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金涌院士:2060碳中和思考

2021-8-24 12:45

来源:


各位专家、各位领导下午好,我们今天一起讨论关于碳中和的问题。


关于2030年碳达峰与2060年碳中和


在2020年9月22日联合国大会上,习近平主席承诺了中国在2030年实现碳达峰,2060年实现碳中和,在当时,有121个国家承诺在2050年实现碳中和。


习主席论述,关于碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统变革,要把碳达峰和碳中和纳入到生态文明建设的总体布局中去。也就是说我们对碳中和的认识不仅是能源与环境问题,而是一个牵动全局的大变革


·2019年全球碳排放


2019年世界二氧化碳排放的总量约为330亿吨,中国的碳排放是102亿吨,这表明,中国的碳排放约占世界的1/3,而美国是第二碳排放国家,为48亿吨,排放量只有我们的一半。到2030年碳达峰时,数值可能比目前还要高。中国的目标是要从世界二氧化碳排放最高的国家做到零排放。


从碳达峰到碳中和的阶段肯定是一个很艰难的时期。英国从碳达峰时间到碳中和的时间为1971年到2050年,这一过程历经79年;美国从碳达峰过渡到碳中和时间为45年;而中国要实现这一过程只有30年的时间。中国为全球碳排放最高的大国,并且与其他国家相比,要在最短的时间内实现零碳排放,难度可想而知。


·后工业化社会和信息化、智能化社会主要差距


目前我们国家仍处于发展时期,按照国家规划,我们到了中华人民共和国成立100周年的时候,预计人均GDP要达到4万美元,现在人均GDP为1万美元,也就是在这过程中经济要提升4倍;到2060年,人均GDP将达到5万美元。也就说我们在碳达峰到碳中和这段时间里,同时做到和经济的发展同步,这样难度更大。


·二氧化碳与能耗的关系


2019年万元GDP能耗,按标煤吨计算日本为最少,大约0.1吨以下;而我们国家将近要超过0.5吨,这说明我们国家的万元GDP的二氧化碳能耗是很大的。在这个过程之中,我们要和经济同步发展,就必须把万元GDP能耗降下来,也就是要从一个工业化社会后期做到信息化、智能化时代。美国、日本,之所以二氧化碳标煤低,因为它生产的都是高附加值、低能耗的物质。而我们国家呢现在主要是大量的生产的是高能耗、低附加值的产品,所以这个是一个全社会的变革,我们要在经济同步发展的时候,需要我们从后工业社会进入到一个细化、数字化的社会。


·碳中和的具体实现的各项原则


第一、人文角度——我们提出建设人类命运共同体,同全世界一起来改变气候污染和气候变化的问题,这是我们显示大国的承担;

第二、科学角度——实现碳中和科学上要原理正确、工程上要开发颠覆性技术,要在进来实现这些技术是可行的;

第三、经济角度——要使国家的大量投资合理且可承受,保证国家从一个中等发达国家同步建成一个现代化国家,并且保障经济和生态环境的同步发展。


当然,坚持应对气候变化,全世界都有责任,可是责任目标是不同的。如果外国在2050年做到碳中和,我们做到2060年做到碳中和也是完全合乎我们承诺的。而且我们主张要做到开放社会,不能搞孤立,不能搞技术封锁。针对这些将要实现的目标,美国人认为这将会是对中国的一个最大的制约,让中国人背上一个大包袱后,不可能跑得很快。美国的如意算盘是一方面要竞争、制裁我们,跟我们断绝技术上的种种联系,另一方面又要合作,比如碳中和合作。可以说这是它的伪善。可我们依然要这样做的原因是,碳中和的实现是对我们从一个后工业化社会过渡到一个信息化社会发展的必须。


·碳中和的价值


第一、有助于长期高质量、可持续发展;

第二、克服对能源进口依赖;

第三、是产业转型的巨大推力,生态文明建设减少污染的必须;

第四、提现我国构建人类命运共同体的担当。


·碳中和的挑战


第一、不仅是技术问题,也是对市场的考验;粗略估计将投资100亿以上,在40之内每年GDP投入3%;

第二、对经济和管理学的挑战;

