解决了能源问题、资源问题，中国的发展将是无穷的 | 金涌
2022/12/13 11:30:00 未来光锥
2022年11月12日，“科普中国-我是科学家”第42期“未来进行时”现场，中国工程院资深院士、清华大学化学工程系教授金涌带来演讲 《碳中和2060》。
金涌演讲视频：
以下为金涌演讲实录：
大家好，我是清华大学化工系的老师金涌。
这些年，我们越来越明显地感觉到地球并不太平，经常出现强台风、强降雨，造成了巨大的生态灾难。而且工业革命之后，地球上的气温在不断地增加，随着地球的温度增加，南极、北极的冰山会化掉，海平面会上升，假如我们不采取办法，海平面可能上升几十米，沿海的城市就都会淹没了。
洪水 | Pixabay
全球变暖的主要原因，是人类不断地在地底挖煤、石油、天然气，然后燃烧资源用电，储存在其中的碳就变成二氧化碳排到天上去了。天上二氧化碳的浓度，从100年以前的百万分之二百多，已经增加到百万分之四百多了，增加了差不多一倍。
二氧化碳浓度的增加就造成了地球温度的变化，所以联合国要求大家解决这个问题。中国在2020年承诺，二氧化碳排放到2030年要达到高峰，2060年要实现碳中和，也就是说，没有绝对的二氧化碳排放了。
中国人要实现碳中和这个目标并不容易，因为中国现在二氧化碳的排放是最多的，占世界30%左右，要在很快的时间从排放最多变成零，这是一大挑战。第二个，减碳还不能影响经济发展。最近40年，我们要把国民经济提升一倍，从人均GDP1.2万美元提高4万美元以上。经济发展，当然能耗会大。第三，中国有全世界最大的制造业，我们的制造业相当于英国、法国、德国的总和，等到了2060年我们还要保持巨大的制造业，制造业也会造成巨大能耗。
要减碳，同时还不能影响经济发展 | Pixabay
那么，这么多困难，我们可能达到碳中和吗？答案是，可能。
太阳给地球的能量是非常多的，是人类所需能量的三千倍以上，足以满足人类的能源需求。而且不只光能，还有风能、水能等等，都是清洁能源。碳中和以后，我们将主要靠光能、水电和风电，来代替燃烧煤、石油、天然气。
那么中国人做得怎么样？我们在这方面是领先的，全球最大的十个风电企业，中国占6-7个。我们的光伏产业也是世界最大，光伏电池板的出口量占世界的74%。
可是这一切来得并不容易。
1979年，人类发现太阳光可以通过多晶硅转化成电，转化效率已经达到了10%，当时大家都有很高的期望。但要实现产业化风险还是很大，在大家犹豫不决的时候，中国政府发现西北有很好的太阳光照射，而且有很多农村并没有电，太阳能太适合中国了。于是，在中国政府的推动下，很快就发展了很多的太阳能企业。20世纪末中国已经有上千家光伏电池企业了。
不过，这个时候中国的技术不好，原料要从国外买，但国外为了卡中国脖子，把多晶硅的价钱一下提高了十倍，而且说未来还要继续提高，要求中国企业按目前的价格签长期合同，于是中国企业只得签订昂贵的合同。没想到，合同签订以后，国外又把价格又下降了十倍，导致很多中国企业的产品在国际市场上一下子没有了竞争力，后来都倒闭了，无法履行合同，还要支付大量的赔款。
这时中国政府出手了，说我们不卖给外国了，我们自己用，就放在西北。在化工人的努力下，我们解决了中国的多晶硅、单晶硅的生产，慢慢地不再依赖外国了，中国的太阳能企业又发展起来了。此时，我们的企业又开始大量出口。
太阳能电池板 | Wikimedia Commons，Aiseinau / CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
但美国人又想了办法，一下子把进口关税提高了十倍，导致出口变难。于是，在政府的支持下，太阳能企业决定在中国继续发展，幸而中国有很大的太阳能市场。企业继续发展后，慢慢突破了美国的限制，美国不买，欧洲和其他国家会买。
但这时美国人又说了，太阳能发电是不环保的，会影响生态，因为光电板会占用地，很多地就不能种庄稼了。后来我们又想了办法，把太阳能光板架高，架到1.5-2米，底下照样可以种地。而太阳能光板过一段时间要清洗一下，清洗的水流到地下正好灌溉庄稼。农业和太阳能发电可以同步发展。
这样中国的光伏发电就三次受到颠覆，三次又闯过了关。我们的光伏发电技术，在全世界清洁能源技术中都首屈一指，取得了不一般的成就。而且，价格还非常低廉。中国出口给阿拉伯光电厂的光伏，发电成本很低，一度电才卖1.04美分，而火电烧煤发电成本是5美分，也就是说太阳能发电不但量可以很大，而且经济上合算了。
我们国家还有很厉害的风电产业，刚刚说到了，全球最大的十家风电企业中，中国企业占了6~7家。而且，中国还有很好的风能资源，不仅内陆，沿海风电产能也很高。所以说，人类能源的最终方案不是烧煤，不是烧油，一定是可再生能源。
但是可再生能源有也缺点，太阳能最大的缺点就是夜里没有太阳，就没有电，一块云彩一过，马上发电量就变小了，所以它不稳定。但是人类生活的很多用电需求都要稳定的电源。怎么办？
