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“碳中和”是环境问题,更是发展问题。在“碳中和”的大背景下,化工行业路在何方?如何实现产业转型与能源转型?
《环境与生活》记者专访中国工程院院士、清华大学化工科学与技术研究院院长、博士生导师金涌教授,请他分享一个资深化工科学家对“碳中和”的理解与思考。金涌院士认为,化工行业未来应该实现低碳转型,变“化石燃料”为“化石材料”——
“碳中和”是中国发展的必然需求
《环境与生活》:在我国提出了2030年碳达峰,2060年碳中和的“双碳”目标之后,各行各业对此都极为重视。作为化学工程科研领域的领军人物,您深耕化工行业数十年,对“双碳”目标和化工行业的未来有着远远超越这个时代的理解和认识,请问在迈向碳中和的大背景下,化工行业应该如何转型?化工行业可持续发展的路该怎么走?
金涌:咱们就说说碳中和,去年联合国大会上,有121个国家提出要2050年达到碳中和,这当然是对中国有压力的。我国在提出构建人类命运共同体的前提下,也坚持了自己的原则,也就是说应对气候变化问题,大家都有责任,责任是共同但有区别的。所以,我国提出了“争取在2060年前实现碳中和”的目标。
那么,我国为什么要做这个事,并且作为全国的一个重大发展目标呢?事实上这和我国自身的发展需求也有关系。我觉得,我国制定“双碳”目标,一方面是应对来自西方国家的压力,另一方面也是我国发展到了目前的阶段,不得不做的。中国现在发展最大的矛盾就是能源短缺,资源不够,加上环境恶化。我国现在74%的石油是从国外进口,差不多40%至50%的天然气进口,铁矿石80%进口。我国在资源和能源上,如果还想进一步发展,就会受到这些方面的制约。
“碳中和”是环境问题,更是发展问题
《环境与生活》:对于碳中和目标,目前似乎存在着两派观点,其中一派认为实现碳中和目标需要消耗大量的财力物力,这将会是十分困难的;另一派认为,我国现在已经具有足够的技术和经济实力,因此实现碳中和将是水到渠成。那么,您认为我国实现这一目标的难度如何?
金涌:我国现在要从工业化社会变成信息化社会,就必须解决我国的资源问题、能源问题、环境问题。在这种情况下,我国正好以碳中和作为一个巨大的驱动力,来驱动中国的转型。所以说,碳中和是中国必须做的,我觉得我国通过中国人的财富、才能,是完全可以做到的,是可以解决这些问题的,我国是有自己的发展目标和任务的。
因此我国提出碳达峰、碳中和的目标,要知道我国现在是全世界碳排放量最大的国家,排放全球近1/3的二氧化碳。我国从碳达峰到碳中和只有30年时间,这是非常短的时间。世界上其他一些国家,从碳达峰到2050年碳中和,像英国是接近80年,美国也有40多年。我国要想很快地把这么大的二氧化碳排放量,降到碳中和的目标,困难还是很大的。
与此同时,我国还承诺到2050年,中国要从小康达到发达国家水平,要进入发达国家行列。发达国家最大的指标,就是人均GDP。像美国等发达国家,人均GDP能到四五万美元,我国目前的人均GDP是一万美元。在这个过程中,我国不光需要减少排放,还要提高GDP,中高速经济发展同步进行,这就比较困难了。可是还不能不做。碳中和绝对不是一个单纯的能源问题或气候变化问题,而是一个深刻、广泛的经济社会系统变革,是涉及全社会的事,是一个非常非常大的目标。也可以说,碳中和将会是主导中国经济增长和转型的最大驱动力,也是我国以后经济活动最核心的部分之一。将来,我国无论科学研究、技术开发、投资、生产、消费,一直到物流、循环利用,全部决策都需要以此作为依据。因此我觉得,我国对碳中和的目标,要从一个比较高的角度来认识,不要以为就是解决一点环境问题,不是这样的。我国和美国人的想法是完全不同的。
《环境与生活》:也有观点认为,中央是想以此为抓手,统筹整个社会的变革
金涌:对,因为是一个整体的社会变革,如果达成目标,我国就真正做到了可持续发展,我国就不会再有对国外的能源的依赖。大部分资源我国能通过循环经济解决,这样的话,中国就真正做到了可持续发展,相应的,污染也减少了。
《环境与生活》:通过您的介绍,我国对“双碳”目标也有了一个更加深刻的认识。您认为,我国后续将需要在哪些方向做出更多努力?