第三、是对制度设计,公共政策的考量。

综上所述得出,碳中和是国家全社会牵动全身的一场大的变革。



碳中和与经济增长并行


预估到2060年,中国人口大致稳定在14.6亿人。也就是说人口可能在今后四十年不会有大的变化。到2060年,我们要求人均GDP达到5万美元的情况下,经济增速要提升五倍,必须我们把万元GDP能耗要降到现在先进国家的首先,要将每生产一万元GDP产值消耗的能源要降到0.1到0.2吨标煤。假如我们把万元GDP能耗降低五倍,而经济发展提高五倍,么这样算下来的话,我们基本上用现在的能源消耗就可以实现碳中和了。所以我们的第一个目标就是要全社会的经济结构的大变化。


·中国一次能源消耗占比

工业:57.06%

建筑:16.78%

交通:15.30%

其他:10.86%


节能方向(工业)


1、产业结构改变为主


 工业结构的变化是降低万元GDP的主要的努力方向。我们在工业产业方面生产了大量能耗大、产值并不高的一些产品,比如钢铁产量达到了12亿吨,占到世界的一半;水泥的产量高达17亿吨,相当于2/3世界的水泥产量。大量的低价值值、高能耗的产品,到了2060年是否还需要这么多呢?我想那时候我们的高铁、公路、房屋建设得差不多了,在一个信息化社会,可能我们并不需要这么多低价值的、高能耗的物质。比如:2019年美国人均水泥的产量只有0.27吨,而当年中国的水泥产量是1.69吨。水泥的产量按人均算,我们是美国的6倍,按钢铁算为3倍。也就是说低价的、高耗能的产业在将来很可能要淡出市场,而我们面临着一个工业结构的大的变化,这是我们达到碳中和必须要做的。


2、技术进步为辅


我们国家在各项技术上和先进国家的能耗相比能会多10%~20%。比如发电:中国火电每发一度电大概消耗300克的煤,而发达国家是270克,能源利用差为10%左右。所以我们提倡在各个行业节能,节能可以通过技术进步节能、也可以通过消费节能。所以节能是必须要做的。比如肥料,我们每亩地的耗肥量是美国的四倍多,其实呢我们有很大的潜力可以去减少氮肥的用量,通过啊这个测土施肥、按照作物精准施肥,我们可以在保证每亩地产量不减少的情况下,肥料的用量起码可以降低1/3到1/2左右。对准对肥料这种产值并不高且耗能很大的产业,我们可以以上面的方式节约大量的能耗。


出路——科技创新


1、低能耗、高附加值产品

2、高端材料是高端制造得到基础

3、信息产业配套:高纯试剂、CF3I等,高档光刻胶,封装材料

4、生化产业配套:医药、活体3D打印材料,靶向合成

5、精细化,个性化设计:有机发光半导体、碳纤维、滤膜材料、光电膜、卤化丁基胶、特种聚合物(双峰、超高分子量、耐冲、茂金属聚乙烯)纳微限域合成

6、生态园建设、通过提升技术、资源、能源、资金、区域最优配置、全生命周期清洁、源头污染防治。


制造低能耗、高附加值的出路在于发展智能产业,提出生产大量的低能耗、高附加的产品。比如一个血管支架只有几克,可以卖到几千块。所以高端材料制造,需要各种性能的高端性能的材料,为更轻、更强度、更耐磨的、更含能、各种新的材料是我们先进制造、高附加值的基础。为化工产业制造,及各种高端制造所需要的材料输出能够提供保障。


能源——资源化利


实现碳中和方式主要是以火力发电站慢慢过渡到光电和风电,以可再生能源为主要发电模式。

实现可再生能源发电之后,一次性能源,比如现有的化石能源又要怎么去利用?


