬元GDP能耗降低五倍,而經濟發展提高五倍,么這樣算下來的話,我們基本上用現在的能源消耗就可以實現碳中和了。所以我們的第一個目標就是要全社會的經濟結構的大變化。


            ·中國一次能源消耗占比

            工業:57.06%

            建筑:16.78%

            交通:15.30%

            其他:10.86%


            節能方向(工業)


            1、產業結構改變為主


             工業結構的變化是降低萬元GDP的主要的努力方向。我們在工業產業方面生產了大量能耗大、產值并不高的一些產品,比如鋼鐵產量達到了12億噸,占到世界的一半;水泥的產量高達17億噸,相當于2/3世界的水泥產量。大量的低價值值、高能耗的產品,到了2060年是否還需要這么多呢?我想那時候我們的高鐵、公路、房屋建設得差不多了,在一個信息化社會,可能我們并不需要這么多低價值的、高能耗的物質。比如:2019年美國人均水泥的產量只有0.27噸,而當年中國的水泥產量是1.69噸。水泥的產量按人均算,我們是美國的6倍,按鋼鐵算為3倍。也就是說低價的、高耗能的產業在將來很可能要淡出市場,而我們面臨著一個工業結構的大的變化,這是我們達到碳中和必須要做的。


            2、技術進步為輔


            我們國家在各項技術上和先進國家的能耗相比能會多10%~20%。比如發電:中國火電每發一度電大概消耗300克的煤,而發達國家是270克,能源利用差為10%左右。所以我們提倡在各個行業節能,節能可以通過技術進步節能、也可以通過消費節能。所以節能是必須要做的。比如肥料,我們每畝地的耗肥量是美國的四倍多,其實呢我們有很大的潛力可以去減少氮肥的用量,通過啊這個測土施肥、按照作物精準施肥,我們可以在保證每畝地產量不減少的情況下,肥料的用量起碼可以降低1/3到1/2左右。對準對肥料這種產值并不高且耗能很大的產業,我們可以以上面的方式節約大量的能耗。


            出路——科技創新


            1、低能耗、高附加值產品

            2、高端材料是高端制造得到基礎

            3、信息產業配套:高純試劑、CF3I等,高檔光刻膠,封裝材料

            4、生化產業配套:醫藥、活體3D打印材料,靶向合成

            5、精細化,個性化設計:有機發光半導體、碳纖維、濾膜材料、光電膜、鹵化丁基膠、特種聚合物(雙峰、超高分子量、耐沖、茂金屬聚乙烯)納微限域合成

            6、生態園建設、通過提升技術、資源、能源、資金、區域最優配置、全生命周期清潔、源頭污染防治。


            制造低能耗、高附加值的出路在于發展智能產業,提出生產大量的低能耗、高附加的產品。比如一個血管支架只有幾克,可以賣到幾千塊。所以高端材料制造,需要各種性能的高端性能的材料,為更輕、更強度、更耐磨的、更含能、各種新的材料是我們先進制造、高附加值的基礎。為化工產業制造,及各種高端制造所需要的材料輸出能夠提供保障。


            能源——資源化利


            實現碳中和方式主要是以火力發電站慢慢過渡到光電和風電,以可再生能源為主要發電模式。

            實現可再生能源發電之后,一次性能源,比如現有的化石能源又要怎么去利用?


            從化石燃料時代轉化為化石材料時代


            化石能源對人類的進步起了非常大的作用,世界第三次工業革命的共同點就是化石能源驅動用的就是石油、煤炭、天然氣。在將來這些化石燃料不再用來燃燒了,當然就沒有二氧化碳的產生。從化石能源時代轉化為化石材料時代,這些化石能源、化學材料我們要把它做成高端的材料,供給高新科技來用。


            ? 石化產業


            石油材料路線——過去的石油煉制,80%主要的產品是汽油、柴油、煤油、潤滑油等等;而只有20%做成食腦油,通過石腦油做成三烯、三苯,用來做高分子材料。汽油、柴油、煤油資源目前國家已經過剩,現在需要更多的高分子材料,做高分子材料的產品。所以就必須要再開發一個新的顛覆性技術,就是要80%的煉油產品都做成高分子材料,剩余20%保留汽油、柴油、煤油作為燃料用。


            多產石腦油方案


             

