文／本刊記者 陸曉如

實現(xiàn)碳達峰、碳中和充滿了挑戰(zhàn)，而科技創(chuàng)新是唯一出路。

●“綠色低碳轉(zhuǎn)型將是今后全部經(jīng)濟活動的內(nèi)核。供圖/視覺中國

專 家 簡 介

金涌，中國工程院院士，清華大學(xué)化學(xué)工程系教授、化工科學(xué)與技術(shù)研究院院長?，F(xiàn)任中國化工學(xué)會和中國顆粒學(xué)會常務(wù)理事、中國生態(tài)經(jīng)濟學(xué)會副理事長、工業(yè)生態(tài)經(jīng)濟與技術(shù)專業(yè)委員會主任、國務(wù)院學(xué)位委員會化工學(xué)科評議組召集人。

長期從事湍動流化床、高速氣固流化床反應(yīng)器、氣液固三相流化床反應(yīng)器、顆粒技術(shù)及反應(yīng)—反應(yīng)、反應(yīng)—分離耦合等教學(xué)與研究工作。近年來，重點研究方向為生態(tài)工業(yè)工程和循環(huán)經(jīng)濟，積極推動循環(huán)經(jīng)濟與低碳經(jīng)濟的工程科學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)建設(shè)。

“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。”2020年9月22日，在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上，中國國家主席習(xí)近平向全世界鄭重宣布。

截至目前，全球已有超過120個國家和地區(qū)提出了碳中和目標(biāo)。其中，大部分計劃在2050年實現(xiàn)碳中和，如歐盟、英國、加拿大、日本、新西蘭等。但對中國來說，用30年左右的時間完成全球最高碳排放強度降幅，用全球歷史上最短的時間實現(xiàn)從碳達峰到碳中和，無疑是一場大考。

如何答好這一時代答卷？中國工程院院士金涌認為，實現(xiàn)碳達峰、碳中和充滿了挑戰(zhàn)，而科技創(chuàng)新是唯一出路。

四大挑戰(zhàn)

中國石油石化：金院士，您好！在您看來，中國實現(xiàn)碳達峰、碳中和，面臨著怎樣的困難與挑戰(zhàn)？

金涌：中國實現(xiàn)碳達峰、碳中和，不僅僅是氣候問題、環(huán)境問題。就如習(xí)近平總書記所說，這是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革，要把碳達峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局。為什么？因為中國實現(xiàn)碳達峰、碳中和面臨著四大挑戰(zhàn)。

首先，中國碳排放總量在全球范圍內(nèi)最大。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2021年全球二氧化碳排放總量為338.84億噸。其中，中國的碳排放量達到105.23億噸，以31%的占比排在了第一。同為人口大國的印度，碳排放量為25.53億噸，排在第三。美國作為發(fā)達國家的代表，碳排放量為47.01億噸，排在第二。預(yù)計中國2030年碳排放量可達110億噸。

其次，中國承諾二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。從達峰到碳中和僅30年時間，將是全球用最短時間實現(xiàn)從碳達峰到碳中和的國家。英國早在1971年就已碳達峰。2019年6月，英國新修訂的《氣候變化法》生效，正式確立到2050年實現(xiàn)溫室氣體“凈零”排放，即實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。從碳達峰到碳中和，英國將用79年。美國2005年已碳達峰，計劃2050年實現(xiàn)碳中和，從碳達峰到碳中和將用45年。

再次，中國既要實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)，又要保持國民經(jīng)濟健康穩(wěn)定發(fā)展，挑戰(zhàn)巨大。從2020年的人均GDP來看，美國6.5萬美元、德國4.8萬美元、日本4.1萬美元，而中國僅1萬美元。根據(jù)我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)“三步走”的總體戰(zhàn)略部署，到2050年我國將實現(xiàn)第三步戰(zhàn)略目標(biāo)，達到中等發(fā)達國家水平。按照《宏觀經(jīng)濟藍皮書》的設(shè)定，我國2050年人均GDP達到4.1萬美元。在實現(xiàn)碳達峰、碳中和的關(guān)鍵期，我國的人均GDP要達到現(xiàn)行水平的4倍，而經(jīng)濟的發(fā)展必然產(chǎn)生能耗。2019年，我國萬元GDP能耗約為0.519噸標(biāo)準煤，同期主流發(fā)達國家的萬元GDP能耗一般維持在0.1～0.2噸標(biāo)準煤。若要達到目前發(fā)達國家的能耗水平，2060年我國的總能耗要與當(dāng)前總能耗持平或減少一半，難度很大，需要下大功夫。

