01

碳中和是中國發展的必然需求

聯合國大會上，有121個國家提出要2050年達到碳中和，這當然是對中國有壓力的。我國在提出構建人類命運共同體的前提下，也堅持了自己的原則，也就是說應對氣候變化問題，大家都有責任，責任是共同但有區別的。所以，我國提出了“爭取在2060年前實現碳中和”的目標。

那么，我國為什么要做這個事，并且作為全國的一個重大發展目標呢？事實上這和我國自身的發展需求也有關系。我覺得，我國制定“雙碳”目標，一方面是應對來自西方國家的壓力，另一方面也是我國發展到了目前的階段，不得不做的。

中國現在發展最大的矛盾就是能源短缺，資源不夠，加上環境惡化。我國現在74%的石油是從國外進口，差不多40%至50%的天然氣進口，鐵礦石80%進口。我國在資源和能源上，如果還想進一步發展，就會受到這些方面的制約。

02

碳中和是環境問題，更是發展問題

我國現在要從工業化社會變成信息化社會，就必須解決我國的資源問題、能源問題、環境問題。在這種情況下，我國正好以碳中和作為一個巨大的驅動力，來驅動中國的轉型。

所以說，碳中和是中國必須做的，我覺得我國通過中國人的財富、才能，是完全可以做到的，是可以解決這些問題的，我國是有自己的發展目標和任務的。

金涌院士接受《環境與生活》雜志記者采訪

因此我國提出碳達峰、碳中和的目標，要知道我國現在是全世界碳排放量最大的國家，排放全球近1/3的二氧化碳。我國從碳達峰到碳中和只有30年時間，這是非常短的時間。世界上其他一些國家，從碳達峰到2050年碳中和，像英國是接近80年，美國也有40多年。我國要想很快地把這么大的二氧化碳排放量，降到碳中和的目標，困難還是很大的。

碳中和絕對不是一個單純的能源問題或氣候變化問題，而是一個深刻、廣泛的經濟社會系統變革，是涉及全社會的事，是一個非常非常大的目標。也可以說，碳中和將會是主導中國經濟增長和轉型的最大驅動力，也是我國以后經濟活動最核心的部分之一。

因為是一個整體的社會變革，如果達成目標，我國就真正做到了可持續發展，我國就不會再有對國外的能源的依賴。大部分資源我國能通過循環經濟解決，這樣的話，中國就真正做到了可持續發展，相應的，污染也減少了。

03

產業與能源轉型是目前最大的需求

為什么我國的每萬元GDP能耗和發達國家有如此大的差距？根本問題在于產業結構，當然服務業少也是原因之一。改變產業結構非常重要，但是，我國也不會因此放棄制造業，因為中國是世界制造業第一大國。因此我國要發展高端制造業，向著高質量發展。

我國現在存在很多產品價值低，但二氧化碳排放量大，并且能耗很大的產業。比如鋼鐵，我國2019年生產了12億噸鋼，占全球鋼年產量的一半。按人均產量來算，是美國的3倍。水泥就更是如此了，我國的水泥產量占全世界70%，人均水泥生產量是美國的6倍。但是問題就來了，我國未來還會再建這么多高速公路或樓房嗎？

我國進入了信息化社會，產業就要發生很大變化，所以在這40年之內，可能我國會逐漸將一些產業淘汰，尤其是一些高耗能低產出的行業，要有序地退出，然后用先進的、高端的、耗能少、產值高的行業代替。這樣就有機會把我國的每萬元GDP能耗也降到0.1噸左右，這是完全可能實現的。所以，這將會是全行業要面臨的情況。我國要從工業化社會，變成信息化社會，這樣才有可能真正實現碳中和。要想經濟發展和減少碳排放同時實現，就需要全社會的共同努力。

金涌院士（右二）榮獲清華大學2017年度突出貢獻獎

接著就是產業轉型，現在我國的能源，基本都是把煤、油、天然氣直接燒掉，燃燒就會產生二氧化碳。不燒不就沒有二氧化碳了嗎？可就目前的情況來看，不燒就沒有能源了。化石能源是推動此前三次工業革命的主要力量，現在我國需要讓化石能源逐漸退出，如果不燒，自然就不會有二氧化碳排放。

那么，能源問題怎么解決？我國提出碳中和目標的一個先決條件，就是我國的光伏發電和風電產業發展很好。在光伏發電和風電發展了十多年后的今天，其發電成本已經大幅下降。

現在光電、風電與火電相比，每發一度電的經濟成本，已經基本相近。我國的技術已經到了這種程度，并且在這方面是領先的。我國的光電、風電發展非常好，而且現在產量、產值都是世界第一。

我國完全可以建設光電風電的發電裝置來代替火力發電，也就是不用燒（燃料）了。中國的風力發電占全世界的1/3到1/4。中國出口的光電用硅板，產量占全世界70%。

另外就是電動車，我國電動車保有量約為500多萬輛，也是全世界第一，當然占比還很小。電動車在未來也會成為拉動經濟的重要力量。美國就很害怕，6月初美國總統拜登在“汽車城”底特律市發表演講，說中國在電動車領域超過了美國，無論產量、市場和電池，都比美國做得好。為了趕上中國，拜登公開承諾將會投入1700億美元補貼美國的電動車產業。