金涌:我觉得首先我国需要对碳达峰、碳中和的真正的内涵、高度,有正确的认识。不能一上来就说是应对气候变化的问题。
相应的,我国的经济和社会还想继续发展,就必须找到可再生能源代替化石能源。这是我想说的第一点,也就是高度的问题。我想谈的第二点,是我国需要怎么做。按人口学家的统计,到2060年,我国的人口预计还会稳定在14亿左右。也许有可能会变少,但是可以肯定不会出现大幅度增加了。我国和发达国家的水平差在哪里?我想就是万元GDP能耗,也就是每生产1万元的产值消耗多少能量。这是目前我国和外国相比,存在的最大问题。日本和美国这些发达国家,每生产1万元产值,大概需要消耗不到0.2吨标准煤。我国目前是接近0.5吨。我国每生产1万元GDP,消耗的能源太多。所以,我国必须把每万元GDP能耗降下来,也要降到0.1吨这个级别。
产业转型与能源转型,是目前最大需求
《环境与生活》:的确如您所说,2020年,我国的GDP首次突破百万亿元人民币,位列世界第二。但是,我国的人均GDP水平还是相对较低。
金涌:为什么我国的每万元GDP能耗和发达国家有如此大的差距?根本问题在于产业结构,当然服务业少也是原因之一。改变产业结构非常重要,但是,我国也不会因此放弃制造业,因为中国是世界制造业第一大国。因此我国要发展高端制造业,向着高质量发展。
我国现在存在很多产品价值低,但二氧化碳排放量大,并且能耗很大的产业。比如钢铁,我国2019年生产了12亿吨钢,占全球钢年产量的一半。按人均产量来算,是美国的3倍。水泥就更是如此了,我国的水泥产量占全世界70%,人均水泥生产量是美国的6倍。但是问题就来了,我国未来还会再建这么多高速公路或楼房吗?我国进入了信息化社会,产业就要发生很大变化,所以在这40年之内,可能我国会逐渐将一些产业淘汰,尤其是一些高耗能低产出的行业,要有序地退出,然后用先进的、高端的、耗能少、产值高的行业代替。这样就有机会把我国的每万元GDP能耗也降到0.1吨左右,这是完全可能实现的。所以,这将会是全行业要面临的情况。我国要从工业化社会,变成信息化社会,这样才有可能真正实现碳中和。要想经济发展和减少碳排放同时实现,就需要全社会的共同努力。
我国还需要消费拉动,比如说现在中国的高端化妆品大多数依靠进口,其实化妆品就是我刚才提到的高附加值、低能耗产品。那我国为什么不可以打造我们自己的高端化妆品?现在,我国每年进口的化妆品约有4000亿元,要是再算上那些在国外旅游购买或者代购的,几年以后很快就会达到1万亿元。相比起来,我国每年进口石油也就只有两三万亿元。随着我国加大在化妆品方面的研究力度,会慢慢拥有自己的高端化妆品,拥有一定的话语权,我国就会把这一部分市场慢慢夺回来。
接着就是产业转型,现在我国的能源,基本都是把煤、油、天然气直接烧掉,燃烧就会产生二氧化碳。不烧不就没有二氧化碳了吗?可就目前的情况来看,不烧就没有能源了。化石能源是推动此前三次工业革命的主要力量,现在我国需要让化石能源逐渐退出,如果不烧,自然就不会有二氧化碳排放。
那么,能源问题怎么解决?我国提出碳中和目标的一个先决条件,就是我国的光伏发电和风电产业发展很好。在光伏发电和风电发展了十多年后的今天,其发电成本已经大幅下降。现在光电、风电与火电相比,每发一度电的经济成本,已经基本相近。我国的技术已经到了这种程度,并且在这方面是领先的。我国的光电、风电发展非常好,而且现在产量、产值都是世界第一。我国完全可以建设光电风电的发电装置来代替火力发电,也就是不用烧(燃料)了。中国的风力发电占全世界的1/3到1/4。中国出口的光电用硅板,产量占全世界70%。
另外就是电动车,我国电动车保有量约为500多万辆,也是全世界第一,当然占比还很小。电动车在未来也会成为拉动经济的重要力量。美国就很害怕,6月初美国总统拜登在“汽车城”底特律市发表演讲,说中国在电动车领域超过了美国,无论产量、市场和电池,都比美国做得好。为了赶上中国,拜登公开承诺将会投入1700亿美元补贴美国的电动车产业。
我国现在是有条件利用新的可再生能源代替火电了,技术问题都解决了,经济问题也接近解决,那么我国的环境当然会更好。以后,我国发展经济就需要考虑技术可行、经济合算、二氧化碳排放量低,这是与今后的发展吻合的。这些都是先决条件,如果没有这些条件,碳中和自然不可能实现,我国正是因为有了这些良好的基础,才有了现在的目标。
从“化石燃料”到“化石材料”
《环境与生活》:作为深耕化工行业几十年的专家,您对我国化工行业现状有着准确、全面、清醒、超前的认识。您认为在“双碳”目标提出后,我国的化工领域会受到哪些影响?同时基于您刚刚提到的产业结构转型,您认为化工行业后续的发展方向是什么?
金涌:回到化工行业的话题,既然我国未来不烧化石燃料了,那用它做什么?首先就是石油,将来我国的汽车绝大多数会被电动车代替。这不会是十分遥远的未来,现在欧盟一些国家已经计划2030年后不再生产汽油车,而是全部变为电动车,那么传统炼油产业肯定要逐渐退出市场。相应的,要把石油做成材料,而不是变成汽油、柴油、煤油。现在,我国的传统炼油技术,80%的石油都变成了汽油、柴油、煤油,20%是石脑油。石脑油裂解再制成烯烃、芳烃。
我认为,今后这种技术路线将会改变,石油化工企业将会改变结构,不再生产燃料,而是生产材料,比如说橡胶、纤维或其他高端材料、涂料。这种转型就是石油化工的发展方向,现在已经成为全球共识。国外的一些企业已经开始着手布局这种转型,比如欧洲的道达尔公司,就要把石油的利润占比逐渐减少,现在占50%,将来要减少到30%,同时要大量发展新产业,也就是石油材料。这也是我们清华大学化工系目前的主要任务之一,现在我们的实验室在研究把石油制成材料,我们也有相关的研究基础,在十多年前就开展了这方面的研究。
《环境与生活》:您当时为什么会想到以此作为研究方向?