            新催化裂化法——由清華大學魏飛教授團隊和阿拉伯美孚石油公司共同開發。過程大概為:在溫度提高到600度時,催化劑和原油的比例提高到15:1,反氣停留時間小于一秒,關鍵在于平推流反應器,其停留時間要非常均勻、非常短。在使用這種方法后實驗室研究表明芳烴單程收率可以達到23%,也就是說我們以后用這種方法,可以把接近80%的石油全部做成高分子材料,這是對石油利用的一個很大的變化。這個技術的推廣對于石油從燃料變成材料是一個很好的一個出發點。


            氣固混合行為


             下行床和提升管內顆粒停留時間分布


            這個研究使用的是一個非常平流、層次非常均勻的一個名為下行床的裝置,可以看出藍色的峰值是非常集中的,沒有一個大的拖尾。研究鏡像分布圖:


             

            以下是一個15萬噸下行床的一個實驗裝置。此裝置所采用的是我們第一版的技術(已經轉讓給巴西)。


             

            新開發的是第二代與第三代的技術,可以實現以上所述的石油70%~80%做用于材料的設想。


            ? 化工


            最近十幾年中國化工界做了極大的努力!煤化工技術使得煤不做燃料用,而作為材料做烯烴,芳烴;代替一部分石油,做了非常好的工作。無論從研究能力、催化劑、設備、放大技術、大廠運營經驗等各個方面在世界都處于領先位置??呻S著油價很大的波動,這里有些技術已經不賺錢了,而且最大的問題是它和碳減排是矛盾。將煤從燃料變成材料的技術都是二氧化碳排放太多,我們就應該重新去考量。不過煤還是有價值的,按照熱值計算,一噸油它的發熱量相當于一噸半煤,可是一噸油的價格要比一噸煤貴五倍到十倍。所以按照熱發熱量算,煤的價值是遠遠被低估了的,所以煤作為原料用還是有前途的。


            ·煤化工產能


            經過十年的努力,已經形成了相當規模的煤化工產業?,F在煤、電、油已經達到每年一千多萬噸,煤制烯烴也到了千萬噸的級別。這些產業因為石油價格波動的原因,價格很難再上調了,在經濟上很難競爭,而且是二氧化碳排放非常高,一噸烯烴的制備大概要排放十七噸的二氧化碳,而且耗水量大。

             


            上圖這個是過去我們開發用甲醇來做芳烴的技術,以及我們做的實驗裝置,這些裝置在一定時期之內還是有價值的??墒菑奶贾泻偷囊蠓矫婵紤],使用上是有問題的,預估這些產品只有在油價到了六七十美金,經濟上才可能會上升。也就是說,我們在過渡階段的這些技術的使用總體來講二氧化碳排放太多。


            在碳排方面,可以做一些油品的產品添加,比如降低汽車的排放污染,使用甲醛來做一個添加劑,添到柴油里使柴油本身排放污染大幅度降低,這個產品就叫做聚亞甲基二甲醚,它的合成壓力很低、溫度很低、反應非常柔和。1噸聚亞甲基二甲醚需要1.2噸到1.3噸的甲醇,價錢也很低,經濟上在煤化工當中目前是最容易站住腳的。


            ·煤炭分質利用


            可以看出來,現有的煤化工技術雖然實現了,但煤從燃料變成了材料,可是耗水量與二氧化碳排放特別大,煤耗也相對很大。所以將來要做到碳中和,必須尋求新的煤化工技術,同樣把煤從燃料變成了材料,而且二氧化碳要追求最低。關于這方面現在出現了新的動向,也就是目前很受重視的技術叫煤炭的分質利用。 


            ·調峰發電


            煤不能完全理解成碳,煤炭里面有一個碳原子,同時就有0.8個氫分子,煤是含氫的。一般燒鍋爐的時候就把這些碳和氫一塊都燒掉??梢韵胂?,在我們燒煤之前,我們把里邊的碳氫化合物分解出來,這樣話燃燒的是焦炭,通過煤炭分質以后得到半焦和碳氫化合物,碳氫化合物可以制氫,有利于二氧化碳的利用。也可以用分質后的半焦來燃燒進行蒸汽發電。蒸汽發電以后,它的煙道氣噴入碳氫化合物進行燃氣輪機發電,也就是說燃氣、蒸汽聯合循環發電。這種發電技術可能是將來保留的火電的方向,也就是這些聯合循環發電的能源轉化效率高,可以從現在的42%提高到60%。另外一個重要的性能就是它可以調峰、燃氣可以比較容易的進行開工和停工,可以作為可再生能源的調峰電網、調峰電站。