从化石燃料时代转化为化石材料时代


化石能源对人类的进步起了非常大的作用,世界第三次工业革命的共同点就是化石能源驱动用的就是石油、煤炭、天然气。在将来这些化石燃料不再用来燃烧了,当然就没有二氧化碳的产生。从化石能源时代转化为化石材料时代,这些化石能源、化学材料我们要把它做成高端的材料,供给高新科技来用。


▶ 石化产业


石油材料路线——过去的石油炼制,80%主要的产品是汽油、柴油、煤油、润滑油等等;而只有20%做成食脑油,通过石脑油做成三烯、三苯,用来做高分子材料。汽油、柴油、煤油资源目前国家已经过剩,现在需要更多的高分子材料,做高分子材料的产品。所以就必须要再开发一个新的颠覆性技术,就是要80%的炼油产品都做成高分子材料,剩余20%保留汽油、柴油、煤油作为燃料用。


多产石脑油方案


 

新催化裂化法——由清华大学魏飞教授团队和阿拉伯美孚石油公司共同开发。过程大概为:在温度提高到600度时,催化剂和原油的比例提高到15:1,反气停留时间小于一秒,关键在于平推流反应器,其停留时间要非常均匀、非常短。在使用这种方法后实验室研究表明芳烃单程收率可以达到23%,也就是说我们以后用这种方法,可以把接近80%的石油全部做成高分子材料,这是对石油利用的一个很大的变化。这个技术的推广对于石油从燃料变成材料是一个很好的一个出发点。


气固混合行为


 下行床和提升管内颗粒停留时间分布


这个研究使用的是一个非常平流、层次非常均匀的一个名为下行床的装置,可以看出蓝色的峰值是非常集中的,没有一个大的拖尾。研究镜像分布图:


 

以下是一个15万吨下行床的一个实验装置。此装置所采用的是我们第一版的技术(已经转让给巴西)。


 

新开发的是第二代与第三代的技术,可以实现以上所述的石油70%~80%做用于材料的设想。


化工


最近十几年中国化工界做了极大的努力!煤化工技术使得煤不做燃料用,而作为材料做烯烃,芳烃;代替一部分石油,做了非常好的工作。无论从研究能力、催化剂、设备、放大技术、大厂运营经验等各个方面在世界都处于领先位置。可随着油价很大的波动,这里有些技术已经不赚钱了,而且最大的问题是它和碳减排是矛盾。将煤从燃料变成材料的技术都是二氧化碳排放太多,我们就应该重新去考量。不过煤还是有价值的,按照热值计算,一吨油它的发热量相当于一吨半煤,可是一吨油的价格要比一吨煤贵五倍到十倍。所以按照热发热量算,煤的价值是远远被低估了的,所以煤作为原料用还是有前途的。


·煤化工产能


经过十年的努力,已经形成了相当规模的煤化工产业。现在煤、电、油已经达到每年一千多万吨,煤制烯烃也到了千万吨的级别。这些产业因为石油价格波动的原因,价格很难再上调了,在经济上很难竞争,而且是二氧化碳排放非常高,一吨烯烃的制备大概要排放十七吨的二氧化碳,而且耗水量大。

 


上图这个是过去我们开发用甲醇来做芳烃的技术,以及我们做的实验装置,这些装置在一定时期之内还是有价值的。可是从碳中和的要求方面考虑,使用上是有问题的,预估这些产品只有在油价到了六七十美金,经济上才可能会上升。也就是说,我们在过渡阶段的这些技术的使用总体来讲二氧化碳排放太多。


在碳排方面,可以做一些油品的产品添加,比如降低汽车的排放污染,使用甲醛来做一个添加剂,添到柴油里使柴油本身排放污染大幅度降低,这个产品就叫做聚亚甲基二甲醚,它的合成压力很低、温度很低、反应非常柔和。1吨聚亚甲基二甲醚需要1.2吨到1.3吨的甲醇,价钱也很低,经济上在煤化工当中目前是最容易站住脚的。


·煤炭分质利用


可以看出来,现有的煤化工技术虽然实现了,但煤从燃料变成了材料,可是耗水量与二氧化碳排放特别大,煤耗也相对很大。所以将来要做到碳中和,必须寻求新的煤化工技术,同样把煤从燃料变成了材料,而且二氧化碳要追求最低。关于这方面现在出现了新的动向,也就是目前很受重视的技术叫煤炭的分质利用。 


