2022 年 11 月 12 日，" 科普中國 - 我是科學家 " 第 42 期 " 未來進行時 " 現場，中國工程院資深院士、清華大學化學工程系教授金湧帶來演講 《碳中和 2060》。
金湧演講視頻：
以下為金湧演講實錄：
大家好，我是清華大學化工系的老師金湧。
這些年，我們越來越明顯地感覺到地球并不太平，經常出現強台風、強降雨，造成了巨大的生态災難。而且工業革命之後，地球上的氣溫在不斷地增加，随着地球的溫度增加，南極、北極的冰山會化掉，海平面會上升，假如我們不采取辦法，海平面可能上升幾十米，沿海的城市就都會淹沒了。
洪水 | Pixabay
全球變暖的主要原因，是人類不斷地在地底挖煤、石油、天然氣，然後燃燒資源用電，儲存在其中的碳就變成二氧化碳排到天上去了。天上二氧化碳的濃度，從 100 年以前的百萬分之二百多，已經增加到百萬分之四百多了，增加了差不多一倍。
二氧化碳濃度的增加就造成了地球溫度的變化，所以聯合國要求大家解決這個問題。中國在 2020 年承諾，二氧化碳排放到 2030 年要達到高峰，2060 年要實現碳中和，也就是說，沒有絕對的二氧化碳排放了。
中國人要實現碳中和這個目标并不容易，因為中國現在二氧化碳的排放是最多的，占世界 30% 左右，要在很快的時間從排放最多變成零，這是一大挑戰。第二個，減碳還不能影響經濟發展。最近 40 年，我們要把國民經濟提升一倍，從人均 GDP1.2 萬美元提高 4 萬美元以上。經濟發展，當然能耗會大。第三，中國有全世界最大的制造業，我們的制造業相當于英國、法國、德國的總和，等到了 2060 年我們還要保持巨大的制造業，制造業也會造成巨大能耗。
要減碳，同時還不能影響經濟發展 | Pixabay
那麼，這麼多困難，我們可能達到碳中和嗎？答案是，可能。
太陽給地球的能量是非常多的，是人類所需能量的三千倍以上，足以滿足人類的能源需求。而且不隻光能，還有風能、水能等等，都是清潔能源。碳中和以後，我們将主要靠光能、水電和風電，來代替燃燒煤、石油、天然氣。
那麼中國人做得怎麼樣？我們在這方面是領先的，全球最大的十個風電企業，中國占 6-7 個。我們的光伏産業也是世界最大，光伏電池闆的出口量占世界的 74%。
可是這一切來得并不容易。
1979 年，人類發現太陽光可以通過多晶矽轉化成電，轉化效率已經達到了 10%，當時大家都有很高的期望。但要實現産業化風險還是很大，在大家猶豫不決的時候，中國政府發現西北有很好的太陽光照射，而且有很多農村并沒有電，太陽能太适合中國了。于是，在中國政府的推動下，很快就發展了很多的太陽能企業。20 世紀末中國已經有上千家光伏電池企業了。
不過，這個時候中國的技術不好，原料要從國外買，但國外為了卡中國脖子，把多晶矽的價錢一下提高了十倍，而且說未來還要繼續提高，要求中國企業按目前的價格簽長期合同，于是中國企業隻得簽訂昂貴的合同。沒想到，合同簽訂以後，國外又把價格又下降了十倍，導緻很多中國企業的産品在國際市場上一下子沒有了競争力，後來都倒閉了，無法履行合同，還要支付大量的賠款。
這時中國政府出手了，說我們不賣給外國了，我們自己用，就放在西北。在化工人的努力下，我們解決了中國的多晶矽、單晶矽的生産，慢慢地不再依賴外國了，中國的太陽能企業又發展起來了。此時，我們的企業又開始大量出口。
太陽能電池闆 | Wikimedia Commons，Aiseinau / CC BY-SA 4.0 （https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）
但美國人又想了辦法，一下子把進口關稅提高了十倍，導緻出口變難。于是，在政府的支持下，太陽能企業決定在中國繼續發展，幸而中國有很大的太陽能市場。企業繼續發展後，慢慢突破了美國的限制，美國不買，歐洲和其他國家會買。
但這時美國人又說了，太陽能發電是不環保的，會影響生态，因為光電闆會占用地，很多地就不能種莊稼了。後來我們又想了辦法，把太陽能光闆架高，架到 1.5-2 米，底下照樣可以種地。而太陽能光闆過一段時間要清洗一下，清洗的水流到地下正好灌溉莊稼。農業和太陽能發電可以同步發展。
這樣中國的光伏發電就三次受到颠覆，三次又闖過了關。我們的光伏發電技術，在全世界清潔能源技術中都首屈一指，取得了不一般的成就。而且，價格還非常低廉。中國出口給阿拉伯光電廠的光伏，發電成本很低，一度電才賣 1.04 美分，而火電燒煤發電成本是 5 美分，也就是說太陽能發電不但量可以很大，而且經濟上合算了。
我們國家還有很厲害的風電産業，剛剛說到了，全球最大的十家風電企業中，中國企業占了 6~7 家。而且，中國還有很好的風能資源，不僅内陸，沿海風電産能也很高。所以說，人類能源的最終方案不是燒煤，不是燒油，一定是可再生能源。
