——专访中国工程院院士金涌

　　实现碳达峰、碳中和充满了挑战，而科技创新是唯一出路。

　　“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。”2020年9月22日，在第七十五届联合国大会一般性辩论上，中国国家主席习近平向全世界郑重宣布。

　　截至目前，全球已有超过120个国家和地区提出了碳中和目标。其中，大部分计划在2050年实现碳中和，如欧盟、英国、加拿大、日本、新西兰等。但对中国来说，用30年左右的时间完成全球最高碳排放强度降幅，用全球历史上最短的时间实现从碳达峰到碳中和，无疑是一场大考。

　　如何答好这一时代答卷?中国工程院院士金涌认为，实现碳达峰、碳中和充满了挑战，而科技创新是唯一出路。

　　四大挑战

　　中国石油石化：金院士，您好!在您看来，中国实现碳达峰、碳中和，面临着怎样的困难与挑战?

　　金涌：中国实现碳达峰、碳中和，不仅仅是气候问题、环境问题。就如习近平总书记所说，这是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局。为什么?因为中国实现碳达峰、碳中和面临着四大挑战。

　　首先，中国碳排放总量在全球范围内最大。统计数据显示，2021年全球二氧化碳排放总量为338.84亿吨。其中，中国的碳排放量达到105.23亿吨，以31%的占比排在了第一。同为人口大国的印度，碳排放量为25.53亿吨，排在第三。美国作为发达国家的代表，碳排放量为47.01亿吨，排在第二。预计中国2030年碳排放量可达110亿吨。

　　其次，中国承诺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。从达峰到碳中和仅30年时间，将是全球用最短时间实现从碳达峰到碳中和的国家。英国早在1971年就已碳达峰。2019年6月，英国新修订的《气候变化法》生效，正式确立到2050年实现温室气体“净零”排放，即实现碳中和的目标。从碳达峰到碳中和，英国将用79年。美国2005年已碳达峰，计划2050年实现碳中和，从碳达峰到碳中和将用45年。

　　再次，中国既要实现碳达峰、碳中和目标，又要保持国民经济健康稳定发展，挑战巨大。从2020年的人均GDP来看，美国6.5万美元、德国4.8万美元、日本4.1万美元，而中国仅1万美元。根据我国社会主义现代化建设“三步走”的总体战略部署，到2050年我国将实现第三步战略目标，达到中等发达国家水平。按照《宏观经济蓝皮书》的设定，我国2050年人均GDP达到4.1万美元。在实现碳达峰、碳中和的关键期，我国的人均GDP要达到现行水平的4倍，而经济的发展必然产生能耗。2019年，我国万元GDP能耗约为0.519吨标准煤，同期主流发达国家的万元GDP能耗一般维持在0.1~0.2吨标准煤。若要达到目前发达国家的能耗水平，2060年我国的总能耗要与当前总能耗持平或减少一半，难度很大，需要下大功夫。

　　最后，中国要发展必须保持强大的制造业。国外经济学家推崇的克拉克定律认为，应该发展服务业。但是，服务业依赖被服务对象的强大，导致经济发展金融化、虚拟化、空心化。今年斯里兰卡作为一个主权国家宣布破产，就是太过于依赖服务业而忽视了农业、制造业带来的恶果。未来经济的发展，应该是通过科学研究、技术开发等智力劳动推动制造业创新，保证制造业是创造财富的主体。制造业、服务业、智造业三者相互依赖，才能使经济整体健康发展。中国制造业2010年以来已连续11年位居世界第一，占全球比重的近30%。根据中国国民经济的发展轨迹，未来中国经济的发展要依靠高端制造业，而非金融等非实体经济。而制造业无疑是能耗大户，且随着向高端制造业转型升级，碳排放同步降低的难度会越来越大。

　　两方面入手

　　中国石油石化：面对如此严峻的挑战，您认为我国应该如何实现碳达峰、碳中和?

　　金涌：碳达峰、碳中和是未来中国经济增长和转型发展的最大驱动力，绿色低碳转型将是今后全部经济活动的内核。它将成为科学研究、科技创新以及投资、生产、消费等所有经济活动决策的指导思想和重要依据。面对上述的挑战，今后的40年我们一定要理性地、智慧地实现碳中和，平衡生态文明建设与经济社会发展的关系。

　　中国石油石化：对此，您有哪些具体的建议?

　　金涌：我建议，我国可以从两方面入手。

　　一是推进产业结构转型。能耗高、产值低的初级产品要慢慢退出。比如，2019年，美国人均水泥产量0.27吨/人，而中国人均水泥产量1.69吨/人，是美国的6倍;美国人均钢铁产量约0.3吨/人，而中国钢铁产量占世界总产量的50%以上，人均钢铁产量约0.9吨/人，是美国的3倍。这类产业能耗高、产值低，且未来我们并不需要这么多，该淘汰就应该淘汰。

　　随着信息产业、智能产业的发展，5G、互联网等技术的进步，重工业的占比将会数倍下降。实现碳中和，我们要以制造业实现碳中和为主要努力方向，要通过产业结构的改变向高端制造业转型，发展低能耗、高附加值的数字产业、智能产业。

　　二是推进技术进步。2019年，我国火电煤耗306.7G/kWh，而发达国家火电煤耗为270G/kWh;石油加工产生的碳排放，中国为230kg/吨油，而欧洲小于210kg/吨油。通过节能技术的进步，我国约有10%~20%的能耗和碳排放降低空间。

　　双管齐下，科技创新的思路有很多。比如，开展跨学科研究，开发颠覆性技术，比如化学+生物(制药、人造器官)、化学+物理(电池、芯片)、化学+信息(分子炼油等)。推进不同技术间的融合，比如视、听、触觉传感技术与5G、6G量子信息传输技术的融合，提升算力、人工智能水平，发展机器人产业。

　　目前，我国的5G量子信息传递技术、纯电动汽车技术、电池技术、高铁技术已处于世界领先水平，大型工程机械、无人机处于并跑水平，民用航空、人工智能、机器人已有产业基础，芯片、制药等先进技术加快追赶。这些技术的进步、产业的兴起，都将为碳中和的实现做出积极贡献。

　　出路在科技创新

　　中国石油石化：作为科技工作者，您如何看待科技创新对实现碳达峰、碳中和的意义和价值?