金涌:当时的环境问题和能源问题并不像现在这么尖锐,但是我们作为科学研究者,意识到了炼油技术存在的问题。炼油最重要的第一步就是催化裂化,这个步骤决定了汽油、柴油、煤油和石脑油的占比。现在使用的反应器,是催化剂和石油气从下向上走,也就是上行床。我们研究的反应器与之相反,是下行床,也就是从上往下走,我们在10年前就已经做了年产15万吨的实验,证明了下行床可以大幅度提高石脑油的占比。我们在济南炼油厂利用厂区废弃的设备进行改造,完成了实验。通过实验证明,改进的下行床可以把石脑油的占比提高到70%。
有了石脑油,我们就可以生产三烯三苯,也就是乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二甲苯。就可以生产非常多的化工产品,可以说所有的石化产品,原料都是三烯三苯。有了这些,我们就可以生产各种高分子材料。我们不再把石油烧掉,而是把碳都留在了材料中,碳对人类是非常重要的物质,碳并不坏,只是不应该让它变成温室气体跑到天上去。所以石油总的发展方向,就是从燃料变成材料,这也是我国化工企业今后的发展方向,一方面我国不再烧石油了,减少二氧化碳排放;另一方面,企业转型为石油材料制造商,也避免了企业的损失。
《环境与生活》:那煤炭何去何从?煤炭最好的出路是什么?
金涌:最难的就是煤,煤燃烧是现在二氧化碳排放的大户。如果我们不烧煤,用它做什么?煤化工显然不是最好的选择,我国之前从事了很多年的MTO(醇制烯烃)和“煤变油”研究,我国的煤化工产量已经达到千万吨级了,过去因为油价很高,所以还有价值。但是继续发展下去,随着全球对石油的需求量越来越小,煤化工的问题也就凸显出来,一是经济效益差,二是二氧化碳排放高,因此我认为传统的煤化工技术,都将慢慢淡出市场。
那么,煤最好的出路是什么?我国需要在这方面研发出具有颠覆性的技术。事实上中国的煤资源并不多,煤储量只有美国的一半,而人口数是美国的4倍,这样算下来,美国的人均煤储量是中国的8倍。中国的煤储量只占全世界的12%,因此我国其实也不能大肆浪费煤资源。
除了需要在未来探寻颠覆性的技术外,目前我们已知的最佳利用途径,也就是煤的分质利用。煤不是单纯的碳,煤中的碳氢比是1比0.8,也就是每10个碳原子,伴有8个氢分子,如果用煤当燃料,就相当于把氢也一起烧掉了。
如果我们在烧之前,就先把碳、氢分开,也就是所谓的蓝碳技术,现在我国在这方面做得很好,但也有一些最终的技术问题没解决。这不是单纯的煤制氢技术,煤制氢技术每制造1吨氢气需要排放11吨二氧化碳,从碳中和的角度来看,煤制氢技术是要被淘汰的。
煤的分质利用,是把煤所含的碳变成焦炭或半焦,把氢拿出来利用。这些比煤热值还高的半焦,可以用于火力发电,推动蒸汽轮机,同时利用分出来的碳氢化合物挥发部分,喷在半焦发电烟道气中,再点燃一次,推动燃气轮机,这个技术就是燃气轮机-蒸汽轮机联合循环发电,这种技术的能量转化率可以达到60%,远高于传统火力发电的45%。这样一来,煤的利用率就提高了,相应的经济价值也提高了。同时,联合循环发电中的燃气轮机可以随时启停,因此也可用于调峰发电。我认为,在未来大量使用光伏发电和风力发电之后,火电的生存空间,就是用于调峰发电。
那下一个问题就是,我们将煤分质利用后,这些半焦要如何处理?如果用来烧,还是会产生二氧化碳,所以我们也为半焦找到了出路。碳本身也是还原剂,如果把半焦加热到一定温度,碰到二氧化碳,就会把二氧化碳还原成一氧化碳。这是我们目前正在研究的项目之一,通过这种还原,半焦就不再产生二氧化碳,反而是能将二氧化碳还原为一氧化碳的还原剂,这就成为二氧化碳减排的物质了。二氧化碳还原是吸热的,那我们同时再将一部分半焦烧掉,加入少量氧气使燃烧放热的同时,生成一氧化碳。一氧化碳可以用来制造很多的化工产品。我想这就是煤今后的出路。
《环境与生活》:再就是天然气,我国要如何处理天然气才能与碳中和的目标相吻合?
金涌:目前,我们对天然气的利用存在问题,我们把天然气用来做饭,也就是民用。举例来说,我们把一壶水放在燃气灶上烧,天然气中的热量有多少进入水壶了?其实只有30%至40%,其他的热能都加热空气了,这个利用率是很低的。如果用电加热水壶烧水,热能的利用率可以达到90%以上。所以,我认为以后的家庭将会电气化,应该把天然气用于工业。现在,我国的情况正好相反,禁止工业使用天然气,这是不符合碳中和原则的。美国电气化的家庭约占50%,欧洲一些国家已经逐渐开始禁止天然气入户了。天然气更适合用于工业生产,天然气(CH4)中每有1个碳原子,就有4个氢原子,是最好的制氢原料。很多国家都利用天然气制氢,只有中国是煤制氢,当然这也是因为我国的天然气储量很小。总的来说,未来的天然气将与工业结合,要把煤分质利用产生的一氧化碳与天然气结合,也将大幅度减少二氧化碳排放。
总而言之,我国化石能源的煤、石油、天然气,都需要其相应的产业慢慢转型,这种转型将会为二氧化碳减排做出巨大贡献。除了化石能源转型之外,利用其他的可再生能源也有助于减排。首先是生物技术,生物是利用太阳能最好的方法之一,目前比较有机会产业化的就是微藻利用,微藻在干燥后,以甘油三酯的形式固定光合作用产物,含油率可达50%至60%,并且藻类可以在海水中生长,生长速度和阳光利用率是陆生植物的4至5倍,这是生物代替化石能源的重要途径。
《环境与生活》:目前,我国有藻类制油的项目落地吗?
