專訪中國工程院院士、清華大學化學科學與技術研究院院長金涌：“雙碳”目標下化石能源重新洗牌 氫元素應重新規劃利用
2021-11-19 06:23:55來源：21世紀經濟報道
碳達峰、碳中和的目標下，發展清潔能源已經成為實現綠色低碳轉型發展的重要方面。
“雙碳”目標下，未來新能源在能源結構中將會扮演什么樣的角色？傳統化石能源未來的出路在哪里？氫能是否會成為能源結構中重要的一環？
近日，21世紀經濟報道記者（以下稱《21世紀》）專訪了中國工程院院士、清華大學化學科學與技術研究院院長金涌。金涌表示，化石能源被新能源取代成為發展的大趨勢?？稍偕茉醇由蟽﹄娂夹g，將是人類未來能源的解決方案。
鋰電池是理想的儲能方式
《21世紀》：目前我國在實現“雙碳”目標的過程中面臨哪些挑戰？怎樣實現經濟和“雙碳”目標的同步發展？
金涌：我國主要面臨三種挑戰。第一，我國二氧化碳排放總量大，占世界排放量的三分之一；第二，我國需要在30年之內降低碳排放，實現碳達峰向碳中和的轉變；第三，在實現“雙碳”目標的同時，經濟也要同步發展。
按照《中國宏觀經濟藍皮書》的設定，2050年，我國人均GDP要超過4萬美元，目前水平是1萬美元左右。在實現碳達峰、碳中和的關鍵期，我國的人均GDP要達到現行水平的4倍。而在能耗方面，2019年，我國萬元GDP能耗約為0.519噸標準煤，同期主流發達國家的萬元GDP能耗一般維持在0.1-0.2噸標準煤。既要實現碳達峰、碳中和目標，又要保持國民經濟的健康穩定發展，降低萬元GDP能耗是頭等大事。
具體來看，可以從兩方面入手。
一是技術進步。我們需要考慮所有節能技術的進步，目前大概還有10%—20%的余量。
二是產業結構轉型?，F在全世界的發展趨勢是，低附加值、初級產品、能耗大產值低的產品逐漸退出市場。未來，我國需要發展信息、智能、5G等高附加值低能耗產業。
因此，一方面需要跨學科發展，化工與生物、物理、信息結合；另一方面，形成產業間的融合，如視、聽、觸覺技術和量子傳輸技術、人工智能算術和機器人技術等。
《21世紀》：未來我國可再生能源在能源結構中會扮演什么樣的角色？可再生能源的發展又面臨哪些挑戰？
金涌：現在的光伏和風電成本快速下降，光伏一度電的成本接近火電甚至更低。但是風光電有缺點，它不穩定，需要儲能。所以現在全世界的共識：可再生能源加上儲電技術，是人類未來能源的解決方案。
目前可再生能源面臨的最大困難是儲電。儲電方式有很多，其中可以移動的、最好的儲電方式是鋰電池。目前我國的鋰電池產業發展迅速。寧德時代的儲電技術在世界領先，清華也在制作電池材料，使電池容量最大。
碳和氫元素重新規劃利用
《21世紀》：從化學技術的角度看，煤化工行業在綠色轉型中可以做出哪些嘗試？
金涌：中國的煤炭儲量僅占全世界的12%，而美國占24%，美國的人均煤炭擁有量是我國的8倍?，F有的煤變油、煤變烯烴甚至乙二醇可能不會受到廣泛支持，只有耗能少、碳排放少、收益高的技術才能實現發展。因此，我國需要發展新的技術，提高煤炭利用率。我們可以將生物技術與化工技術結合，減少二氧化碳排放量，契合碳中和要求。
煤炭的分質利用也是一種思想。通過分質，煤炭最終變成兩種產品：半焦和氫氣。氫氣可以作為碳匯處理二氧化碳。經過加熱，半焦也可以成為一種碳匯，生成性質活潑的一氧化碳。一氧化碳可以用來制作酒精，從而用于汽車燃料，甚至塑料、橡膠纖維的使用，實現無機碳向有機碳的轉化。
《21世紀》：如何看待未來石油和天然氣的發展？
金涌：石油方面，在傳統的煉化技術下，80%的原油最終變成了汽油、柴油，僅有20%用來制作塑料、橡膠和纖維。到2060年，如果電動車在全國普及，這一比例將會顛倒。另外，目前我國的原油中僅有5%用于制作聚乙烯，未來原油使用用途的變化將更多的碳固定在物質中。
從碳中和的角度看，天然氣是很好的碳中和原料，應當分離碳和氫元素，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。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險的高耗能企業提供退出機制，幫助它們改造原有技術，減少碳排放，提高利用率，以降低損失，契合碳中和的目標。
未來氫燃料汽車可能不是主流
《21世紀》：綠氫在未來能源結構中有什么意義？
金涌：氫燃料電池實際上是在“燒氫”，并且氫在發電中損失較大。所以，氫實際上不適合作為能源，而更適合用于制成材料。氫能的說法并不準確，它不是嚴格意義上的二次能源，將來電動車發電的主流趨勢是利用鋰電池等其他類型電池。
未來，如果能夠以低成本電解水，綠氫可以代替煤制氫，最終實現二氧化碳零排放。不排除氫在個別領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，很多企業因為國家補貼而發展氫燃料電池，實際上應該大力發展制作綠氫的技術。
《21世紀》：在目前的情況下，哪些技術能夠投入商業化使用，助力碳中和？
金涌：一個技術成為經濟動力，首先需要滿足三個條件：技術成熟、可以盈利，低二氧化碳排放量。具體來看，技術經歷了小規模的實驗室研究到大規模的化工生產,而在這個過程中，技術人員需要做中間試驗，并說明其在物理、化學計算機控制、經濟等方面的產業知識。接著將這些材料形成的“軟件包”遞交至設計院，最后賣給企業家，進入市場。
整體而言，滿足第一個條件的難度較大。由于中間試驗不提供產品，只提供知識，有的企業不愿意做，導致很多技術無法實現商業化，因而中間試驗常常成為“死亡谷”。因為中間試驗放棄產品投入的行為是不理智的?，F在的金融家、各級領導和企業公司領導應該能夠有智慧辨別不同的科學家，識別市場價值，具有足夠的眼光投入產業化。
免責聲明
營業執照公示信息