            當我們將焦爐氣拿出來以后發現,碳被分質后,剩余物質中含氫量非常多,一般來講含氫到接近60%,所以這個技術是可以降低二氧化碳的一個很好的來源。分區利用假如我們全國按照40億噸標煤計算,含氫量就有2.6億噸。這樣計算下來,生成的氫含量會非常高。所以煤應該是分質利用,這樣的話能耗比較小。日本人做了一個實驗,假如焦化技術里邊產生很多的焦油、重焦油、輕焦油等;這樣的話會造成很大的污染,因含化合物。


            利用碳分質,待它們在高溫點全部裂解時,可以將氫氣的產量提高到兩倍多,也就是說未來利用煤的高溫分質,經過焦化過程就是兩個產品:半焦和其他的全部經過裂解后形成的氫氣和小分子。


            ·半焦的利用


            半焦在高溫底下,是可以作為還原劑來還原二氧化碳。高溫底下二氧化碳和碳反應可以變成一氧化碳,這是一個吸熱反應。同時我們把一部分碳通過不完全燃燒生成一氧化碳,也就是說,我們可以把這個兩個反應放在一個籠子里,可以實現穩定的生產,這個時候就可以被二氧化碳通過碳還原的辦法由二氧化碳變成一氧化碳,這樣進行下來就可以做進一步的化學利用。


            ? 天然氣減二氧化碳排放


            天然氣是一個含氫最多的化合物,它對減少二氧化碳排放,利用二氧化碳和天然氣一個附碳、一個附氫的特質,就可以進行很多化學反應,所以天然氣應該作為化工原料來用。而當今因為天然氣的價格比較貴,中國的天然氣大部分用來民用了,民用天然氣實際上利用率是很低,比如用天然氣來燒開水,熱量大概只有30%~40%被利用,剩余50%以上的熱量全都散發掉。但如果用電來燒水,利用率可以達到90%以上的熱量、電能的大部分都會利用到。所以電氣化的炊具和家庭用電要比用天然氣要更合理,能源的轉化效率更高。而且剔下的天氣可以作為減排二氧化碳技術中一個很重要的含鉛原料。


            ·將天然氣用于工業


            現在國家上千萬噸的合成氨的制備都是用煤炭來制氫的,制1噸氫就會排出11噸以上的二氧化碳,但如果用天然氣去代替媒制氫,就可以大量的減少二氧化碳的排放??梢阅锰烊粴庾鳛樵蟻硎褂?。在超短接觸氧化用高溫的反應,可以從甲烷去最終實現氫氣的產生,這樣話就可以減少煤質的二氧化碳排放。以天然氣來調峰發電,作為材料在碳減排上是很重要的一點。


            ?生物技術


            ·藻類產油規?;芯?/strong>


            生物技術是利用陽光效率最高的。一般水生植物利用太陽光效能是最好的,比陸生植物要高十倍或數十倍。藻類的生長陽光利用非常好,藻類里邊還有很多的脂類,就是油,所以我們現在有很多研究,怎么使藻類通過陽光來制造蛋白質和油量。這個技術正在發展,我們應該重視。二氧化碳用于氣體肥料在大棚里,假如把二氧化碳的含量從現在的空氣里的含二氧化碳400ppm提高到1200ppm,因為植物在光合作用的時候是需要二氧化碳的,可以使植物增產至20%~30%。所以藻類的生物治理是非常重要的。在管道里充上海水,里面加入二氧化碳,微藻植物可以在陽光的照射下,非??斓纳a大量的微藻。微藻里的油可以作為碳氫化合物來利用。


