金涌

我国石油的对外依赖超过71%，甲烷也就是天然气的依赖也接近50%，我国的社会发展会受到资源、能源、环境各方面的严重的制约，而实现碳中和，一切问题都可以解决。所以，碳中和对中国来说不止是气候问题或者能源问题，而是纳入中国生态文明总体布局的一场深刻的经济社会系统的变革。

中国的二氧化碳排放占世界的1/3，是最大的排放国，总排放量是美国的1倍。从碳达峰到碳中和只有30年的计划时间，而其他国家都是45年或者以上，所以我国是最多排放且最快时间达到碳中和的国家，对国家来说是一个大挑战。我国承诺到2050年中华人民共和国成立100年的时候要进入到发达国家水平，人均GDP要从现在的1万美元升到4万美元。假如碳中和与经济发展同时同步进行，困难则非常大。首先，我国是全世界制造大国，不搞虚拟经济，主要差别反映在万元GDP能耗，我国生产1万元产值所需要的能耗是半吨标煤，但日本只有0.1吨多标煤，如果我国经济翻五番，而万元基础能耗不下降，碳中和困難更大，所以一定要把我们的万元GP能耗降到0.1，同时经济提高5倍。

在实现碳中和上，中国和发达国家主要差距是什么？我们处在工业化社会，而发达国家已进入了智能化信息化学会、数字化学会。所以实现碳中和的第一件大事是必须要做高端的制造业，要做经济转型。产业结构的改变，是从工业社会进入到信息化社会的一个大变革。目前，我国钢材产量占全球的50%，每年大约生产12亿吨钢，水泥生产占全世界60%，到2060年还我们还需要这么多钢铁和水泥吗？肯定不需要。那时候这些高耗能低产值的产业会慢慢退出市场，我们要转型发展高端制造业。

我国的基本产业和最先进的技术相比，大概有10%～30%的节能空间，低能耗高附加值产品改造，通过全社会的努力，国家会转变整个发展模式。我国目前的光电风电成本已经大幅度下降，接近于火电的成本，不需要再建火电厂，转而依靠可再生能源，若石油和天然气不烧了，化石能源自然会退出历史舞台，也就没有二氧化碳排放了。

第二个转型是把宝贵的化石燃料转变成化学材料，化石能源可以提供碳元素组成的各种各样产品。化石燃料里最重要的就是石油，石油炼油技术使原油通过催化电化，得到大约80%的汽柴、煤、润滑油。进到作为石脑油，将来的出路为三烯三苯，用来做塑料橡胶纤维，这些材料含的碳是保存在产品里不会对环境造成损害的，同时也是我们需要的。

现在反过来看，煤化工业其实走了弯路。如果拿半焦来烧锅炉产生蒸汽，蒸汽推动燃气轮蒸汽轮机发电，蒸汽轮机发电的尾气温度很高，此时再往里头喷液体气体的燃料，让它在燃气轮机里二次发电，也就是燃气蒸汽联合循环发电，可以使我国煤发电转换效率提高到60。目前超临界煤的转化效率都在45以内，提到60的话更重要的是调峰，因为火电蒸汽轮机是蒸汽，不能随时停，而燃气轮机可以随时停。可能到了2050年，化石燃料还有百分之十几的保留，到时火电厂就用来调峰，所以将来火电的唯一出路就要做成调峰，能够和可再生能源风电光电协同补足缺陷，根据调峰组成智能电网。

最近日本人提出一个新的思想，说现在的炼焦产品焦炉气出来后，经过冷却会出现一些苯，然后有轻焦油、重焦油、沥青等，于是就计划拿焦油、轻焦油、重焦油加氢做柴油，但这是没出路的，因为柴油本身过剩，将来柴油都会卖不出，经过这样繁琐的程序最后得到的质量还远远达不到五五标准。所以后来改变了想法，煤原材料一个用来炼焦，一个作为焦化厂，就可以生产两个产品。焦炭一部分可以裂解成氢气，焦炭不完全燃烧，可以烧一部分变成氧化碳，它需要放热环境，放热反应耦合在一起，反应出口就是把二氧化碳变成一氧化碳。一氧化碳当然有用，所以现在一般的思想就是用氢气把二氧化碳还原成一氧化碳，用了碳我们可以把它还原回来，这样就解决了煤的问题。