最后，中國要發(fā)展必須保持強大的制造業(yè)。國外經(jīng)濟學(xué)家推崇的克拉克定律認為，應(yīng)該發(fā)展服務(wù)業(yè)。但是，服務(wù)業(yè)依賴被服務(wù)對象的強大，導(dǎo)致經(jīng)濟發(fā)展金融化、虛擬化、空心化。今年斯里蘭卡作為一個主權(quán)國家宣布破產(chǎn)，就是太過于依賴服務(wù)業(yè)而忽視了農(nóng)業(yè)、制造業(yè)帶來的惡果。未來經(jīng)濟的發(fā)展，應(yīng)該是通過科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)等智力勞動推動制造業(yè)創(chuàng)新，保證制造業(yè)是創(chuàng)造財富的主體。制造業(yè)、服務(wù)業(yè)、智造業(yè)三者相互依賴，才能使經(jīng)濟整體健康發(fā)展。中國制造業(yè)2010年以來已連續(xù)11年位居世界第一，占全球比重的近30%。根據(jù)中國國民經(jīng)濟的發(fā)展軌跡，未來中國經(jīng)濟的發(fā)展要依靠高端制造業(yè)，而非金融等非實體經(jīng)濟。而制造業(yè)無疑是能耗大戶，且隨著向高端制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，碳排放同步降低的難度會越來越大。

兩方面入手

中國石油石化：面對如此嚴峻的挑戰(zhàn)，您認為我國應(yīng)該如何實現(xiàn)碳達峰、碳中和？

金涌：碳達峰、碳中和是未來中國經(jīng)濟增長和轉(zhuǎn)型發(fā)展的最大驅(qū)動力，綠色低碳轉(zhuǎn)型將是今后全部經(jīng)濟活動的內(nèi)核。它將成為科學(xué)研究、科技創(chuàng)新以及投資、生產(chǎn)、消費等所有經(jīng)濟活動決策的指導(dǎo)思想和重要依據(jù)。面對上述的挑戰(zhàn)，今后的40年我們一定要理性地、智慧地實現(xiàn)碳中和，平衡生態(tài)文明建設(shè)與經(jīng)濟社會發(fā)展的關(guān)系。

中國石油石化：對此，您有哪些具體的建議？

金涌：我建議，我國可以從兩方面入手。

一是推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。能耗高、產(chǎn)值低的初級產(chǎn)品要慢慢退出。比如，2019年，美國人均水泥產(chǎn)量0.27噸/人，而中國人均水泥產(chǎn)量1.69噸/人，是美國的6倍；美國人均鋼鐵產(chǎn)量約0.3噸/人，而中國鋼鐵產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的50%以上，人均鋼鐵產(chǎn)量約0.9噸/人，是美國的3倍。這類產(chǎn)業(yè)能耗高、產(chǎn)值低，且未來我們并不需要這么多，該淘汰就應(yīng)該淘汰。

隨著信息產(chǎn)業(yè)、智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，5G、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的進步，重工業(yè)的占比將會數(shù)倍下降。實現(xiàn)碳中和，我們要以制造業(yè)實現(xiàn)碳中和為主要努力方向，要通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改變向高端制造業(yè)轉(zhuǎn)型，發(fā)展低能耗、高附加值的數(shù)字產(chǎn)業(yè)、智能產(chǎn)業(yè)。

