? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 楊裕生院士：實現(xiàn)“雙碳”目標的若干科技問題
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2022-01-11? ? 青野鴻蒙
2022-01-11 來源：光明網(wǎng)
“二氧化碳排放力爭于2030年達到峰值，努力爭取2060年實現(xiàn)碳中和”，是我國提出的兩個階段碳減排奮斗目標（以下簡稱“雙碳”戰(zhàn)略目標)。實現(xiàn)這一目標，必須以科技創(chuàng)新為先導。這就為科技創(chuàng)新提供了廣闊的空間，廣大科技人員要乘勢而上、選準目標、奮力攻關(guān)。
目前，我國正處于高質(zhì)量發(fā)展階段，化石能源的消耗還將不斷增長，未來一個階段內(nèi)二氧化碳排放勢必繼續(xù)增長。我們必須進行艱苦的努力，才能夠在2030年實現(xiàn)“碳達峰”。2060年的任務(wù)則更為艱巨，要將生產(chǎn)、生活所產(chǎn)生的二氧化碳全部消除，才能達到二氧化碳產(chǎn)生量和消除量的平衡。
在大量使用化石能源且能源消耗不斷增長的條件下，2030年二氧化碳排放要達到峰值必須從三方面努力：大力發(fā)展可再生能源、減少化石能源使用、實行全民總動員的節(jié)能減排。而要想在2060年前實現(xiàn)碳中和，還要著力開辟新的清潔能源。
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大力發(fā)展可再生能源
大力發(fā)展可再生能源是首要措施。我國水力資源要充分利用，但潛力有限。風能、光伏發(fā)電將是主要能源，同時要因地制宜建設(shè)裂變核反應(yīng)堆、地熱等清潔能源發(fā)電，利用潮汐能等能源。
風能、光伏、潮汐等間歇式發(fā)電和恒定功率的核能，都必須以儲能調(diào)節(jié)。未來10年要發(fā)展12億千瓦可再生能源，如以10%的儲能功率、儲能6小時相配合，就需建7.2億千瓦?時容量的儲能電站，或720座1吉瓦時儲能電站。儲能電站建設(shè)費用如以平均1400元/千瓦?時計，需投資1萬億元。分布式儲能費用也許還要更高?？梢?，儲能機遇很大，擔子也很重。
儲能技術(shù)路線百舸爭流、各有所長，應(yīng)允許在競爭中發(fā)展。儲能是商業(yè)行為，必須講究經(jīng)濟效益。決定經(jīng)濟效益的因素有建設(shè)投資、使用壽命、能量轉(zhuǎn)換效率、設(shè)備利用深度、電進價、電出價和運行費用等，其中與儲能技術(shù)設(shè)備相關(guān)的是前四項。
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對于建設(shè)投資，抽水蓄能電站不斷漲價至每千瓦七、八千元；化學電源不斷降價至每千瓦?時千元上下，以6小時蓄電容量計算的造價并不高于抽水蓄能。抽水蓄能優(yōu)勢在運行壽命長，分攤到每度電的成本要比電池儲能約低一半。但抽水蓄能能量轉(zhuǎn)換效率僅約75%，電池則高達80%（液流電池）、85%（鉛炭電池）乃至90%以上（磷酸鐵鋰鋰離子電池），能量轉(zhuǎn)換效率高的投資回籠快。何況，電池還可不受地域限制，規(guī)模可大可小。所以，兩者綜合優(yōu)勢已不相上下。對于能量轉(zhuǎn)換效率約為60%的物理儲能技術(shù)，可以展開研究，但想實用就要認真掂量經(jīng)濟效益。
規(guī)模儲能對于電池而言，是近年來才遇到的新課題，但需求發(fā)展勢頭很猛，形勢喜人。電池新體系（正極、負極、電解質(zhì)的組合）變化多端，層出不窮，前途不可限量。我們倡導集成液流電池、鉛炭電池、鋰離子電池三者優(yōu)點的長壽命、高安全、低成本的儲能專用水系電池，這是一項世界性、世紀性難題，已不乏電化學界仁人志士刻苦攻關(guān)，相信假以時日定有顛覆性進展，必將對2030年實現(xiàn)“碳達峰”做出更大貢獻。
在大力發(fā)展可再生能源的同時，也要減少化石能源的使用，這不存在重大技術(shù)難題，主要取決于政府的決心，要制定堅定、可行的政策，消除習慣性和地方保護主義。如停止建造燃煤電廠、逐步提高排放稅、加速試點碳排放權(quán)和碳匯交易并及早實行等。
除了政策，補貼力度也要恰當，獎補要與懲罰并施。我國光伏發(fā)電和電動汽車發(fā)展中的補貼實踐證明，過度、單純的補貼弊多利少，該教訓應(yīng)該充分汲取。
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實行全民節(jié)能減排
實行全民總動員的節(jié)能減排首先要做到節(jié)能減排思想家喻戶曉、深入人心、付諸行動、持之以恒，大打一場持久的節(jié)能減排人民戰(zhàn)爭，糾正陳年積累的浪費能源的觀念、習慣、誤解；要在全社會樹立強烈的“節(jié)省能源、減少排放為榮，浪費能源、任意排放為恥”的風尚。
我國工業(yè)節(jié)能潛力很大，研究各行業(yè)工業(yè)節(jié)能技術(shù)大有可為。
