中國儲能網(wǎng)訊:碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)下,發(fā)展清潔能源已經(jīng)成為實現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要方面。
《2030年前碳達(dá)峰行動方案》提出,“十四五”期間,煤炭消費增長得到嚴(yán)格控制,新型電力系統(tǒng)加快構(gòu)建;“十五五”期間,清潔低碳安全高效的能源體系初步建立。
“雙碳”目標(biāo)下,未來新能源在能源結(jié)構(gòu)中將會扮演什么樣的角色?傳統(tǒng)化石能源未來的出路在哪里?氫能是否會成為能源結(jié)構(gòu)中重要的一環(huán)?
中國工程院院士、清華大學(xué)化學(xué)科學(xué)與技術(shù)研究院院長金涌表示,化石能源被新能源取代成為發(fā)展的大趨勢。可再生能源加上儲電技術(shù),將是人類未來能源的解決方案。
“氫實際上不適合作為能源,而更適合用于制成材料。氫能的說法并不準(zhǔn)確,它不是嚴(yán)格意義上的二次能源?!苯鹩空J(rèn)為,碳和氫元素等化石能源要重新規(guī)劃利用,氫燃料汽車未來可能不會是主流。
鋰電池是理想的儲能方式
Q:目前我國在實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的過程中面臨哪些挑戰(zhàn)?怎樣實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和“雙碳”目標(biāo)的同步發(fā)展?
金涌:我國主要面臨三種挑戰(zhàn)。第一,我國二氧化碳排放總量大,占世界排放量的三分之一;第二,我國需要在30年之內(nèi)降低碳排放,實現(xiàn)碳達(dá)峰向碳中和的轉(zhuǎn)變;第三,在實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的同時,經(jīng)濟(jì)也要同步發(fā)展。
按照《中國宏觀經(jīng)濟(jì)藍(lán)皮書》的預(yù)測,2050年,我國人均GDP將超過4萬美元,目前水平是1萬美元左右。在實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的關(guān)鍵期,我國的人均GDP要達(dá)到現(xiàn)行水平的4倍。而在能耗方面,2019年,我國萬元GDP能耗約為0.519噸標(biāo)準(zhǔn)煤,同期主流發(fā)達(dá)國家的萬元GDP能耗一般維持在0.1-0.2噸標(biāo)準(zhǔn)煤。既要實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo),又要保持國民經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)定發(fā)展,降低萬元GDP能耗是頭等大事。
具體來看,可以從兩方面入手。
一是技術(shù)進(jìn)步。我們需要考慮所有節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步,目前大概還有10%—20%的余量。
二是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型?,F(xiàn)在全世界的發(fā)展趨勢是,低附加值、初級產(chǎn)品、能耗大產(chǎn)值低的產(chǎn)品逐漸退出市場。未來,我國需要發(fā)展信息、智能、5G等高附加值低能耗產(chǎn)業(yè)。
因此,一方面需要跨學(xué)科發(fā)展,化工與生物、物理、信息結(jié)合;另一方面,形成產(chǎn)業(yè)間的融合,如視、聽、觸覺技術(shù)和量子傳輸技術(shù)、人工智能算術(shù)和機器人技術(shù)等。
Q:未來我國可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中會扮演什么樣的角色?可再生能源的發(fā)展又面臨哪些挑戰(zhàn)?
金涌:現(xiàn)在的光伏和風(fēng)電成本快速下降,光伏一度電的成本接近火電甚至更低。另外,來源于太陽的能量是我們現(xiàn)在用能的三千多倍。但是風(fēng)光電有缺點,不穩(wěn)定,需要儲能。所以現(xiàn)在全世界的共識:可再生能源加上儲電技術(shù),是人類未來能源的解決方案。
目前可再生能源面臨的最大困難是儲電。儲電方式有很多,其中可以移動的、最好的儲電方式是鋰電池。目前我國的鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。
碳和氫元素重新規(guī)劃利用
Q:從化學(xué)技術(shù)的角度看,煤化工行業(yè)在綠色轉(zhuǎn)型中可以做出哪些嘗試?