·调峰发电


煤不能完全理解成碳,煤炭里面有一个碳原子,同时就有0.8个氢分子,煤是含氢的。一般烧锅炉的时候就把这些碳和氢一块都烧掉。可以想象,在我们烧煤之前,我们把里边的碳氢化合物分解出来,这样话燃烧的是焦炭,通过煤炭分质以后得到半焦和碳氢化合物,碳氢化合物可以制氢,有利于二氧化碳的利用。也可以用分质后的半焦来燃烧进行蒸汽发电。蒸汽发电以后,它的烟道气喷入碳氢化合物进行燃气轮机发电,也就是说燃气、蒸汽联合循环发电。这种发电技术可能是将来保留的火电的方向,也就是这些联合循环发电的能源转化效率高,可以从现在的42%提高到60%。另外一个重要的性能就是它可以调峰、燃气可以比较容易的进行开工和停工,可以作为可再生能源的调峰电网、调峰电站。


当我们将焦炉气拿出来以后发现,碳被分质后,剩余物质中含氢量非常多,一般来讲含氢到接近60%,所以这个技术是可以降低二氧化碳的一个很好的来源。分区利用假如我们全国按照40亿吨标煤计算,含氢量就有2.6亿吨。这样计算下来,生成的氢含量会非常高。所以煤应该是分质利用,这样的话能耗比较小。日本人做了一个实验,假如焦化技术里边产生很多的焦油、重焦油、轻焦油等;这样的话会造成很大的污染,因含化合物。


利用碳分质,待它们在高温点全部裂解时,可以将氢气的产量提高到两倍多,也就是说未来利用煤的高温分质,经过焦化过程就是两个产品:半焦和其他的全部经过裂解后形成的氢气和小分子。


·半焦的利用


半焦在高温底下,是可以作为还原剂来还原二氧化碳。高温底下二氧化碳和碳反应可以变成一氧化碳,这是一个吸热反应。同时我们把一部分碳通过不完全燃烧生成一氧化碳,也就是说,我们可以把这个两个反应放在一个笼子里,可以实现稳定的生产,这个时候就可以被二氧化碳通过碳还原的办法由二氧化碳变成一氧化碳,这样进行下来就可以做进一步的化学利用。


▶ 天然气减二氧化碳排放


天然气是一个含氢最多的化合物,它对减少二氧化碳排放,利用二氧化碳和天然气一个附碳、一个附氢的特质,就可以进行很多化学反应,所以天然气应该作为化工原料来用。而当今因为天然气的价格比较贵,中国的天然气大部分用来民用了,民用天然气实际上利用率是很低,比如用天然气来烧开水,热量大概只有30%~40%被利用,剩余50%以上的热量全都散发掉。但如果用电来烧水,利用率可以达到90%以上的热量、电能的大部分都会利用到。所以电气化的炊具和家庭用电要比用天然气要更合理,能源的转化效率更高。而且剔下的天气可以作为减排二氧化碳技术中一个很重要的含铅原料。


·将天然气用于工业


现在国家上千万吨的合成氨的制备都是用煤炭来制氢的,制1吨氢就会排出11吨以上的二氧化碳,但如果用天然气去代替媒制氢,就可以大量的减少二氧化碳的排放。可以拿天然气作为原料来使用。在超短接触氧化用高温的反应,可以从甲烷去最终实现氢气的产生,这样话就可以减少煤质的二氧化碳排放。以天然气来调峰发电,作为材料在碳减排上是很重要的一点。


▶生物技术


·藻类产油规模化研究


生物技术是利用阳光效率最高的。一般水生植物利用太阳光效能是最好的,比陆生植物要高十倍或数十倍。藻类的生长阳光利用非常好,藻类里边还有很多的脂类,就是油,所以我们现在有很多研究,怎么使藻类通过阳光来制造蛋白质和油量。这个技术正在发展,我们应该重视。二氧化碳用于气体肥料在大棚里,假如把二氧化碳的含量从现在的空气里的含二氧化碳400ppm提高到1200ppm,因为植物在光合作用的时候是需要二氧化碳的,可以使植物增产至20%~30%。所以藻类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,微藻植物可以在阳光的照射下,非常快的生产大量的微藻。微藻里的油可以作为碳氢化合物来利用。