金涌:我国的新奥集团就有这种阳光微藻转化器,在温室中搭建玻璃管道,管道内通入海水,加入二氧化碳和藻类,在流动过程中藻类就会快速生长,成品的藻类形态就像黄酱一样。不过,目前产业化还存在一定困难,因为成品藻类的含水率在90%以上,干燥需要大量热量,如果用烧煤干燥,消耗的热能比藻类产生的能量要高出很多。现在也在研究如何不经过干燥,直接将藻类生成的能量提取出来,也就是不干燥直接把油拿出来,但是目前这项技术还没有打通。日晒是不行的,因为如果遇到阴天,藻类很容易变质腐烂,所以这方面的技术还得继续探索。
《环境与生活》:沼气、生物乙醇这些还有生存空间吗?
金涌:我国有很多的秸秆、人畜粪便可以进一步利用,也就是生产沼气。关于沼气,我认为沼气不能一家一户去做,而是要以村为单位,一个村设置一两个沼气站,由专人或公司负责,维持沼气的高产。这可以解决农村的能源使用问题,并且制沼气的副产物——沼渣沼液可以用做肥料。
另外,有人说种树可以解决二氧化碳排放问题,其实并非如此。首先,如果要通过植树吸收人类活动排放的二氧化碳,需要的植被数量是非常大的。其次,植物在白天通过光合作用吸收二氧化碳,固定碳元素,到夜间还要排放二氧化碳。同时,树木落叶腐烂会产生大量甲烷,其温室效应比二氧化碳还要高得多。对于这些落叶、农作物秸秆,我们也要将其碳化,做成生物炭。有一个企业叫三聚环保,他们把秸秆制成了具有多孔结构的生物炭,将这种生物炭投入土地可以保水、改良土壤,或使化肥缓释。
另外就是生物乙醇。美国的乙醇汽油技术比较成熟,因为他们的粮食有富余,在粮价下跌时,为了稳定粮价,就把粮食做成乙醇。美国的乙醇产量可以达到4000万吨/年,全部用于代替石油。巴西的乙醇产量是2000万吨/年。巴西有很多制糖副产物,也就是糖蜜,是不可以食用的,但它是非常好的发酵原料。
我国没有那么多富余的粮食用来制乙醇,我国目前主要是利用废粮制乙醇,乙醇产量为300万吨/年。事实上,我国的乙醇需求量是每年1500万至2000万吨。我国没有多余的粮食,用什么来做?煤可以制醇,但是工艺路线很长,经济效益一般。
目前,在首钢曹妃甸地区还有一个乙醇生产线,是利用一氧化碳作为碳源,来发酵生产乙醇。目前,已经建成了4.5万吨/年的装置,同时副产5000吨/年的生物蛋白饲料,具有很好的经济效益。这样的话,我国不用粮食,不排放二氧化碳,就可以生产乙醇,所需要的一氧化碳,可以通过煤来生产。
这样的话,整个过程就接上了,形成了一个产业链,这一套产业链中的二氧化碳排放量非常低。
煤,我们把它分质利用制成半焦和氢气。
焦炭,我国把它作为还原剂,将二氧化碳还原成一氧化碳。
一氧化碳,我们用它来制乙醇。
乙醇,脱水后就是乙烯,再聚合后就是丁二烯。
这样的话,作为我国储量最高的化石能源,煤就有了新的利用方式,在不排二氧化碳的同时,产生了可用于制作材料的新资源。这就是我们对于煤、石油、天然气、生物技术的整体规划,在实现碳中和目标的过程中,这些都是十分重要的,既解决了二氧化碳的排放,同时也为它们找到了新的用途。
能源结构的调整需要因性而谋、因势而定
《环境与生活》:关于可再生能源的问题,我们注意到您也曾提出生物质能和微藻产油等新能源技术,能否请您向大家详细介绍这些新技术目前的发展状况?