但是可再生能源有也缺點，太陽能最大的缺點就是夜裡沒有太陽，就沒有電，一塊雲彩一過，馬上發電量就變小了，所以它不穩定。但是人類生活的很多用電需求都要穩定的電源。怎麼辦？
要發展儲電。如果光電和風電可以存儲，那麼就能形成穩定的電網，供應給工業、給日常生活。
中國的儲電技術現在是百花齊放。最大的儲電方法就是化學儲能，也就是電池。現在科學家發現，锂電池是最好的儲電方式，因為它的效率很高，存進去多少電，出來還是多少電。中國锂電池的産量現在也是世界最大，锂電池的發展對我們的未來非常重要。
儲能技術除了锂電池外，還可以用水。山上一個大水庫，山下一個大水庫，利用上下遊的水位落差來發電，需要電的時候山上的水流下來發電。當用電需求不大時，可以再把水抽到高山上儲存起來，等需要用電時，再利用水位落差發電。目前，中國主要的儲電還是依靠抽水蓄能儲電。
三峽大壩 | Flickr, Harald Groven / CC BY-SA 2.0（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/）
還有，壓縮空氣也能儲電。電多的時候，開壓縮機把空氣壓縮到 100 公斤儲存在地下，利用地下的鹽穴儲存壓縮空氣。這個方法不像利用水儲電，選址要求沒有那麼嚴格，不需要山下、山上兩個水庫。空氣壓縮儲電這個方法，中國也研制成功了，中國科學院做成了兆瓦級的壓縮儲能的技術。
利用各種方法儲能，我們就可以打造成一個可再生能源的、穩定的零二氧化碳排放的電力系統。這樣就不用煤電了，不燒煤，二氧化碳排放問題就會小很多。
那麼還有一個問題，就是輸送電。有的地方風電、光電資源豐富，但有的地方資源匮乏，我們要能把電輸送到資源匮乏的地方去才行。值得驕傲的是，中國的輸電技術也是全世界最棒的，我們的超高壓直流輸電，在輸電過程中能耗達到了最低。
除了用電，開車也會産生碳排放。我們每年開車會消耗 7 億噸石油，但是中國的石油産量不到 2 億噸，所以對國外的依存度已經達到 74%。不過，假如能使用锂電池、開電動車，就可以節省石油的利用。中國電動車的發展也非常好，生産能力、銷售能力和保存量都是世界第一。2020 年全世界生産的電動車中國占 40% 多。
開車也會産生碳排放 | Pixabay
那麼，減少碳排放，中國如何保持制造業大國呢？需要研發新的技術，生産附加值高的産品。我們不一定要生産那麼多鋼鐵、水泥，這些産業耗能非常多，而且産值很小。那些高附加值的産品，比如血管支架，幾克就價值幾萬，既減少能耗，還能保障強大的制造業。所以我們一定要大力發展高新産業。
還有一個問題是，如果不使油了、不使煤了，那我們還需要煤、油這些資源嗎？需要，因為煤和油的成分是氫原子和碳原子，碳和氫元素對人類太重要了，所以這些資源還是要利用起來。
傳統的石油業要把石油冶煉，80% 的産品是汽油、柴油、潤滑油，給汽車用，隻有 20% 是生産塑料、橡膠、纖維。将來有電動車不用那麼多油了，石油就可以改換一個用法。清華大學在這方面跟世界最大的煉油廠合作，可以做到使煉油的結果 70%-80% 做塑料、橡膠用，留下 20% 做汽柴煤油，用來開飛機，因為目前飛機還不能電動化。這就是把能源變成材料，也是化工學家目前要做的事情。
油的問題有解決方法了，還有煤。中國是煤炭大國，這些煤炭不燃燒發電，幹什麼使呢？我們可以把煤變成材料，碳就可以留在材料裡，不被排放到空氣中。關于這一點，經過全國科技工作者的合作，通過努力，已經可以用煤來做烯烴、芳烴等高分子化合物，目前是世界做得最好的，産能已經達到了 1300 多萬噸。還有煤制乙二醇、甲醇等等，中國都做的不錯。
可是，還存在一些問題，煤雖然可以做成材料，但在變化過程中二氧化碳的排放太大，一噸烯烴用煤來做，同時要排出來 10 噸的二氧化碳，需要很多的水，而中國也缺水。所以，我們必須再往前走，繼續前行，研究怎麼使煤變成材料，而且二氧化碳排放少，水也使用得少。
另外一個，中國生産了很多的材料，但材料使了以後丢棄，就會造成污染和浪費。有沒有辦法使材料能夠循環利用？我們知道，地球上自然生态是非常科學的：樹可以制造澱粉、油料、各種纖維素，供給動物使用，動物吃了以後，它的排洩物又被細菌分解掉，回歸土壤供給植物用，所以地球上的資源是植物、動物、微生物循環利用的。循環利用既沒有污染，資源也不會匮乏。4 億年以前，地球上經曆寒武紀以後，就形成了這個自然的生态系統。人類也應該學習這個系統，讓物質能循環地利用。
人類也應該學習生态系統，讓物質能循環地利用 | Pixabay
我們應該承認，中國雖然地大可是并不物博，大量的資源，比如煉鋼，主要原材料礦石要從外國進口。現在要做锂電池，锂資源也要進口。假如能夠循環利用了，就不會對外國的資源能源依賴了。
我們解決了能源問題、解決了資源問題，中國的發展可能将是無窮的。
謝謝大家！
金湧 | 作者供圖
策劃 / 監制：吳歐
作者：金湧