·农牧业节能


秸秆与粪便等污染物,处理不好是污染,处理好了以后可以作为很好的减排的原料。可以产生沼气作为能源来使用,也可以作为沼液、沼渣通过和化肥调配以后做生物肥料。


·成熟森林碳汇


森林是一个碳汇。一个成熟的一个森林,每亩地每年可以吸收24亿吨的二氧化碳,可是森林在夜间它是排二氧化碳,在每年排17.9吨二氧化碳。这个数据还不包括废弃物代谢,森林的生命周期100一百年左右的时间,大量的枯枝、烂叶如果处理不好产生腐烂,就会产生很多的甲烷。甲烷的产生也会变成温室气体的因素。所以种树作为吸收二氧化碳,作为碳汇是不完整的,所以应该把这些生物质用来碳化,碳化以后形成的不是碳氢化合物,而是纯粹的生物碳。生物炭的生态结构是多孔的,是非常好的保山、保水的是肥料,经过慢慢释放物质回归土壤后,可以永远的改良储藏,使土壤变成黑土地。所以种树的同时还要发展生物质碳化的技术,这样是真正的一劳永逸的长期的事。使植物帮助我们把大气的二氧化碳固定下来。


·生物质利用技术


假如建立若干个以100户人家为单位的沼气站。可以充分的利用现有技术,用阳光保持温度,然后通过我们开发的新菌种可以使甲烷的生产量常年的、大幅度的稳定供应。两级发酵——第一级发酵,用一个新的菌种去发酵氢,诱导以后放在第二个反应器里换一个菌种,使大量的甲烷产生稳定的燃气且可以成倍的提高,用于解决农村的用人问题和有机肥的问题。


▶乙醇的合成


乙醇是一个很重要的化学原料,美国人因为有很多的余粮,每年用粮食发酵做4000万吨的酒精,主要用于工业和汽油的添加,减少汽车的污染。巴西用糖蜜发酵,它的酒精产量是两千万吨。中国虽然15部委都提出来,我们应该也发展这种燃料酒精制作添加乙醇的汽油,可是我们粮食的紧缺,粮食乙醇的产量只有三百万吨左右。


现在假如用煤利来合成氢气制作乙醇的话,路程是很长的,首先煤气化变成氢气和一氧化碳,然后合成甲醇、醋酸、醋酸乙酯、然后加氢,经过很长的产业链才能生产乙醇。这样做虽然已经有了工业试验装置,可是大型化起来很难,而且估计在经济上也未必合理。


现在有新的一种用商务技术来生产乙醇,而不用粮食。用工业废气的一氧化碳作为碳源来发酵酒精,首钢和潞安集团集团分别已经建成了万吨级的装置。生物发酵采用厌氧梭菌梭菌,常温发酵法。酒精产量每年45000吨,并且复产饲料蛋白5000吨。这种技术的二氧化碳排低得多。这种方法用作发酵酒精就得到的三个产品:酒精、氢气、饲料蛋白。


▶资源循利用 


减排二氧化碳节能的技术,就是资源循环利用,通过再制造技术将已经使用过的工业废物重新再变成产品。这个过程要做到从摇篮到坟墓,从坟墓再重新到摇篮,变成新的能耗最小的清洁原料。所以资源的循环利用也就是循环经济,对于碳减排是非常重要的,循环经济是碳中和的重要的发展抓手之一。


▶零碳电力供应


中国人均耗电0.51千瓦/小时,美国要比我们多三倍以上,要够做到碳中和,就要去火力发电,使用光伏发电和风发电。由于近十年的努力,风电和光电的成本大幅度下降,已经可以做到跟火电成本基本近似,也是从经济上,风电和光电已经基本上替代了火电,实现了零碳或者净零碳的电力供应。


自然界可再生能源是非常多的,太阳能给地球供应的能量是工业、生活各种能源的三千多倍。也就是说太阳能完全支持我们实现所有的能源需求,而不需要使用化石能源。


▶光伏产业和风电产业


中国在光伏产业做得是比较好的。光伏需要多晶硅、单晶硅,我们的产量是最大的。发电靠风电和光电后,有一个最大缺点就是风电光电的不稳定,一块云彩过来以后,光伏电的发电量就会大幅度减少,夜间也没有光。所以怎么使光能和风能的发电能够稳定的电供应,就需要和储电相匹配,可以把发电的高峰期的电储存起来,然后可再生能源加上储电形成一个智能电网,可以保证电能够使可再生能源来发电,供应人类需求。所以现在科学家认为光伏、风伏发电加储能技术可能是人类未来能源解决中,最集中的解决方案之一;另外还有一个就是核聚变发电。所以有化石能源的这个“石器时代”的结束不是因为石头没有了,而是因为有新的技术,有了“青铜冶炼”技术。我们现在面临着化石能源的结束,是新的可再生能源技术的发展。