金涌:中國的煤炭儲量僅占全世界的12%,而美國占24%,美國的人均煤炭擁有量是我國的8倍?,F(xiàn)有的煤變油、煤變烯烴甚至乙二醇可能不會受到廣泛支持,只有耗能少、碳排放少、收益高的技術(shù)才能實現(xiàn)發(fā)展。因此,我國需要發(fā)展新的技術(shù),提高煤炭利用率。我們可以將生物技術(shù)與化工技術(shù)結(jié)合,減少二氧化碳排放量,契合碳中和要求。
煤炭的分質(zhì)利用也是一種思想。通過分質(zhì),煤炭最終變成兩種產(chǎn)品:半焦和氫氣。氫氣可以作為碳匯處理二氧化碳。經(jīng)過加熱,半焦也可以成為一種碳匯,生成性質(zhì)活潑的一氧化碳。一氧化碳可以用來制作酒精,從而用于汽車燃料,甚至塑料、橡膠纖維的使用,實現(xiàn)無機碳向有機碳的轉(zhuǎn)化。
在40年之內(nèi),煤化工可能還會有很多新的技術(shù)出現(xiàn),煤炭由燃料逐漸轉(zhuǎn)向材料。
Q:如何看待未來石油和天然氣的發(fā)展?
金涌:石油方面,在傳統(tǒng)的煉化技術(shù)下,80%的原油最終變成了汽油、柴油,僅有20%用來制作塑料、橡膠和纖維。到2060年,如果電動車在全國普及,這一比例將會顛倒。另外,目前我國的原油中僅有5%用于制作聚乙烯,未來原油使用用途的變化會將更多的碳固定在物質(zhì)中。
從碳中和的角度看,天然氣是很好的碳中和原料,應(yīng)當(dāng)分離碳和氫元素,分別利用兩種元素。氫是碳匯中的一部分,可以與碳氧化合物反應(yīng)。碳可以作為還原劑,將二氧化碳還原為用途更廣泛的一氧化碳。類似的做法為目前正面臨著淘汰風(fēng)險的高耗能企業(yè)提供退出機制,幫助它們改造原有技術(shù),減少碳排放,提高利用率,以降低損失,契合碳中和的目標(biāo)。
未來氫燃料汽車可能不是主流
Q:綠氫在未來能源結(jié)構(gòu)中有什么意義?
金涌:氫燃料電池實際上是在“燒氫”,并且氫在發(fā)電中損失較大。所以,氫實際上不適合作為能源,而更適合用于制成材料。氫能的說法并不準(zhǔn)確,它不是嚴(yán)格意義上的二次能源,將來電動車發(fā)電的主流趨勢是利用鋰電池等其他類型電池。
未來,如果能夠以低成本電解水,綠氫可以代替煤制氫,最終實現(xiàn)二氧化碳零排放。不排除氫在個別領(lǐng)域可能仍然作為燃料,例如潛艇可以使用氫燃料電池,可以在海底保持電量,但主流的還是將氫用作材料。
目前,很多企業(yè)因為國家補貼而發(fā)展氫燃料電池,實際上應(yīng)該大力發(fā)展制作綠氫的技術(shù)。
Q:在目前的情況下,哪些技術(shù)能夠投入商業(yè)化使用,助力碳中和?
金涌:一個技術(shù)成為經(jīng)濟(jì)動力,首先需要滿足三個條件:技術(shù)成熟、可以盈利,低二氧化碳排放量。具體來看,技術(shù)經(jīng)歷了小規(guī)模的實驗室研究到大規(guī)模的化工生產(chǎn),而在這個過程中,技術(shù)人員需要做中間試驗,并說明其在物理、化學(xué)計算機控制、經(jīng)濟(jì)等方面的產(chǎn)業(yè)知識。接著將這些材料形成的“軟件包”遞交至設(shè)計院,最后賣給企業(yè)家,進(jìn)入市場。
整體而言,滿足第一個條件的難度較大。由于中間試驗不提供產(chǎn)品,只提供知識,有的企業(yè)不愿意做,導(dǎo)致很多技術(shù)無法實現(xiàn)商業(yè)化,因而中間試驗常常成為“死亡谷”。因為中間試驗放棄產(chǎn)品投入的行為是不理智的。現(xiàn)在的金融家、各級領(lǐng)導(dǎo)和企業(yè)公司領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)該能夠有智慧辨別不同的科學(xué)家,識別市場價值,具有足夠的眼光投入產(chǎn)業(yè)化。