金涌:我们先从电力说起,现在我们的技术已经可以让光电风电的成本与火电持平了,但光电、风电仍然存在一个很大的缺点,就是不稳定性,所以必须有储能装置。只有让光电、风电平稳,不波动,才能组成智能电网,储能装置的作用就在于此。因此现在电力发展的关键,就是解决储能问题。太阳辐射到地球的能量,是目前人类所需总能量的3000倍,中国有很好的条件,很多地区都适宜发展光电和风电。对于光电和风电来说,技术有了,条件也有了,关键就是蓄电设备。目前,使用最多的蓄电设施,约占70%以上,就是利用水建立水库,用多余的电把水抽到上游,需要电力时放水推动发电。但是,仅靠这一种方式显然是不行的,我们还需要开发更多的方式储电。
目前,清华大学在储能领域的主要攻关方向是电动车,电动车需要电池,现在的锂电池大部分问题都已经解决,剩下的小问题我相信慢慢都会解决,比如说储电能力不够,充一次电只能跑两三百公里。随着锂硫电池的发展,国内已经形成产业化,充一次电可以跑800公里,续航问题解决了。有的人说锂硫电池容易着火,现在这个问题也已经解决。将来,我国的所有交通都可以电气化,不用烧油了,因此就需要大量的储电设备。当然,制造电池的门槛很高,我们做化工的人不做电池,但我们可以为电池提供材料,有了更好的材料,才能做出更好的电池。我们现在已经产业化的,一个是纳米碳管材料,将石墨烯与纳米碳管结合,形成立体的结构,我们称为石墨烯和纳米碳管的杂化,这种碳材料是非常好的锂电池正极材料。我们把产品出售给其他国家,并弄清楚其用途。他们将这种材料和离子液体混合,压入多孔的泡沫铝中,就做成了锂电池的正极材料。于是,我们也研究制作出多孔的泡沫铝材料,用于生产电池。比起传统材料,我们的材料拥有更好的储电能力。现在这项技术也正在产业化,相信很快就能看到这种材料最终的效益。这是比较成功的,已经产业化的材料。同时,我们也在着手研发一些新的技术,比如说固体电解质。固体电解质制成电池的安全性很高,因为其内部不存在有机材料,不会着火。
我们非常看好锂电池的发展,一方面是电动车可以代替燃油车减少碳排放。另一方面,电池本身就是储电设备。我国现在机动车保有量是2.5亿辆,假设在未来,其中的1亿辆变成了电动车,在夜间不使用时充电,那这1亿辆电动车就成了储电设备,充当了调峰的角色。所以,我也设想,今后的电动车不再搭配销售电池,而是将电池出租,或变为换电池的形式。电动车没电了,可以直接到电站充电或换电池。同时,电站与电网相结合,集中给电池充电,这就起到了储能和调峰的作用。现在,国家也正在积极策划这方面的行动,当然对于目前的电动车保有量来说,还不足以实现,但就发展而言,这绝对是一个一举两得的措施。如果是建立大量大型的调峰电厂,将会耗费巨大的经济成本。
《环境与生活》:有人说现在的锂电池虽然有调峰的作用,但经过多次的充放电后,电池的储电能力会明显下降。同时,全球锂矿的储量是否能支持如此大量的锂电池生产?
金涌:锂电池需要经过几万次的充放电才会有显著的影响,并且现在锂电池可以回收,这方面的技术也已经解决了。废旧的锂电池可以用于制造新的电池。
至于全球锂矿的储量是否能支持如此大量的锂电池生产,我认为现在还不需要把这些因素作为顾虑。除了锂电池之外,现在研究人员还在研究钠电池,还有空气电池。电池的发展有很多渠道,锂电池仅仅是第一个突破。后续肯定会有很多新的技术投入使用。
《环境与生活》:关于氢能,以及相对应的氢燃料电池,我们也注意到您一直都持有保留态度,能否请您详细说明一下?
金涌:我们做化工的人,舍不得把氢拿来烧掉。氢燃料电池本质上不是储电设备,而是烧氢气的,它是通过电化学反应,把氢和氧烧成水,同时产生电能。我们好不容易得到了氢,它有很多种用途来降低二氧化碳排放,为什么要把它烧掉?
更关键的问题在于,现在全世界还没有电解水制氢的大型工厂,因为没有任何的经济效益。电解水制氢,能源的利用率只有30%左右,即使今后利用率可以提高,也不会超过60%。同时,氢到了燃料电池中再重新转化为电能,目前转化率的目标是50%,我想以后最多也就是60%。也就是说,用电制氢气,能量就先少了一半,再把氢转化成电,就又少了一半,即使是理想状态下,60%乘60%,最终的利用率只有36%。电网中的一度电,最后到氢燃料电池释放出来,就只剩下1/3,这样的利用率太低了。有的人可能会说没关系,因为太阳能是取之不尽的。但我们还要考虑设备投入的成本,以及使用的成本。
事实上,我们非常需要氢,非常愿意生产氢,因为我们可以用氢把二氧化碳还原回来。氢气是一个好东西,比如美国人就提出了“氢经济时代”的概念,而不是“氢燃料时代”。氢是非常重要的,但不是用来烧的,这是两个不同的概念。氢太宝贵了,它可以解决碳排放的问题,可以用来做很多合成。氢气对化学家非常宝贵,我们不愿意把它烧掉,从另一个角度来说,氢烧掉的利用率太低,没有经济效益。日本人愿意烧氢,是因为他们进口的天然气多,天然气中每有1个碳原子就有4个氢原子,他们的氢是富余的。同样,美国也不愿意,他们很早就不做氢燃料电池了,因为美国的能源结构和中国类似。所以,现在炒作氢燃料电池概念的只有日本,因为他们研究的时间很长,想把这个技术卖给中国,但我认为这是个大坑。
从我的认知看来,氢燃料电池汽车是没有出路的。氢气不好储存,不便于运输,容易泄漏,还有爆炸的风险。如果说有一个地下停车场,几百辆氢燃料汽车在里面停着,有一辆车的氢漏了,积累到一定浓度会发生爆炸,那这几百辆车就全都要爆炸了。现在有800公斤的压力瓶放在车里储存氢气,如果全中国几亿辆车都带着压力瓶到处跑,你害怕不害怕?即使有一个爆炸,都是很大的事故,要是遇到连环交通事故,那更是不得了。所以,我认为这是不可靠的,不安全的。从能量上来看,利用率低没有经济效益,从安全性上看,缺乏可靠性。我们不谈氢气的性质,单说压力罐如果出现问题,气体膨胀发生爆炸也十分危险。
当然,氢燃料电池真的就完全没用吗?我想也并非如此。比如说潜艇、轮船、飞机,这些大型运输工具想用锂电池显然是不可能的,因为锂电池很重。这些大型运输工具的电气化,我想还是要用氢燃料电池。还有就是煤矿中的矿车,因为要装载大量的货物,并且矿车本身较重,如果再使用锂电池,就会存在很多问题。因此我认为,氢燃料电池在一些特殊情况下、特殊的场景中,比如说需要长距离或重载的交通运输中,有很好的应用前景。目前,锂电池与氢燃料电池相比,单位重量储存的电量还远远不够,如果进行长距离运输,显然不如氢有优势。我想在未来,一些大型车辆,或是轮船,都有机会变为氢燃料电池供能。
“碳中和”需要全民参与
《环境与生活》:“碳中和”与我们的生活息息相关。那么,在普通人的生活中,碳中和除了带来电动车之类的改变,还有哪些也会随之改变?