要发展储电。如果光电和风电可以存储，那么就能形成稳定的电网，供应给工业、给日常生活。
中国的储电技术现在是百花齐放。最大的储电方法就是化学储能，也就是电池。现在科学家发现，锂电池是最好的储电方式，因为它的效率很高，存进去多少电，出来还是多少电。中国锂电池的产量现在也是世界最大，锂电池的发展对我们的未来非常重要。
储能技术除了锂电池外，还可以用水。山上一个大水库，山下一个大水库，利用上下游的水位落差来发电，需要电的时候山上的水流下来发电。当用电需求不大时，可以再把水抽到高山上储存起来，等需要用电时，再利用水位落差发电。目前，中国主要的储电还是依靠抽水蓄能储电。
三峡大坝 | Flickr, Harald Groven / CC BY-SA 2.0(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/)
还有，压缩空气也能储电。电多的时候，开压缩机把空气压缩到100公斤储存在地下，利用地下的盐穴储存压缩空气。这个方法不像利用水储电，选址要求没有那么严格，不需要山下、山上两个水库。空气压缩储电这个方法，中国也研制成功了，中国科学院做成了兆瓦级的压缩储能的技术。
利用各种方法储能，我们就可以打造成一个可再生能源的、稳定的零二氧化碳排放的电力系统。这样就不用煤电了，不烧煤，二氧化碳排放问题就会小很多。
那么还有一个问题，就是输送电。有的地方风电、光电资源丰富，但有的地方资源匮乏，我们要能把电输送到资源匮乏的地方去才行。值得骄傲的是，中国的输电技术也是全世界最棒的，我们的超高压直流输电，在输电过程中能耗达到了最低。
除了用电，开车也会产生碳排放。我们每年开车会消耗7亿吨石油，但是中国的石油产量不到2亿吨，所以对国外的依存度已经达到74%。不过，假如能使用锂电池、开电动车，就可以节省石油的利用。中国电动车的发展也非常好，生产能力、销售能力和保存量都是世界第一。2020年全世界生产的电动车中国占40%多。
开车也会产生碳排放| Pixabay
那么，减少碳排放，中国如何保持制造业大国呢？需要研发新的技术，生产附加值高的产品。我们不一定要生产那么多钢铁、水泥，这些产业耗能非常多，而且产值很小。那些高附加值的产品，比如血管支架，几克就价值几万，既减少能耗，还能保障强大的制造业。所以我们一定要大力发展高新产业。
还有一个问题是，如果不使油了、不使煤了，那我们还需要煤、油这些资源吗？需要，因为煤和油的成分是氢原子和碳原子，碳和氢元素对人类太重要了，所以这些资源还是要利用起来。
传统的石油业要把石油冶炼，80%的产品是汽油、柴油、润滑油，给汽车用，只有20%是生产塑料、橡胶、纤维。将来有电动车不用那么多油了，石油就可以改换一个用法。清华大学在这方面跟世界最大的炼油厂合作，可以做到使炼油的结果70%-80%做塑料、橡胶用，留下20%做汽柴煤油，用来开飞机，因为目前飞机还不能电动化。这就是把能源变成材料，也是化工学家目前要做的事情。
油的问题有解决方法了，还有煤。中国是煤炭大国，这些煤炭不燃烧发电，干什么使呢？我们可以把煤变成材料，碳就可以留在材料里，不被排放到空气中。关于这一点，经过全国科技工作者的合作，通过努力，已经可以用煤来做烯烃、芳烃等高分子化合物，目前是世界做得最好的，产能已经达到了1300多万吨。还有煤制乙二醇、甲醇等等，中国都做的不错。
可是，还存在一些问题，煤虽然可以做成材料，但在变化过程中二氧化碳的排放太大，一吨烯烃用煤来做，同时要排出来10吨的二氧化碳，需要很多的水，而中国也缺水。所以，我们必须再往前走，继续前行，研究怎么使煤变成材料，而且二氧化碳排放少，水也使用得少。
另外一个，中国生产了很多的材料，但材料使了以后丢弃，就会造成污染和浪费。有没有办法使材料能够循环利用？我们知道，地球上自然生态是非常科学的：树可以制造淀粉、油料、各种纤维素，供给动物使用，动物吃了以后，它的排泄物又被细菌分解掉，回归土壤供给植物用，所以地球上的资源是植物、动物、微生物循环利用的。循环利用既没有污染，资源也不会匮乏。4亿年以前，地球上经历寒武纪以后，就形成了这个自然的生态系统。人类也应该学习这个系统，让物质能循环地利用。
人类也应该学习生态系统，让物质能循环地利用 | Pixabay
我们应该承认，中国虽然地大可是并不物博，大量的资源，比如炼钢，主要原材料矿石要从外国进口。现在要做锂电池，锂资源也要进口。假如能够循环利用了，就不会对外国的资源能源依赖了。
我们解决了能源问题、解决了资源问题，中国的发展可能将是无穷的。
谢谢大家!
金涌 | 作者供图
策划/监制：吴欧
作者：金涌
编辑：小贩儿
校对&排版：尹宁流
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