　　金涌：我认为，科技创新是实现碳达峰、碳中和的唯一出路。要向生产低能耗、高附加值产品的高端制造业转型，高端材料是基础，需要科技创新来实现。与信息产业配套的高纯试剂、高档光刻胶、封装材料等，与生化产业配套的医药、活体3D打印材料、靶向合成等，与精细化、个性化制造业相关的有机发光半导体、碳纤维、滤膜材料、光电膜、卤化丁基胶、特种聚合物等，同样需要依靠科技创新。此外，生态产业园的建设，需要通过科技创新提升技术，使资源、能源、资金、区域达到最优配置，实现全生命周期清洁、源头污染防治。

　　中国石油石化：就能源行业来说，您认为应该如何通过科技创新实现碳中和?

　　金涌：首先，要通过科技创新实现零碳电力供应。

　　2020年，我国燃煤机组发电量4.8万亿千瓦时，全年消耗标准煤约14.6亿吨，碳排放约为42亿吨，是碳排放大户。一方面要通过技术创新降低燃煤发电的碳排放量，另一方面要发展可再生能源发电。

　　现在风电和光伏发电的成本已经很低。以沙特阿拉伯新建的光伏电站为例，发电成本核算成人民币为每千瓦时8分钱。从质量、经济、技术方面看，风电和太阳能发电都是可行的。通过科技创新，可以进一步降低可再生能源发电的碳排放。例如，风电涡轮叶片原来采用环氧树脂+玻璃纤维材料，使用寿命短、不易回收利用。创新采用热塑性树脂+玻璃纤维，使用寿命延长，且可溶于新鲜单体而再生，抽出纤维再制造。再比如光伏发电，多晶硅材料光电能量转换率在10%~15%，而单晶硅光电能量转换率在20%~25%。目前，实验室正在研究中的砷化镓材料光电能量转换率能达到30%以上。科技创新，无疑将大大降低生产新能源发电相关部件产生的碳排放。

　　风力和太阳能是实现零碳电力供应的重要力量，但缺点是发电不稳定，夜里或者风力不够时就发不出电，因此必须配套储能。2008年，锂离子动力电池应用于电动汽车。10余年来，因为科技创新，实现了装车产品能量密度从100Wh/kg提升到了250Wh/kg。现在储能技术发展很快，方式各异，如化学储能、机械储能、抽水蓄能等等，而且投资火爆。宁德时代研发的方形软包电池质量能量密度304Wh/kg、体积能量密度743Wh/L，已经投入市场。随着可再生能源和储能的发展，再通过智

能电网做传输，即可形成完整的能源供给网络。“可再生+储能”，将是人类未来能源终极解决方案之一。

　　其次，通过科技创新推动化石能源从化石燃料时代转为化石材料时代。

　　现在化石能源在我国能源消费中占据主要位置。而人为二氧化碳排放中，90%来自化石燃料燃烧。我国二氧化碳排放中，燃煤占80%、石油占14%、天然气占4%。要实现碳中和目标，一定是少用甚至不用煤炭、石油等传统能源。未来，应通过科技创新让传统化石能源更多在化工领域发挥作用。

　　石油方面，在传统的炼化技术下，80%的原油变成了汽油、柴油，仅有20%用来制作塑料、橡胶和纤维。到2060年，如果电动汽车在全国普及，创新催化裂化法，走石油材料路线，将使这一比例反过来，即80%的原油用来制作材料、20%用来做燃料。

　　煤炭方面，煤炭的分质利用是一种思路。通过分质，煤炭最终变成半焦和氢气。氢气可以作为碳汇处理二氧化碳;经过加热，半焦也可以成为一种碳汇，生成性质活泼的一氧化碳。一氧化碳可以用来制作酒精，从而用于汽车燃料，甚至塑料、橡胶纤维的使用，实现无机碳向有机碳的转化。现有的煤变油、煤变烯烃甚至乙二醇可能不会受到广泛支持，只有耗能少、碳排放少、收益高的技术才能实现发展。因此，我国需要发展新的技术，提高煤炭的利用率。

　　天然气是很好的碳中和原料，应当分离碳和氢元素。氢是碳汇中的一部分，可以与碳氧化合物反应。碳可以作为还原剂，将二氧化碳还原为用途更广泛的一氧化碳。类似的做法为目前正面临淘汰风险的高耗能企业提供了退出路径，可以帮助它们改造原有技术，减少碳排放，提高能源利用率，降低损失，契合碳中和目标。

　　总的来说，实现碳中和，我们要从学术角度研究，要认识到碳元素和氢元素是对生物、对人类最重要的两个元素。不要惧怕它们，而要进行碳元素和氢元素的自然代谢分析，对社会生态中的碳元素和氢元素重新规划和优化利用。我国要实现碳中和，就必须从现在开始进行合理规划、有序替代，积极创新、循序渐进，与经济发展同步。

　　相信到2060年实现碳中和时，我国将由工业化时代转变为信息化时代，进入可再生能源主导时代、核聚变能源时代、化石材料时代、资源循环利用时代，摆脱能源资源的困扰。

　　责任编辑：陆晓如