·太阳能与风力资源


青海、西藏是丰富的太阳能地区,每平方米每年就可以有1兆焦耳的能量。西藏的太阳能资源巨大,风能中国也有丰富的风场资源,所以我们完全可以发展风电和光电技术,代替现有的化石能源发电。


人类最终能源



现在的重要问题是储电技术的发展,储电和再生能源发电组成智能电网。储能现在大规模的储能技术还在发展之中,其中各种技术,有化学储能、锂电池、动力电容、相变储能、机械储能、水力储能等等;水力储能现在是储量最大的。用上下游两个水库来调节风电、光电供应不稳定的问题,也可以有建成液硫电池的大规模的储能技术。目前中国的储能技术还是以抽水储能占多,化学储能只占1/3不到。


所以现在关键就是要大力的发展储能技术,需要大量的发展水、电和化学储能,水电储能可以保证储能效率是电力在输出时占储能的75%,锂电池储的储能效率要占到90%,各有优势。


▶交通


国家现在汽车保有量是2.6亿辆,其中新能源汽车381万辆处于世界首位。其实交通的电气化在火车上已经完全实现了,在航空、水等电气化过程。世界各国已经开始在研究要实现整个水、陆、空的交通慢慢做到零二氧化碳的排放。中国首架的电动飞机已经试飞,当然距离实现还有过程。


▶新能源汽车


新能源汽车是一个重要的发展的方向,这方面有很好的优势。近年来纯电动车的产量我们是世界第一。2020年销售占到全世界的42%,产业链基本完整,包括原料、关键零件、整车电机、电控、电池等等。在芯片、仿真软件、智子模技术等方面还是落后的,所以我们要加快新能源汽车的储电技术的发展,这样可以对我们碳中和方面的零碳交通的实现加快进度。


▶化学储能


新能源汽车方面原来制约锂电池里程数比较低的情况已经改观,现在最好的成绩是可以开到800~1000公里,比燃油汽车开得还要更远。锂电池在高能量密度情况下会着火的情况也已经克服。要对我们化工人来讲的挑战,主要是给电池提供新的、高性能材料,我们不做电池,但给电池供应材料。


锂电池的碳材料——纳米碳管,这个技术是在清华大学做成后,而且转让给社会的。

 


上图是近期我们在做的石墨烯和碳管杂化,层面像天花板的是石墨烯,管状体型的是纳米碳材料。将碳材料组装到泡沫状态化的泡沫铝里,然后加上离子液化和石墨杂化,这种材料就可以做成动力给电容和动力电池的材料,可以大幅度的提高锂电池的效果。通过理硫的介入,可以抑制枝晶的产生,保证电池安全,甚至可以做成固化电池。也就是说由电解质做成固态之后,就更不会出现电池因意外而燃烧引起的问题,安全性可以得到大量的提升。


 ▶氢燃料


滤清技术——通过光伏风电、光电产生电流去电解水,生产氢气,这样的制氢技术氢气是可以不排二氧化碳的同时产生大量的氢气,这种技术可以代替我们现在用因为天然气来制氢的方式,从而解决碳排放的问题。可是氢气不能管输,也很难储存,需要600公斤的高压罐来分装,所以它的储存和运输都是很困难的。所以他不太方便分布式利用。


没有二氧化钛的制氢技术,我们制氢应该用来合成材料代替煤。制氢来生产甲醇、氨气等等。所以大量的氢气制备时代,大规模的氢气是伪命题,应该将它作为材料使用,因为电解水制氢的技术现在的成本还比较高。