二是推進技術(shù)進步。2019年，我國火電煤耗306.7G/kWh，而發(fā)達國家火電煤耗為270G/kWh；石油加工產(chǎn)生的碳排放，中國為230kg/噸油，而歐洲小于210kg/噸油。通過節(jié)能技術(shù)的進步，我國約有10%～20%的能耗和碳排放降低空間。

雙管齊下，科技創(chuàng)新的思路有很多。比如，開展跨學(xué)科研究，開發(fā)顛覆性技術(shù)，比如化學(xué)+生物（制藥、人造器官）、化學(xué)+物理（電池、芯片）、化學(xué)+信息（分子煉油等）。推進不同技術(shù)間的融合，比如視、聽、觸覺傳感技術(shù)與5G、6G量子信息傳輸技術(shù)的融合，提升算力、人工智能水平，發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)。

目前，我國的5G量子信息傳遞技術(shù)、純電動汽車技術(shù)、電池技術(shù)、高鐵技術(shù)已處于世界領(lǐng)先水平，大型工程機械、無人機處于并跑水平，民用航空、人工智能、機器人已有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，芯片、制藥等先進技術(shù)加快追趕。這些技術(shù)的進步、產(chǎn)業(yè)的興起，都將為碳中和的實現(xiàn)做出積極貢獻。

出路在科技創(chuàng)新

中國石油石化：作為科技工作者，您如何看待科技創(chuàng)新對實現(xiàn)碳達峰、碳中和的意義和價值？

金涌：我認為，科技創(chuàng)新是實現(xiàn)碳達峰、碳中和的唯一出路。要向生產(chǎn)低能耗、高附加值產(chǎn)品的高端制造業(yè)轉(zhuǎn)型，高端材料是基礎(chǔ)，需要科技創(chuàng)新來實現(xiàn)。與信息產(chǎn)業(yè)配套的高純試劑、高檔光刻膠、封裝材料等，與生化產(chǎn)業(yè)配套的醫(yī)藥、活體3D打印材料、靶向合成等，與精細化、個性化制造業(yè)相關(guān)的有機發(fā)光半導(dǎo)體、碳纖維、濾膜材料、光電膜、鹵化丁基膠、特種聚合物等，同樣需要依靠科技創(chuàng)新。此外，生態(tài)產(chǎn)業(yè)園的建設(shè)，需要通過科技創(chuàng)新提升技術(shù)，使資源、能源、資金、區(qū)域達到最優(yōu)配置，實現(xiàn)全生命周期清潔、源頭污染防治。

●供圖/視覺中國

中國石油石化：就能源行業(yè)來說，您認為應(yīng)該如何通過科技創(chuàng)新實現(xiàn)碳中和？

金涌：首先，要通過科技創(chuàng)新實現(xiàn)零碳電力供應(yīng)。

2020年，我國燃煤機組發(fā)電量4.8萬億千瓦時，全年消耗標(biāo)準煤約14.6億噸，碳排放約為42億噸，是碳排放大戶。一方面要通過技術(shù)創(chuàng)新降低燃煤發(fā)電的碳排放量，另一方面要發(fā)展可再生能源發(fā)電。

現(xiàn)在風(fēng)電和光伏發(fā)電的成本已經(jīng)很低。以沙特阿拉伯新建的光伏電站為例，發(fā)電成本核算成人民幣為每千瓦時8分錢。從質(zhì)量、經(jīng)濟、技術(shù)方面看，風(fēng)電和太陽能發(fā)電都是可行的。通過科技創(chuàng)新，可以進一步降低可再生能源發(fā)電的碳排放。例如，風(fēng)電渦輪葉片原來采用環(huán)氧樹脂+玻璃纖維材料，使用壽命短、不易回收利用。創(chuàng)新采用熱塑性樹脂+玻璃纖維，使用壽命延長，且可溶于新鮮單體而再生，抽出纖維再制造。再比如光伏發(fā)電，多晶硅材料光電能量轉(zhuǎn)換率在10%～15%，而單晶硅光電能量轉(zhuǎn)換率在20%～25%。目前，實驗室正在研究中的砷化鎵材料光電能量轉(zhuǎn)換率能達到30%以上。科技創(chuàng)新，無疑將大大降低生產(chǎn)新能源發(fā)電相關(guān)部件產(chǎn)生的碳排放。

