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    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。

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