            ·農牧業節能


            秸稈與糞便等污染物,處理不好是污染,處理好了以后可以作為很好的減排的原料??梢援a生沼氣作為能源來使用,也可以作為沼液、沼渣通過和化肥調配以后做生物肥料。


            ·成熟森林碳匯


            森林是一個碳匯。一個成熟的一個森林,每畝地每年可以吸收24億噸的二氧化碳,可是森林在夜間它是排二氧化碳,在每年排17.9噸二氧化碳。這個數據還不包括廢棄物代謝,森林的生命周期100一百年左右的時間,大量的枯枝、爛葉如果處理不好產生腐爛,就會產生很多的甲烷。甲烷的產生也會變成溫室氣體的因素。所以種樹作為吸收二氧化碳,作為碳匯是不完整的,所以應該把這些生物質用來碳化,碳化以后形成的不是碳氫化合物,而是純粹的生物碳。生物炭的生態結構是多孔的,是非常好的保山、保水的是肥料,經過慢慢釋放物質回歸土壤后,可以永遠的改良儲藏,使土壤變成黑土地。所以種樹的同時還要發展生物質碳化的技術,這樣是真正的一勞永逸的長期的事。使植物幫助我們把大氣的二氧化碳固定下來。


            ·生物質利用技術


            假如建立若干個以100戶人家為單位的沼氣站??梢猿浞值睦矛F有技術,用陽光保持溫度,然后通過我們開發的新菌種可以使甲烷的生產量常年的、大幅度的穩定供應。兩級發酵——第一級發酵,用一個新的菌種去發酵氫,誘導以后放在第二個反應器里換一個菌種,使大量的甲烷產生穩定的燃氣且可以成倍的提高,用于解決農村的用人問題和有機肥的問題。


            ?乙醇的合成


            乙醇是一個很重要的化學原料,美國人因為有很多的余糧,每年用糧食發酵做4000萬噸的酒精,主要用于工業和汽油的添加,減少汽車的污染。巴西用糖蜜發酵,它的酒精產量是兩千萬噸。中國雖然15部委都提出來,我們應該也發展這種燃料酒精制作添加乙醇的汽油,可是我們糧食的緊缺,糧食乙醇的產量只有三百萬噸左右。


            現在假如用煤利來合成氫氣制作乙醇的話,路程是很長的,首先煤氣化變成氫氣和一氧化碳,然后合成甲醇、醋酸、醋酸乙酯、然后加氫,經過很長的產業鏈才能生產乙醇。這樣做雖然已經有了工業試驗裝置,可是大型化起來很難,而且估計在經濟上也未必合理。


            現在有新的一種用商務技術來生產乙醇,而不用糧食。用工業廢氣的一氧化碳作為碳源來發酵酒精,首鋼和潞安集團集團分別已經建成了萬噸級的裝置。生物發酵采用厭氧梭菌梭菌,常溫發酵法。酒精產量每年45000噸,并且復產飼料蛋白5000噸。這種技術的二氧化碳排低得多。這種方法用作發酵酒精就得到的三個產品:酒精、氫氣、飼料蛋白。


            ?資源循利用 


            減排二氧化碳節能的技術,就是資源循環利用,通過再制造技術將已經使用過的工業廢物重新再變成產品。這個過程要做到從搖籃到墳墓,從墳墓再重新到搖籃,變成新的能耗最小的清潔原料。所以資源的循環利用也就是循環經濟,對于碳減排是非常重要的,循環經濟是碳中和的重要的發展抓手之一。


            ?零碳電力供應


            中國人均耗電0.51千瓦/小時,美國要比我們多三倍以上,要夠做到碳中和,就要去火力發電,使用光伏發電和風發電。由于近十年的努力,風電和光電的成本大幅度下降,已經可以做到跟火電成本基本近似,也是從經濟上,風電和光電已經基本上替代了火電,實現了零碳或者凈零碳的電力供應。


            自然界可再生能源是非常多的,太陽能給地球供應的能量是工業、生活各種能源的三千多倍。也就是說太陽能完全支持我們實現所有的能源需求,而不需要使用化石能源。


            ?光伏產業和風電產業


            中國在光伏產業做得是比較好的。光伏需要多晶硅、單晶硅,我們的產量是最大的。發電靠風電和光電后,有一個最大缺點就是風電光電的不穩定,一塊云彩過來以后,光伏電的發電量就會大幅度減少,夜間也沒有光。所以怎么使光能和風能的發電能夠穩定的電供應,就需要和儲電相匹配,可以把發電的高峰期的電儲存起來,然后可再生能源加上儲電形成一個智能電網,可以保證電能夠使可再生能源來發電,供應人類需求。所以現在科學家認為光伏、風伏發電加儲能技術可能是人類未來能源解決中,最集中的解決方案之一;另外還有一個就是核聚變發電。所以有化石能源的這個“石器時代”的結束不是因為石頭沒有了,而是因為有新的技術,有了“青銅冶煉”技術。我們現在面臨著化石能源的結束,是新的可再生能源技術的發展。