金涌:到了碳中和的那一天,我们发电就不再使用火电了,交通也要做到零碳排放。那么,下一个大量消耗能源、排放二氧化碳的就是住房问题。现在的人们都追求舒适的居住环境,这就涉及供热取暖的问题,也就是建筑节能。中国的二氧化碳排放,有近20%是人居产生的,包括供热、制冷,这也是未来需要解决的问题。当然,外国人在这方面也有很多成熟的技术,有一些建筑物已经做到能源完全自供。前一阵我去万通地产,他们就在发展地源热泵技术,利用地球本身的热能取暖。另外,就是保温建筑材料,还有利用工厂的废热供暖,这些技术目前整体发展都比较完善,在国际上也有先例。德国人在这方面做得最好,在建筑节能方面有相应的标准,也就是房子要达到居住舒适的标准,冬天取暖夏天制冷,每平方米建筑面积的耗能不能超过7升柴油/年,他们把这个叫做“7升房”。目前,德国的建筑水平可以达到3升柴油/年。中国的一些老房子,可能每平方米20升柴油/年都不止。因此,我国在这方面如果能有所进步,相应的二氧化碳排放量就可以有很大的下降。这方面的市场商机也很大,万通就在生产泡沫材料,之后新建的建筑将会使用泡沫材料作为隔热层。因为泡沫材料不导热,室内的温度不容易受到室外影响,也就是冬暖夏凉。未来的建筑表面还可以设置光伏发电材料,真正实现建筑物的用电自给自足。在这方面国外的一些成功经验,我们都可以参考学习。
最后一点就是全民参与。联合国早就提出了全民参与的概念,环境与我们每个人都有关系,因此大家都需要节能。联合国发布过一个核算表,里面列出的很多数据很有意思,比如洗完衣服不甩干,而是自然晾干,每人每天就可以少排放2.3公斤的二氧化碳;不使用白炽灯,而使用荧光灯或LED灯;到室外慢跑而不使用跑步机……我说这些就是想说明,低碳环保需要全民参与,我们生活中每一个细节的改变都有助于减排。
所以,将来中国实现碳中和,会有几个时代的变化。
第一,我国要把工业化时代,变成信息化时代,这是需要全民参加的。信息化时代、智能化时代、数字化时代,这种时代的变革会同时发生。
第二,目前的“化石能源时代”,将会变成“可再生能源时代”,这不是说我们的化石能源已经用完了,而是发展带来的变化,就好像石器时代发展到青铜时代,也不是因为石头用完了,而是因为有了炼铜技术。我们现在已经拥有了技术,那么时代的更迭就是必然的,这是很了不起的变化。当然,我还没提到核能,如果核聚变能源能投入使用,那我们之前说的那些新能源都不算什么了,就要完全变成“核能时代”了。
第三,“化石燃料时代”变成“化石材料时代”,我国要把这些化石资源进行更加科学合理的应用。
第四,就是进入到“循环经济时代”。
只有真正实现了这四个时代的变迁,才能真正做到碳中和。
【人物百科】
金涌
金涌,83岁,清华大学化学工程系教授,中国工程院院士。他是国际公认流态化、反应工程领域的领军人物、循环经济领域相关学科发展与实践推动的先驱者之一。他的科研成果获4项国家奖。他编写教材及专著5部,发表科研论文400余篇。
他创建了清华大学化学反应工程教研室和生态工业工程学科方向,建立了北京市绿色反应工程重点实验室,还组建了全国生态经济学会所属的生态工业与技术专业委员会。
他曾任数届全国化工学会、颗粒学会常务理事,中国环境科学学会顾问。他连续两次担任中美化工大会主席,还担任两届全国学位委员会化工学科评议组召集人。
近五年来,他结合重大社会转型发展关键问题,进行主旨发言和科普讲演300余场,对各省、市、县领导作循环经济主题宣讲报告30多次。主持编制《探索化学化工未来世界》系列科普片和配套书,获“典赞·2016科普中国”十大传播人物奖。他曾获全国“五·一”劳动奖章及劳动模范称号、全国优秀教师奖、北京市优秀教师奖、北京市教学名师奖、中国石油和化工行业影响力人物奖、中国石化和化工行业“十二五”十佳人物奖光华工程科技奖(奖金全部捐赠至“金涌奖学金基金”)。
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9月29日,《北京市密云区碳达峰实施方案(征求意见稿)》发布。详情如下:关于对《北京市密云区碳达峰实施方案(征求意见稿)》公开征集意见的公告为深入贯彻落实《北京市碳达峰实施方案》及市级关于碳达峰碳中和的工作部署,推动密云区碳达峰碳中和工作稳妥有序开展,密云区发展和改革委员会会同区级
长春市科学技术局9月30日发布印发《长春市碳达峰碳中和科技创新行动方案》,通过实施能源绿色低碳转型科技支撑行动等11项专项行动,推动高质量如期实现碳达峰。长春市碳达峰碳中和科技创新行动方案一、指导思想以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,全面贯彻党的十九大、二十大精神和习近平总书
浙江省人大常委会9月27日发布《浙江省绿色低碳转型促进条例》,本条例适用于浙江省行政区域内能源、工业、交通运输、城乡建设、农业、居民生活等领域绿色低碳转型相关活动。浙江省绿色低碳转型促进条例(2024年9月27日浙江省第十四届人民代表大会常务委员会第十二次会议通过)第一章总则第一条为了促进