汽車是耗能、排放大戶，節(jié)能減排潛力很大。為此筆者提出十項具體措施：一要進行全民宣傳教育，改變落后觀念，不以高檔、豪華車顯示經(jīng)濟和社會地位，而以坐小車、乘節(jié)能車為榮。二要加重燃油稅和高檔車消費稅。三要按高速公路限速對汽車設(shè)計提出最高行駛速度限制，削除以發(fā)動機功率為首的冗余設(shè)計。四要對汽車生產(chǎn)、使用、維修、報廢處置全過程進行系統(tǒng)排放計算，對其二氧化碳排放總量提出相應(yīng)的鼓勵、懲罰政策。五要排除“不用油就等于節(jié)能減排”的膚淺觀念，發(fā)展全過程最節(jié)能減排的電動汽車技術(shù)。六要大力研究、使用能量轉(zhuǎn)換效率高的內(nèi)燃機，使燃油車節(jié)能減排立竿見影。七要將內(nèi)燃機與電池并聯(lián)組合，可以達到最佳的節(jié)能減排效果，應(yīng)大力發(fā)展此純電驅(qū)動的增程式電動車。八要停止生產(chǎn)、銷售假節(jié)能減排的插電式“混合電動車”。九要鼓勵夜間充電和慢速充電、盡量避免快速充電，以提高電能利用效率。十要鼓勵充電站同建蓄電站，夜蓄晝充，削峰填谷。
有種觀點認為“可再生能源發(fā)的電是零排放”。實際上，在目前以煤為主要能源的情況下，風力和光伏等可再生能源發(fā)電并不是零碳排放，這些發(fā)電設(shè)備的制作、用材、安裝、維護、報廢都很耗能，這些過程中的二氧化碳排放量都應(yīng)分攤到所發(fā)的每一度電上。
所以，要樹立全生命周期二氧化碳排放和減排的觀念，認真計較每項技術(shù)全過程的“凈減排”。
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著力開辟新的能源
“碳中和”是要將生產(chǎn)、生活中產(chǎn)生的二氧化碳全部消除，確保不再增加大氣中二氧化碳含量。除要繼續(xù)加大力度實施前文所述的節(jié)能減排外，還要著力開辟新的清潔能源，消除產(chǎn)生的二氧化碳。
聚變能發(fā)電有可能在2060年前實現(xiàn)，生產(chǎn)這種清潔能源有利于減排二氧化碳。最易發(fā)生聚變反應(yīng)的是氘與氚的聚合，氘可自水中提取，氚可用鋰-6在堆中子作用下產(chǎn)生，將天然鋰中鋰-6分離后的大量鋰-7用于鋰離子電池，不會影響電池性能，鋰-6、鋰-7“各盡所能”。為此，要發(fā)展廉價、低耗能的水中提氘技術(shù)和鋰同位素分離技術(shù)。
當汽車的發(fā)動機全部使用生物柴油或生物乙醇時，在汽車行駛階段就可以基本實現(xiàn)“碳中和”。因此，要大力發(fā)展各種生物乙醇、生物柴油生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。秸稈規(guī)模轉(zhuǎn)化和甜高粱種植利用等工程技術(shù)問題應(yīng)列入發(fā)展計劃，還要培育高產(chǎn)油料作物。
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消除或轉(zhuǎn)化二氧化碳
森林能夠大量吸收二氧化碳。我國西北地域遼闊，碳匯價值巨大，但是缺水。如從西藏每年引水200億立方米到新疆植樹造林，將對“碳中和”作出巨大貢獻，還能改變西北氣候。這是一項十分艱巨的工程，涉及許多科學技術(shù)問題，因此要及早展開前期研究。從橫斷山脈諸大江引水的南水北調(diào)西線工程要加速建設(shè)，除緩解黃河流域工業(yè)、生活用水緊張外，還可適當加大調(diào)水量，為造林（特別是內(nèi)蒙）供水。在全國各地普遍加強植樹綠化，對提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力也有貢獻。
向地下埋藏二氧化碳已有相關(guān)研究。這不僅是一項很耗能的技術(shù)，還要解決二氧化碳“地下固定化”問題，并不是簡單的物理性儲存，要謹防地質(zhì)變化造成“潘多拉魔盒打開”式的災(zāi)難。
用化學法轉(zhuǎn)化二氧化碳為能源材料或其它有機物也已有研究。轉(zhuǎn)化需要能量，應(yīng)該追求高能效（即低能耗，也就是低排放）轉(zhuǎn)化技術(shù)，在開題時就該認真論證、比較。例如，用光化學法轉(zhuǎn)化二氧化碳為甲醇，是一個6電子還原反應(yīng)，直接轉(zhuǎn)化的效率極低，而得副產(chǎn)物甲酸、甲醛為主，總效率也僅百分之幾。現(xiàn)在實用的光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換效率已達20%（還將進一步提高），發(fā)展其它電轉(zhuǎn)化技術(shù)路線（如電解還原二氧化碳、電解水制氫-氫與二氧化碳化合等），可能會有更高的轉(zhuǎn)換效率?？傊?，要充分論證、比較這些技術(shù)路線的能量轉(zhuǎn)換效率和經(jīng)濟可行性。
二氧化碳埋藏或轉(zhuǎn)化，都涉及其回收和濃集。要發(fā)展適用于大規(guī)模濃集二氧化碳的低排放、低成本技術(shù)，吸附—解吸等物化原理可待利用。