▶可再生资源用于运输


是否可以将所谓的氢燃料电池用于汽车涉及到效率的问题。现在用电解水制氢的能耗比较高,原因就是说电解水理论需要的电压是1.23伏,需要各种技术使水导电,实际电压在2伏以上,实现之后电解水的产量只跟电流有关系,跟电压没关系,可是电压跟能耗有关系,所以这样化电解水制氢能源转化效率现在只有30%、40%,再提高可能也到不了60%。制氢出的氢气再去用作氢燃料提取发电,氢燃料电池的能源转换效率大概是由50%提高到60%。以上过程是从可再生的电变成氢气,再由氢气变成电;能量就剩余1/3了,所以转化效率是非常低的。


所以我们认为氢是一个很重要的碳中和的元素,可是不是一个很好的二次能源。我们主张上实际上也是这么发展的,比如电动汽车的未来应该主要是锂电池或各种锂硫电池,各种新型电池的全电动车发展。


如果使用锂电池作为汽车的驱动,我们还有个重要优势就是电动车的储电能力可以储存光伏电力储能输出的1/2。所以纯电动车,一方面可以保证运输,同时它还是储能的一个重大手段,通过分布式电网利用,我们可以大幅度的降低投资的成本。


▶核能利用


清华的高温气冷堆,可以复产700度到900度的蒸汽,这高能量的蒸汽可以通过化学链技术同时生产氢气。核聚变就更没有碳排放了,因为海水里的重氢是非常多的,核聚变的成功可能是人类未来能源的解决方案。


▶建筑


另外,二氧化碳排放大户就是人居工程,是建筑和生活方面。关于这方面的二氧化碳排放,中国是需要一种节能的建筑


材料,在这方面,国外建筑业已经做了很多,我们完全可以效仿。


住户全部的能量的需求可以通过地热、风电、光电等等方式。


不排二氧化碳,不用化石燃料去供应,而且还能有富裕。这种零碳、完全生态化的居住环境也是我们努力的方向。现在主要发展保温材料使冬天的供暖需求大幅度下降。


▶未来能源结构设想


最后,已经有很多专家做了很多假设并计算。到2060年再生能源是否可以完全覆盖。以这种模型设想,最终会覆盖80%~90%。到时的化石能源利用可能还要占到10%或者更少。这样话就需要二氧化碳的回收利用。


清华和国外有这样的技术合作——气体二氧化碳可以重新变成石头,以固体形式存在。这是一个化学链技术,是通过地球上大量存在的硅酸盐,就是橄榄石、蛇纹石,甚至于现在我们的建筑的废弃的水泥都是硅酸盐,通过硅酸盐用氯化铵活化变成氯化物,然后再用二氧化碳转化成碳酸盐,也就是碳酸钙、碳酸镁。可以长远的以固体形式保存。这些技术过去在经济上是站不住脚的,可在将来却不见得没有出路。所以我们还要开发很多二氧化碳回收利用的技术,在这方面也会在不断的进展。


▶低碳生活方式


联合国号召全民的低碳生活,在2008年的时候就已经有做过很好的宣传,提到二氧化碳排放跟人的日常生活息息相关,做了很详细的计算,比如你洗衣服时,洗完以后不用甩干机甩干,而用自然的晾干,这样的话每人每天就可以少排2.3公斤的二氧化碳。所以日常生活与碳排放是密切相关的。让我们可以参考的,应该提倡全民的低碳生活。


结语


碳中和的问题是规划人类未来命运的重要抓手,碳中和与经济发展同步进行。实际2060年碳中和的实现是一个时代的变迁。中国要从工业化时代转化成信息化时代,必然伴随着这样的过程,我们在大幅度的降低二氧化碳的排放同时提高经济高速发展。并且这是一个可再生能源主导的,代替了化石能源;核聚变能源的时代,也是化石燃料、化石煤、天然气作为燃料变成材料,资源循环利用化的时代。


会迎来全民、全行业、工业、农业、居住、交通等全面提升的大产业变革,使中国经济发展永远的摆脱了资源和能源匮乏的干扰,使中国社会能够进入一个稳定的、长期的、可持续的发展过程。所以它的意义是巨大的,需要全民的共同努力,这就是我们对于碳中和实现的一些思考。


谢谢大家!

注:以上内容如有编误,请以直播回放内容为,谢谢!




主讲嘉宾简介



金涌,中国知名的化学工程专家,清华大学教授、博士生导师。1997年当选为中国工程院院士。



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