广东省市场监督管理局批准成立广东省碳达峰碳中和标准化技术委员会产业园区绿色低碳分技术委会,秘书处承担单位为广东擎洲光电科技股份有限公司。分技术委员会由39名委员组成,曾雪兰任主任委员、方静任副主任委员、叶冠林任秘书长、施利军任副秘书长。广东省市场监督管理局关于批准成立广东省碳达峰碳
烟台市发展和改革委员会发布2024年碳达峰碳中和专项资金拟支持项目公示,陆海接力现代渔业循环经济示范区等12个项目入选。2024年碳达峰碳中和专项资金拟支持项目公示根据《烟台市碳达峰碳中和专项资金管理使用办法》及《烟台市2024年度碳达峰碳中和专项资金申报指南》有关规定,市发展改革委会同市财政
为认真落实自治区党委、政府《关于开展碳排放改革全面融入全国碳市场的实施意见》(宁党办〔2023〕27号)精神,全面推进银川市碳普惠试点体系建设,推动大型活动规范、有序开展碳中和,银川市生态环境局结合实际,研究起草了《银川市大型活动碳中和工作实施方案(试行)(征求意见稿)》,9月23日起面
2020年9月22日,习近平主席在第75届联合国大会一般性辩论上作出我国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值、努力争取2060年前实现碳中和的重大宣示。四年来,国家发展改革委和各地区、各部门坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,深入贯彻习近平经济思想和习近平生态文明思想,认真落实习近平
2020年9月22日,习近平主席在第75届联合国大会一般性辩论上作出我国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值、努力争取2060年前实现碳中和的重大宣示。四年来,国家发展改革委和各地区、各部门坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,深入贯彻习近平经济思想和习近平生态文明思想,认真落实习近平
“碳”启未来,“新质”领航2024碳中和与绿色发展大会一、大会主题随着“世界百年未有之大变局”的加速演进,积极稳妥推进双碳工作,加快打造绿色低碳供应链,不仅是保障国家能源安全,经济安全的必然要求,更是我国全面建设社会主义现代化、实现高质量发展、构建人类命运共同体的重大命运抉择。近日,
天津市科技局公示天津市2024年度碳达峰碳中和科技重大专项拟立项项目,高效低成本绿色制氢系统关键技术研究与示范、LNG冷能综合利用关键技术研究与集成应用、零碳/负碳型生物质气化合成绿色甲醇技术研究与示范应用等7个项目入选。市科技局关于天津市2024年度碳达峰碳中和科技重大专项拟立项项目的公示
新疆维吾尔自治区工业和信息化厅发布关于公开征求《新疆维吾尔自治区工业固定资产投资技术改造类项目节能审查办法(征求意见稿)》意见的公告,本办法适用于在新疆维吾尔自治区行政区域内工业和信息化主管部门管理的工业固定资产投资技术改造类项目,所称节能审查,是指根据节能法律法规、政策标准等,
北极星售电网获悉,漳州市工业和信息化局等三部门发布了关于印发漳州市石化化工行业碳达峰实施方案的通知,文件提到,调整优化能源结构,提升清洁能源使用比例。促进石化化工行业绿色电力消费,以就近大规模高比例消纳可再生能源为导向,逐步提升绿色电力使用比例。文件还提到,依托福建省作为全国碳排
漳州市工业和信息化局漳州市发展和改革委员会漳州市生态环境局9月11日印发漳州市石化化工行业碳达峰实施方案(漳工信规〔2024〕4号),计划到2030年,炼油、乙烯、合成氨等主要产品综合能耗进一步降低,合成气一步法制烯烃、乙醇等短流程合成技术实现规模化应用。非化石能源消费比重进一步提高,绿色关
近日长先新材466KWh浸没液冷储能系统已成功应用于危化品企业,该系统采用了长先新材自主研发的CXCH-220浸没式冷却液。这是广东省首台在危化品工厂里面设立的浸没式储能设备。危化品企业对于储能设备的安全管控极为严谨,因为其生产和储存的化学品大多具有高度易燃、易爆、有毒或腐蚀性,一旦发生事故,
莆田市工业和信息化局莆田市发展和改革委员会莆田市生态环境局8月26日印发《莆田市石化化工行业碳达峰实施方案》(莆市工信规〔2024〕5号),目标“十五五”期间。石化化工行业产业结构布局进一步优化,低碳发展模式基本形成,能效基准水平和标杆水平进一步提高,行业整体能效水平和碳排放强度达到国内
一、展会序言CIP2024第二届中部(郑州)化工技术装备与新材料展览会同期举办:2024中部(郑州)化工产业创新发展大会由河南省化工医药安全生产协会、河南省石油和化学工业协会主办、由河南能源化工集团化工新材料有限公司、神马实业股份有限公司、河南心连心化学工业集团股份有限公司、河南省塑料协会、河南
一、展会序言:随着全球经济的一体化和技术的迅猛发展,化工行业作为国民经济的重要支柱,正面临着前所未有的机遇与挑战。在这一大背景下,我们迎来了2024中部(郑州)化工环保设备、污水处理博览会的隆重开幕。本次展会旨在汇聚业界精英,共商行业发展大计,推动化工安全防护与环保设备的创新与应用,为