            ·太陽能與風力資源


            青海、西藏是豐富的太陽能地區,每平方米每年就可以有1兆焦耳的能量。西藏的太陽能資源巨大,風能中國也有豐富的風場資源,所以我們完全可以發展風電和光電技術,代替現有的化石能源發電。


            人類最終能源



            現在的重要問題是儲電技術的發展,儲電和再生能源發電組成智能電網。儲能現在大規模的儲能技術還在發展之中,其中各種技術,有化學儲能、鋰電池、動力電容、相變儲能、機械儲能、水力儲能等等;水力儲能現在是儲量最大的。用上下游兩個水庫來調節風電、光電供應不穩定的問題,也可以有建成液硫電池的大規模的儲能技術。目前中國的儲能技術還是以抽水儲能占多,化學儲能只占1/3不到。


            所以現在關鍵就是要大力的發展儲能技術,需要大量的發展水、電和化學儲能,水電儲能可以保證儲能效率是電力在輸出時占儲能的75%,鋰電池儲的儲能效率要占到90%,各有優勢。


            ?交通


            國家現在汽車保有量是2.6億輛,其中新能源汽車381萬輛處于世界首位。其實交通的電氣化在火車上已經完全實現了,在航空、水等電氣化過程。世界各國已經開始在研究要實現整個水、陸、空的交通慢慢做到零二氧化碳的排放。中國首架的電動飛機已經試飛,當然距離實現還有過程。


            ?新能源汽車


            新能源汽車是一個重要的發展的方向,這方面有很好的優勢。近年來純電動車的產量我們是世界第一。2020年銷售占到全世界的42%,產業鏈基本完整,包括原料、關鍵零件、整車電機、電控、電池等等。在芯片、仿真軟件、智子模技術等方面還是落后的,所以我們要加快新能源汽車的儲電技術的發展,這樣可以對我們碳中和方面的零碳交通的實現加快進度。


            ?化學儲能


            新能源汽車方面原來制約鋰電池里程數比較低的情況已經改觀,現在最好的成績是可以開到800~1000公里,比燃油汽車開得還要更遠。鋰電池在高能量密度情況下會著火的情況也已經克服。要對我們化工人來講的挑戰,主要是給電池提供新的、高性能材料,我們不做電池,但給電池供應材料。


            鋰電池的碳材料——納米碳管,這個技術是在清華大學做成后,而且轉讓給社會的。

             


            上圖是近期我們在做的石墨烯和碳管雜化,層面像天花板的是石墨烯,管狀體型的是納米碳材料。將碳材料組裝到泡沫狀態化的泡沫鋁里,然后加上離子液化和石墨雜化,這種材料就可以做成動力給電容和動力電池的材料,可以大幅度的提高鋰電池的效果。通過理硫的介入,可以抑制枝晶的產生,保證電池安全,甚至可以做成固化電池。也就是說由電解質做成固態之后,就更不會出現電池因意外而燃燒引起的問題,安全性可以得到大量的提升。


             ?氫燃料


            濾清技術——通過光伏風電、光電產生電流去電解水,生產氫氣,這樣的制氫技術氫氣是可以不排二氧化碳的同時產生大量的氫氣,這種技術可以代替我們現在用因為天然氣來制氫的方式,從而解決碳排放的問題??墒菤錃獠荒芄茌?,也很難儲存,需要600公斤的高壓罐來分裝,所以它的儲存和運輸都是很困難的。所以他不太方便分布式利用。


            沒有二氧化鈦的制氫技術,我們制氫應該用來合成材料代替煤。制氫來生產甲醇、氨氣等等。所以大量的氫氣制備時代,大規模的氫氣是偽命題,應該將它作為材料使用,因為電解水制氫的技術現在的成本還比較高。


            ?可再生資源用于運輸


            是否可以將所謂的氫燃料電池用于汽車涉及到效率的問題?,F在用電解水制氫的能耗比較高,原因就是說電解水理論需要的電壓是1.23伏,需要各種技術使水導電,實際電壓在2伏以上,實現之后電解水的產量只跟電流有關系,跟電壓沒關系,可是電壓跟能耗有關系,所以這樣化電解水制氫能源轉化效率現在只有30%、40%,再提高可能也到不了60%。制氫出的氫氣再去用作氫燃料提取發電,氫燃料電池的能源轉換效率大概是由50%提高到60%。以上過程是從可再生的電變成氫氣,再由氫氣變成電;能量就剩余1/3了,所以轉化效率是非常低的。