再说到天然气，中国的天然气是有一个误区，我们把天然气拿来都卖给老百姓烧了，因为它比较贵，而天然气用在厨房里烧开水，有多少天然气进到开水里去了，30%～70%都进入空气中，利用率非常低。假如使电暖水壶加热，100%的电基本都进到水里去了，以后碳中和的最后的结果就是所有民用都是电气化的，因为我们可以光电风电发电，电的供应应该很充足，而且会很便宜。天然气被替代下来，又是非常好的一个减碳的元素，因为它化学组成是4个氢1个碳，完全可以用天然气发展天然气化工，当天然气加热到800度，再把氧气加热到800度，两个800度气体碰到一起，点着后瞬间再浇灭，它就会是乙烯或者乙炔，乙烯乙炔就是可用材料。

煤的解析同时可以生成乙醇。美国因为粮食多，每年乙醇的产量（用粮食发酵做酒精）4000万吨，他们把乙醇添到汽油里，一方面改善了排放，同时也代替了汽油。但中国没有那么多粮食，中国的乙醇产量不到300万吨，但我们可以做个尝试，不用粮食做酒精，我们用的碳源是工业废气，也就是50%左右的一氧化碳，里面含量氢气只有1%，可以用来发酵做酒精。用一氧化碳制造乙醇的菌叫厌氧受菌，目前这个项目已经建成了4个厂，2个厂已经投产，年产酒精44，000.5吨，同时还生产5000吨的饲料蛋白，连菌丝都值钱。但4万吨对中国来说还是产量太小，中国需要的是1000～2000万吨的乙醇建到汽油里，设想我们建一个百万吨产能级别的生产厂，它的碳源就是一氧化碳，利用煤分支利用变成焦炭，焦炭还原化碳变成了一氧化碳，煤最后就变成酒精。

最后再讲讲零电力系统，电要靠风电光电，风电光电与火电成本接近，甚至于超过火电，那么太阳作为可再生能源，是未来重点的能量圈。太阳给地球的能量是人类需求能量的3000倍，所以太阳能风电相对于火电来说就是无限的。同时，中国有大量的光电储备。例如西藏一带光很丰富，风电也有大规模的风电场，所以风电光电在未来不仅是中国而且是世界能源的主要依赖的对象。但可再生能源不稳定，另一个迫切需要解决的问题就是储能，当可再生能源加储能做成智能电网，最终就可以供全人类使用。

储能有很多方法，化学储能主要深耕电池，排在前面的就是汽车电池，由于锂电池单次充电里程不够，便开发锂硫电池来代替。锂硫电池一次充电可以跑800～1000公里以上，同时锂硫电池也不会着火，因为它没有直径，不会穿透薄膜。电池是人类储能储电能的永恒主题，以后甚至可以用电池开飞机。

碳元素和氢元素是人类最亲和的元素，化工研究者研究它们的自然代谢规律，怎么在社会生态中优化利用、重新规划，使这两个对生物最重要的元素能够得到合理的应用，就是我们要实现循环经济，发展材料的循环利用，从而减少大量的能耗。所以我们认为氢不是燃料，氢是材料，用它可以合成氨、合成甲醇，合成可以跟二氧化碳反应，回收二氧化碳，绝对不会把它烧掉。那么重点就会是锂电池，氢燃料电池对氢的利用率太低应该被淘汰。但目前锂硫电池成本很高，那么我们就会给新的高性能的电池提供材料。首先是碳材料，锂电池里需要纳米碳管作为导电充放电，中国在2001年就可以批量生产纳米碳管，由于配套设施的缺失，反而是美国率先用上了我国研发的技术。

智能电网是人类未来能源集中解决的方案之一，那另外一方面就是核聚变了。有人说最后可能是这样的结果，风电占21%，光电占17%，水能占14%，核能占28%，生物智能占8%，然后还有12%保留化石能源，化石能源当然是尽量调峰的。

碳中和实际上是人类作为刺激地球的整个自然代谢，让其更加健康美好。碳综合的问题也是社会时代的大变化，从工业化时代转型为信息化时代，跨越能源时代到可再生能源时代，再到核骤变时代，通过化学燃料到材料的转变，为最终形成的循环经济时代服务。我们就会有一个美丽的地球，更美丽的生活空间，大家也会生活得更幸福。