我國現在是有條件利用新的可再生能源代替火電了，技術問題都解決了，經濟問題也接近解決，那么我國的環境當然會更好。以后，我國發展經濟就需要考慮技術可行、經濟合算、二氧化碳排放量低，這是與今后的發展吻合的。這些都是先決條件，如果沒有這些條件，碳中和自然不可能實現，我國正是因為有了這些良好的基礎，才有了現在的目標。

04

從化石燃料到化石材料

回到化工行業的話題，既然我國未來不燒化石燃料了，那用它做什么？首先就是石油，將來我國的汽車絕大多數會被電動車代替。這不會是十分遙遠的未來，現在歐盟一些國家已經計劃2030年后不再生產汽油車，而是全部變為電動車，那么傳統煉油產業肯定要逐漸退出市場。相應的，要把石油做成材料，而不是變成汽油、柴油、煤油。現在，我國的傳統煉油技術，80%的石油都變成了汽油、柴油、煤油，20%是石腦油。石腦油裂解再制成烯烴、芳烴。

圖｜金涌院士

我認為，今后這種技術路線將會改變，石油化工企業將會改變結構，不再生產燃料，而是生產材料，比如說橡膠、纖維或其他高端材料、涂料。這種轉型就是石油化工的發展方向，現在已經成為全球共識。國外的一些企業已經開始著手布局這種轉型，比如歐洲的道達爾公司，就要把石油的利潤占比逐漸減少，現在占50%，將來要減少到30%，同時要大量發展新產業，也就是石油材料。

有了石腦油，我們就可以生產三烯三苯，也就是乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二甲苯。就可以生產非常多的化工產品，可以說所有的石化產品，原料都是三烯三苯。

有了這些，我們就可以生產各種高分子材料。我們不再把石油燒掉，而是把碳都留在了材料中，碳對人類是非常重要的物質，碳并不壞，只是不應該讓它變成溫室氣體跑到天上去。

所以石油總的發展方向，就是從燃料變成材料，這也是我國化工企業今后的發展方向，一方面我國不再燒石油了，減少二氧化碳排放；另一方面，企業轉型為石油材料制造商，也避免了企業的損失。

最難的就是煤，煤燃燒是現在二氧化碳排放的大戶。如果我們不燒煤，用它做什么？煤化工顯然不是最好的選擇，我國之前從事了很多年的MTO（醇制烯烴）和“煤變油”研究，我國的煤化工產量已經達到千萬噸級了，過去因為油價很高，所以還有價值。但是繼續發展下去，隨著全球對石油的需求量越來越小，煤化工的問題也就凸顯出來，一是經濟效益差，二是二氧化碳排放高，因此我認為傳統的煤化工技術，都將慢慢淡出市場。

那么，煤最好的出路是什么？我國需要在這方面研發出具有顛覆性的技術。事實上中國的煤資源并不多，煤儲量只有美國的一半，而人口數是美國的4倍，這樣算下來，美國的人均煤儲量是中國的8倍。中國的煤儲量只占全世界的12%，因此我國其實也不能大肆浪費煤資源。

除了需要在未來探尋顛覆性的技術外，目前我們已知的最佳利用途徑，也就是煤的分質利用。煤不是單純的碳，煤中的碳氫比是1比0.8，也就是每10個碳原子，伴有8個氫分子，如果用煤當燃料，就相當于把氫也一起燒掉了。

如果我們在燒之前，就先把碳、氫分開，也就是所謂的藍碳技術，現在我國在這方面做得很好，但也有一些最終的技術問題沒解決。這不是單純的煤制氫技術，煤制氫技術每制造1噸氫氣需要排放11噸二氧化碳，從碳中和的角度來看，煤制氫技術是要被淘汰的。

煤的分質利用，是把煤所含的碳變成焦炭或半焦，把氫拿出來利用。這些比煤熱值還高的半焦，可以用于火力發電，推動蒸汽輪機，同時利用分出來的碳氫化合物揮發部分，噴在半焦發電煙道氣中，再點燃一次，推動燃氣輪機，這個技術就是燃氣輪機-蒸汽輪機聯合循環發電，這種技術的能量轉化率可以達到60%，遠高于傳統火力發電的45%。

這樣一來，煤的利用率就提高了，相應的經濟價值也提高了。同時，聯合循環發電中的燃氣輪機可以隨時啟停，因此也可用于調峰發電。我認為，在未來大量使用光伏發電和風力發電之后，火電的生存空間，就是用于調峰發電。

