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

以碳峰值和碳中和为目标，发展清洁能源已成为实现绿色低碳转型发展的重要方面。在“双碳”目标下，新能源将在未来能源结构中发挥什么作用？传统化石燃料的未来之路在哪里？氢能会成为能源结构的重要组成部分吗？近日，《21世纪经济报道》记者采访了中国工程院院士、清华大学化学科学技术研究所所长金勇。金庸表示，新能源取代化石燃料已成为发展的一大趋势。可再生能源与储能技术相结合，将成为人类未来能源的解决方案。锂电池是“21世纪”理想的储能方式：中国目前在实现“双碳”目标方面面临哪些挑战？如何实现经济与“双碳”目标的同步发展？金庸：中国主要面临三个挑战。首先，中国的二氧化碳排放总量很大，占世界排放量的三分之一；第二，中国需要在30年内减少碳排放，以实现从碳峰值到碳中和的转变；第三，在实现“双碳”目标的同时，经济也应同步发展。根据《中国宏观经济蓝皮书》，到2050年，中国人均国内生产总值将超过4万美元，目前水平在1万美元左右。在实现碳峰值和碳中和的关键时期，中国人均GDP应达到当前水平的4倍。在能源消耗方面，2019年，中国每万元国内生产总值的能源消耗约为0.519吨标准煤，而同期主流发达国家每万元GDP的能源消耗总体保持在0.1-0.2吨标准煤。为实现碳峰值和碳中和目标，在保持国民经济健康稳定发展的同时，降低万元GDP能耗是当务之急。具体来说，我们可以从两个方面入手。一个是技术进步。我们需要考虑所有节能技术的进步，目前大约有10%-20%的差距。二是产业结构转型。当前全球发展趋势是，低附加值、初级产品、高能耗、低产值的产品正在逐步退出市场。未来，中国需要发展信息、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，将化学工程与生物学、物理学和信息相结合；

另一方面，有视觉、听觉、触觉和量子传输技术、人工智能算术和机器人技术等行业的融合。21世纪：可再生能源将在未来中国能源结构中发挥什么作用？可再生能源的发展面临哪些挑战？金勇：目前，光伏和风电的成本正在迅速下降，光伏的成本接近甚至低于火电。但风能和太阳能也有其缺点，它不稳定，需要储能。因此，现在世界各地的共识是，可再生能源与储能技术相结合是人类未来能源的解决方案。可再生能源目前面临的最大挑战是电力储存。储电方式有很多，其中锂电池是最好、最便携的储电方式。目前，中国锂电池行业发展迅速。宁德时代（300750，股吧）是电池存储技术的世界领导者，清华大学也在生产电池材料，以最大限度地提高电池容量。碳氢元素再规划利用“21世纪”：从化工技术的角度来看，煤化工在绿色转型中可以做哪些尝试？金庸：中国的煤炭储量仅占世界的12%，而美国占24%。美国的人均煤炭拥有量是中国的8倍。现有的煤制油、煤制烯烃甚至乙二醇技术可能得不到广泛的支持，只有低能耗、低碳排放、高回报的技术才能实现发展。因此，中国需要开发新技术来提高煤炭利用效率。我们可以将生物技术与化学技术相结合，以减少二氧化碳排放，并满足碳中和的要求。煤炭的定性利用也是一个想法。通过分离质量，煤炭最终转化为两种产品：半焦和氢气。氢气可以作为处理二氧化碳的碳汇。加热后，半焦也可以成为碳汇，产生活性一氧化碳。一氧化碳可用于制造酒精，酒精可用于汽车燃料，甚至可用于使用塑料和橡胶纤维，以实现无机碳向有机碳的转化。21世纪：如何看待石油和天然气的未来发展？金勇：在石油方面，在传统的炼油技术下，80%的原油最终转化为汽油和柴油，而只有20%用于制造塑料、橡胶和纤维。到2060年，如果电动汽车在全国范围内流行，这一比例将逆转。此外，目前中国只有5%的原油用于制造聚乙烯，未来原油使用的变化将导致更多的碳被固定在材料中。从碳中和的角度来看，天然气是碳中和的良好原料，因此碳和氢应该分开使用。氢是碳汇的一部分，可以与碳氧化物发生反应。碳可以作为还原剂，将二氧化碳还原为更通用的一氧化碳。类似的做法为目前面临淘汰风险的高耗能企业提供了退出机制，帮助他们改造原始技术，减少碳排放，提高利用率，减少损失，并实现碳中和的目标。未来的氢动力汽车可能不是主流的“21世纪”：绿色氢气在未来能源结构中的意义是什么？金庸：氢燃料电池实际上是在“燃烧氢气”，氢气在发电过程中损失很大。因此，氢实际上不适合作为能源，而是用于制造材料。氢能的说法并不准确，严格来说它不是一种二次能源，未来电动汽车发电的主流趋势是使用锂电池和其他类型的电池。未来，如果低成本电解水成为可能，绿色氢气可以取代煤炭生产氢气，最终实现二氧化碳零排放。不排除氢气仍可能在某些领域用作燃料，例如可以使用氢燃料电池在海底维持电力的潜艇，但主流仍使用氢气作为材料。目前，由于国家补贴，许多企业正在开发氢燃料电池，事实上，它们应该大力开发生产绿色氢气的技术。21世纪：在当前……

情况是，哪些技术可以用于商业用途以帮助实现碳中和？金庸：技术要成为经济驱动力，首先必须满足三个条件：技术成熟、盈利能力强、二氧化碳排放量低。具体来说，技术已经经历了小规模的实验室研究到大规模的化学生产，在此过程中，技术人员需要进行中间实验，并展示他们在物理、化学计算机控制、经济学等方面的工业知识。接下来，这些材料形成的“软件包”被提交给设计院，最后卖给企业家进入市场。总的来说，满足第一个条件比较困难。由于中间实验不提供产品，只提供知识，而且一些公司不愿意这样做，许多技术无法商业化，导致中间实验经常成为“死亡谷”。在中间实验中放弃产品投资是不合理的。今天的金融家、各级领导人以及企业和公司的领导人应该有智慧来区分不同的科学家，识别市场价值，并有足够的眼光投资于工业化。

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