            所以我們認為氫是一個很重要的碳中和的元素,可是不是一個很好的二次能源。我們主張上實際上也是這么發展的,比如電動汽車的未來應該主要是鋰電池或各種鋰硫電池,各種新型電池的全電動車發展。


            如果使用鋰電池作為汽車的驅動,我們還有個重要優勢就是電動車的儲電能力可以儲存光伏電力儲能輸出的1/2。所以純電動車,一方面可以保證運輸,同時它還是儲能的一個重大手段,通過分布式電網利用,我們可以大幅度的降低投資的成本。


            ?核能利用


            清華的高溫氣冷堆,可以復產700度到900度的蒸汽,這高能量的蒸汽可以通過化學鏈技術同時生產氫氣。核聚變就更沒有碳排放了,因為海水里的重氫是非常多的,核聚變的成功可能是人類未來能源的解決方案。


            ?建筑


            另外,二氧化碳排放大戶就是人居工程,是建筑和生活方面。關于這方面的二氧化碳排放,中國是需要一種節能的建筑


            材料,在這方面,國外建筑業已經做了很多,我們完全可以效仿。


            住戶全部的能量的需求可以通過地熱、風電、光電等等方式。


            不排二氧化碳,不用化石燃料去供應,而且還能有富裕。這種零碳、完全生態化的居住環境也是我們努力的方向?,F在主要發展保溫材料使冬天的供暖需求大幅度下降。


            ?未來能源結構設想


            最后,已經有很多專家做了很多假設并計算。到2060年再生能源是否可以完全覆蓋。以這種模型設想,最終會覆蓋80%~90%。到時的化石能源利用可能還要占到10%或者更少。這樣話就需要二氧化碳的回收利用。


            清華和國外有這樣的技術合作——氣體二氧化碳可以重新變成石頭,以固體形式存在。這是一個化學鏈技術,是通過地球上大量存在的硅酸鹽,就是橄欖石、蛇紋石,甚至于現在我們的建筑的廢棄的水泥都是硅酸鹽,通過硅酸鹽用氯化銨活化變成氯化物,然后再用二氧化碳轉化成碳酸鹽,也就是碳酸鈣、碳酸鎂??梢蚤L遠的以固體形式保存。這些技術過去在經濟上是站不住腳的,可在將來卻不見得沒有出路。所以我們還要開發很多二氧化碳回收利用的技術,在這方面也會在不斷的進展。


            ?低碳生活方式


            聯合國號召全民的低碳生活,在2008年的時候就已經有做過很好的宣傳,提到二氧化碳排放跟人的日常生活息息相關,做了很詳細的計算,比如你洗衣服時,洗完以后不用甩干機甩干,而用自然的晾干,這樣的話每人每天就可以少排2.3公斤的二氧化碳。所以日常生活與碳排放是密切相關的。讓我們可以參考的,應該提倡全民的低碳生活。


            結語


            碳中和的問題是規劃人類未來命運的重要抓手,碳中和與經濟發展同步進行。實際2060年碳中和的實現是一個時代的變遷。中國要從工業化時代轉化成信息化時代,必然伴隨著這樣的過程,我們在大幅度的降低二氧化碳的排放同時提高經濟高速發展。并且這是一個可再生能源主導的,代替了化石能源;核聚變能源的時代,也是化石燃料、化石煤、天然氣作為燃料變成材料,資源循環利用化的時代。


            會迎來全民、全行業、工業、農業、居住、交通等全面提升的大產業變革,使中國經濟發展永遠的擺脫了資源和能源匱乏的干擾,使中國社會能夠進入一個穩定的、長期的、可持續的發展過程。所以它的意義是巨大的,需要全民的共同努力,這就是我們對于碳中和實現的一些思考。


            謝謝大家!

            注:以上內容如有編誤,請以直播回放內容為,謝謝!




            主講嘉賓簡介



            金涌,中國知名的化學工程專家,清華大學教授、博士生導師。1997年當選為中國工程院院士。



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