近日,工信部印发《化工行业智能制造标准体系建设指南(2024版)》。文件提出,到2027年,初步建立化工行业智能制造标准体系,累计制修订30项以上化工行业智能制造标准,基本覆盖化工行业基础共性与装备、工厂、企业、园区、供应链等各方面。加快安全生产、工程数字化交付、绿色低碳等关键应用场景标准
近日,杭州市生态环境局和杭州市经济和信息化局联合发布了《关于印发复合布加工、废橡胶利用、废塑料加工、木质家具、玻璃制造、化工和电镀等7个行业环境污染整治提升实施方案的通知》,其中包含《杭州市复合布加工行业污染整治提升实施方案》《杭州市废橡胶利用行业污染整治提升实施方案》《杭州市废
2024年11月19-21日国家会展中心(上海)主办单位中国化工装备协会中国化工机械动力技术协会广东省石油和化学工业协会广东省化工学会浙江省泵阀行业协会温州市龙湾区阀门行业协会振威国际会展集团支持单位上海市化工行业协会上海涂料染料行业协会上海市新材料协会江苏省阀门工业协会江苏省石化装备行业协
4月7日,陕西省发展和改革委员会印发《陕西省培育千亿级化工材料产业创新集群行动计划》,其中提到,加强源头减碳、过程减碳、终端固碳,创建10个以上示范性绿色化工园区、绿色工厂,开展绿色化工产品认证,推进化工材料产业绿色制造体系不断完善。二是提升产业数字化智能化水平。并且,加快5G、大数据
3月27日,福建省印发福建省石化化工行业碳达峰实施方案(闽工信规〔2024〕5号),其中提到,增强源网荷储协调互动,加快工业绿色微电网建设,引导企业、园区加快光伏、多元储能、高效热泵、智慧能源管控等一体化系统开发运行,推进多能高效互补利用,促进就近大规模高比例消纳可再生能源。加快新型储能
科技成果转化需多端同时发力《能源评论》:应如何看待科技成果实际转化率低的现象?该怎样体系化地解决科技与产业脱节的问题?金涌:一个科研成果从研发到真正产业化生产,需要漫长的过程,这是客观存在的现象。高校追求前沿科研课题,有时离产业用户的实际需求比较远,也许十年二十年以后才可能有市场
储能正独立成长为新的万亿赛道,吸引越来越多的产业链企业入局。据电池中国不完全统计,2024开年以来,已有近30个储能相关项目密集签约或开工,所涉投资金额近千亿元,产能规模超150GWh。01新开工储能项目据电池中国不完全统计,2024年已有新开工储能项目15个,其中14个项目公布了投资金额,投资总额近
3月30日,硅业分会发布最新多晶硅价格,本周国内单晶复投料价格区间在24.60-25.40万元/吨,平均24.98万元/吨,周环比涨幅0.64%;单晶致密料成交价在24.40-25.20万元/吨,平均24.75万元/吨,周环比涨幅0.69%;单晶菜花料成交价在24.10-24.90万元/吨,平均24.48万元/吨,周环比涨幅0.82%。硅料价格不断上
碳中和不是一个单纯的能源问题或气候变化问题,而是一场深刻、广泛的系统变革,涉及社会经济的方方面面。中国这项远大目标的实现,目前还面临以下四方面挑战。(来源:能源评论首席能源观ID:CEO_ER作者:金涌)一是我国现在是全世界碳排放量最大的国家,二氧化碳排放量占全球的三分之一。二是我国设定
在迈向“碳中和”的大背景下,化工行业应该如何转型?化工行业可持续发展之路该怎么走?这关系到国家经济与社会民生,与我们每个人都息息相关。
作者介绍:作者系知名化学工程专家,清华大学教授、中国工程院院士。本文为7月17日在第二届“中国能源·化工30人论坛”上的专题演讲。
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在发表主题演讲时指出“双碳”目标为我国带来了三个挑战:一是我国二氧化碳总排放量比较大;二是30年之内碳排放要从碳达峰到碳中和,时间比较短;三是在实现“双碳”目标的同时,经济也要同步发展。
我国尚处工业化和城镇化发展的中后期,在未来一段时间内,能源需求仍将持续增长,碳排放压力仍然巨大。在保持经济增长的同时,如何科学把握化石能源替代与退出节奏是实现碳减排目标的关键,也是能源领域未来实现高质量发展的最大挑战。近日在接受记者采访时,中国工程院院士、清华大学化工科学与技术研究院院长金涌对此给出了他的观点。
在保持经济增长的同时,如何科学把握化石能源替代与退出节奏是实现碳减排目标的关键,也是能源领域未来实现高质量发展的最大挑战。
我国尚处工业化和城镇化发展的中后期,在未来一段时间内,能源需求仍将持续增长,碳排放压力仍然巨大。在保持经济增长的同时,如何科学把握化石能源替代与退出节奏是实现碳减排目标的关键,也是能源领域未来实现高质量发展的最大挑战。近日在接受记者采访时,中国工程院院士、清华大学化工科学与技术研究院院长金涌对此给出了他的观点
我国尚处工业化和城镇化发展的中后期,在未来一段时间内,能源需求仍将持续增长,碳排放压力仍然巨大。在保持经济增长的同时,如何科学把握化石能源替代与退出节奏是实现碳减排目标的关键,也是能源领域未来实现高质量发展的最大挑战。近日在接受记者采访时,中国工程院院士、清华大学化工科学与技术研究院院长金涌对此给出了他的观点。
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