風(fēng)力和太陽能是實現(xiàn)零碳電力供應(yīng)的重要力量，但缺點是發(fā)電不穩(wěn)定，夜里或者風(fēng)力不夠時就發(fā)不出電，因此必須配套儲能。2008年，鋰離子動力電池應(yīng)用于電動汽車。10余年來，因為科技創(chuàng)新，實現(xiàn)了裝車產(chǎn)品能量密度從100Wh/kg提升到了250Wh/kg?，F(xiàn)在儲能技術(shù)發(fā)展很快，方式各異，如化學(xué)儲能、機械儲能、抽水蓄能等等，而且投資火爆。寧德時代研發(fā)的方形軟包電池質(zhì)量能量密度304Wh/kg、體積能量密度743Wh/L，已經(jīng)投入市場。隨著可再生能源和儲能的發(fā)展，再通過智能電網(wǎng)做傳輸，即可形成完整的能源供給網(wǎng)絡(luò)?！翱稍偕?儲能”，將是人類未來能源終極解決方案之一。

其次，通過科技創(chuàng)新推動化石能源從化石燃料時代轉(zhuǎn)為化石材料時代。

現(xiàn)在化石能源在我國能源消費中占據(jù)主要位置。而人為二氧化碳排放中，90%來自化石燃料燃燒。我國二氧化碳排放中，燃煤占80%、石油占14%、天然氣占4%。要實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，一定是少用甚至不用煤炭、石油等傳統(tǒng)能源。未來，應(yīng)通過科技創(chuàng)新讓傳統(tǒng)化石能源更多在化工領(lǐng)域發(fā)揮作用。

石油方面，在傳統(tǒng)的煉化技術(shù)下，80%的原油變成了汽油、柴油，僅有20%用來制作塑料、橡膠和纖維。到2060年，如果電動汽車在全國普及，創(chuàng)新催化裂化法，走石油材料路線，將使這一比例反過來，即80%的原油用來制作材料、20%用來做燃料。

煤炭方面，煤炭的分質(zhì)利用是一種思路。通過分質(zhì)，煤炭最終變成半焦和氫氣。氫氣可以作為碳匯處理二氧化碳；經(jīng)過加熱，半焦也可以成為一種碳匯，生成性質(zhì)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(xiàn)無機碳向有機碳的轉(zhuǎn)化?，F(xiàn)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(shù)才能實現(xiàn)發(fā)展。因此，我國需要發(fā)展新的技術(shù)，提高煤炭的利用率。

●接天蓮葉無窮碧，“風(fēng)”“光”不與四時同。供圖/視覺中國

天然氣是很好的碳中和原料，應(yīng)當(dāng)分離碳和氫元素。氫是碳匯中的一部分，可以與碳氧化合物反應(yīng)。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淘汰風(fēng)險的高耗能企業(yè)提供了退出路徑，可以幫助它們改造原有技術(shù)，減少碳排放，提高能源利用率，降低損失，契合碳中和目標(biāo)。

總的來說，實現(xiàn)碳中和，我們要從學(xué)術(shù)角度研究，要認識到碳元素和氫元素是對生物、對人類最重要的兩個元素。不要懼怕它們，而要進行碳元素和氫元素的自然代謝分析，對社會生態(tài)中的碳元素和氫元素重新規(guī)劃和優(yōu)化利用。我國要實現(xiàn)碳中和，就必須從現(xiàn)在開始進行合理規(guī)劃、有序替代，積極創(chuàng)新、循序漸進，與經(jīng)濟發(fā)展同步。

相信到2060年實現(xiàn)碳中和時，我國將由工業(yè)化時代轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒒瘯r代，進入可再生能源主導(dǎo)時代、核聚變能源時代、化石材料時代、資源循環(huán)利用時代，擺脫能源資源的困擾。