圖｜金涌院士（左一）在蘇聯留學時期與同學合影

那下一個問題就是，我們將煤分質利用后，這些半焦要如何處理？如果用來燒，還是會產生二氧化碳，所以我們也為半焦找到了出路。碳本身也是還原劑，如果把半焦加熱到一定溫度，碰到二氧化碳，就會把二氧化碳還原成一氧化碳。

這是我們目前正在研究的項目之一，通過這種還原，半焦就不再產生二氧化碳，反而是能將二氧化碳還原為一氧化碳的還原劑，這就成為二氧化碳減排的物質了。二氧化碳還原是吸熱的，那我們同時再將一部分半焦燒掉，加入少量氧氣使燃燒放熱的同時，生成一氧化碳。一氧化碳可以用來制造很多的化工產品。我想這就是煤今后的出路。

目前，我們對天然氣的利用存在問題，我們把天然氣用來做飯，也就是民用。舉例來說，我們把一壺水放在燃氣灶上燒，天然氣中的熱量有多少進入水壺了？其實只有30%至40%，其他的熱能都加熱空氣了，這個利用率是很低的。如果用電加熱水壺燒水，熱能的利用率可以達到90%以上。

所以，我認為以后的家庭將會電氣化，應該把天然氣用于工業。現在，我國的情況正好相反，禁止工業使用天然氣，這是不符合碳中和原則的。美國電氣化的家庭約占50%，歐洲一些國家已經逐漸開始禁止天然氣入戶了。天然氣更適合用于工業生產，天然氣（CH4）中每有1個碳原子，就有4個氫原子，是最好的制氫原料。很多國家都利用天然氣制氫，只有中國是煤制氫，當然這也是因為我國的天然氣儲量很小。總的來說，未來的天然氣將與工業結合，要把煤分質利用產生的一氧化碳與天然氣結合，也將大幅度減少二氧化碳排放。

總而言之，我國化石能源的煤、石油、天然氣，都需要其相應的產業慢慢轉型，這種轉型將會為二氧化碳減排做出巨大貢獻。除了化石能源轉型之外，利用其他的可再生能源也有助于減排。首先是生物技術，生物是利用太陽能最好的方法之一，目前比較有機會產業化的就是微藻利用，微藻在干燥后，以甘油三酯的形式固定光合作用產物，含油率可達50%至60%，并且藻類可以在海水中生長，生長速度和陽光利用率是陸生植物的4至5倍，這是生物代替化石能源的重要途徑。

05

能源結構調整需要因性而謀、因勢而定

從電力說起，現在我們的技術已經可以讓光電風電的成本與火電持平了，但光電、風電仍然存在一個很大的缺點，就是不穩定性，所以必須有儲能裝置。

只有讓光電、風電平穩，不波動，才能組成智能電網，儲能裝置的作用就在于此。因此現在電力發展的關鍵，就是解決儲能問題。太陽輻射到地球的能量，是目前人類所需總能量的3000倍，中國有很好的條件，很多地區都適宜發展光電和風電。

對于光電和風電來說，技術有了，條件也有了，關鍵就是蓄電設備。目前，使用最多的蓄電設施，約占70%以上，就是利用水建立水庫，用多余的電把水抽到上游，需要電力時放水推動發電。但是，僅靠這一種方式顯然是不行的，我們還需要開發更多的方式儲電。

我們非常看好鋰電池的發展，一方面是電動車可以代替燃油車減少碳排放。另一方面，電池本身就是儲電設備。我國現在機動車保有量是2.5億輛，假設在未來，其中的1億輛變成了電動車，在夜間不使用時充電，那這1億輛電動車就成了儲電設備，充當了調峰的角色。

所以，我也設想，今后的電動車不再搭配銷售電池，而是將電池出租，或變為換電池的形式。電動車沒電了，可以直接到電站充電或換電池。同時，電站與電網相結合，集中給電池充電，這就起到了儲能和調峰的作用。

現在，國家也正在積極策劃這方面的行動，當然對于目前的電動車保有量來說，還不足以實現，但就發展而言，這絕對是一個一舉兩得的措施。如果是建立大量大型的調峰電廠，將會耗費巨大的經濟成本。

06

碳中和將帶來四大時代變化

所以，將來中國實現碳中和，會有幾個時代的變化。

第一，我國要把工業化時代，變成信息化時代。這是需要全民參加的。信息化時代、智能化時代、數字化時代，這種時代的變革會同時發生。

第二，目前的“化石能源時代”，將會變成“可再生能源時代”。這不是說我們的化石能源已經用完了，而是發展帶來的變化，就好像石器時代發展到青銅時代，也不是因為石頭用完了，而是因為有了煉銅技術。我們現在已經擁有了技術，那么時代的更迭就是必然的，這是很了不起的變化。當然，我還沒提到核能，如果核聚變能源能投入使用，那我們之前說的那些新能源都不算什么了，就要完全變成“核能時代”了。

第三，“化石燃料時代”變成“化石材料時代”，我國要把這些化石資源進行更加科學合理的應用。

第四，就是進入到“循環經濟時代”。

只有真正實現了這四個時代的變遷，才能真正做到碳中和。