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四位院士的碳达峰、碳中和之思

2021.01.05 来自:人民政协报

中央经济工作会议明确将“做好碳达峰、碳中和工作”确定为2021年八大重点任务之一。

在“2060年实现碳中和”愿景牵引下,中国能源结构转型按下“加速键”。

作为以煤炭为主、化石能源占很大比重的发展中大国,我国要在10年内实现碳排放达峰、40年内实现碳中和,任务艰巨。如何兑现承诺?四位院士分享了自己的思考。

杜祥琬:实现碳中和要从三个方面努力


“能源转型既是中国的事,也是全球的事。”在中国工程院原副院长、工程院院士、国家能源咨询专家委员会副主任杜祥琬看来,当前,我国正处于能源结构发展第二阶段,化石能源和非化石能源多元发展协调互补,下一步将要继续提高非化石能源比例,依靠电气化、智能化、网络化、低碳化走向以非化石能源为主的能源结构第三阶段。能源的技术进步与破解资源匮乏是能源结构转型的两个驱动力。“改革开放以来,中国能源的快速增长支撑了经济的快速增长,但是粗放的增长、偏重的产业、偏低的能效和高碳的能源结构,使环境问题日趋尖锐。中国转变发展方式和进行能源革命是必然的,是革命性的创新。”杜祥琬如是说。

杜祥琬给出这样一组数据,从国内碳排放来说,电力行业(主要是火电)占41%,交通行业(主要是油品)占28%,建筑和工业大概占31%。“我们要从三个方面降低碳排放、减少化石能源的使用:一是提能效降能耗,尤其是在建筑、交通、工业等领域;二是用非化石能源替代化石能源,在一次能源结构中提高非化石能源,特别是可再生能源比例;三是增加碳汇(利用植物光合作用吸收二氧化碳),主要是森林碳汇,并努力研发碳捕捉技术。”杜祥琬建议。

李灿:不断探寻储能新模式

“有研究显示,用甘肃到新疆戈壁滩不足70%的面积建光伏电站,效率达到10%就可以支撑全国的能源消耗。”全国政协委员、中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员李灿表示,现在面临的问题是如何高效地将太阳能转化为人类可用可储存能源的问题。
李灿表示,现在我国解决西电东输的办法是建设超长的特高压输电线路,但面临成本高等问题。近些年兴起的电解水制氢技术,也面临着氢能储存、运输和加注等许多难题。“我们课题组探索的就是用化学能技术将太阳能变成液体燃料,实现易储易运易用的一条新路,即将绿氢与二氧化碳结合制成液态甲醇。”

为何选择这条技术路线?李灿表示,从储能的量来讲,水分解成氢气和氧气,每吨氢气储量是3.3万度电,然后从二氧化碳到甲醇,每吨甲醇储8000度电,储能效果很好。而甲醇本身就是优良燃料,可以作为汽油使用,这又直接推动了甲醇汽车的应用。

李灿列举了几个数据:每吨甲醇可以转化1.375吨二氧化碳,我国甲醇产能是8000万吨左右,主要从天然气和煤中制取,如果全部采用液态阳光技术生产甲醇,可以吸收上亿吨二氧化碳。如果把可再生资源的发电大量转化成液态阳光甲醇,代替汽油、柴油可以达到减排10亿吨二氧化碳的规模,即大大缓解我国石油进口安全问题,又对碳达峰、碳中和做出了直接贡献。

据悉,大连化物所在兰州新区建成了一套液态阳光合成技术路线实验项目,建成10兆瓦光伏发电站用于电解水制氢,之后进行二氧化碳加氢制甲醇。“这是自然光合作用的翻版。这个过程采用的两个关键技术,解决了大规模高效光伏电解水制氢和高效高选择性二氧化碳加氢制甲醇两大难题,实现了二氧化碳99%转化到甲醇中。既可以解决可再生资源间歇性的问题,解决弃风、弃光、弃水的问题,还可以在特高压输电之外打造另外一个规模化输送能源途径。”李灿表示。

欧阳明高:电动汽车与燃料电池车将发挥重要作用


全国政协常委、中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高认为,能源革命是实现碳达峰、碳中和的一条途径。能源革命最核心的内容是新能源革命。新能源革命的核心是发展可再生能源。

“可再生能源是一个完整的技术体系,不仅需要太阳能、风电,更需要氢能作为能源载体和储能方式配合,形成真正的新能源体系。”在欧阳明高看来,作为未来储能的重要方式——电动汽车与燃料电池车,将发挥重要作用。

据国网测算,如果2040、2050年达到3亿辆电动轿车,车上电池储存的总电量可达200亿度。所以最终储能第一要靠纯电动车电池,第二靠燃料电池车的能源—氢能,可再生能源用氢能实现大规模长周期储能是氢能燃料电池立足的基本点。

“2060年要实现碳中和首先靠能源体系的去碳化,要靠新能源汽车储能,这就是下一步新能源汽车的目标:用新能源汽车带动新能源革命,实现高质量发展。如果把新能源汽车规模化,再把新能源革命带动起来,传统的汽车、能源、化工行业都将发生天翻地覆的变化,真正实现汽车代替马车以来百年未有之大变局。”欧阳明高表示。

张涛:多元化、低碳化、清洁化是能源发展之路


“中国能源挑战来自能源结构的不平衡与碳排放。将更多的可再生资源能源纳入整个能源结构,有利于解决这个问题。从长远来看,通过可再生能源发电制氢实现油气替代,是解决我国能源安全的有效途径。”中国科学院副院长、中科院院士,张家口可再生能源示范区专家咨询委员会主任张涛提出,要积极进行能源技术创新。

在张涛看来,多元化、低碳化、清洁化是能源发展趋势。作为能源应用大国,中国必须多能互补,煤、石油、天然气、水、风、光电热、生物质、核能并举。同时,能源技术创新在能源革命里起到决定性作用,必须摆在能源发展全局的核心位置。

“在碳达峰之前,化石能源仍占主导地位,将与清洁能源多能互补,化石能源的清洁利用是主要方向;碳中和的目的是消减二氧化碳,因此要大力发展光能、电能等可再生能源,但是如果仅仅把光能、风能作为电能、热能使用,对减少二氧化碳排放的作用有限,要将绿氢与二氧化碳结合起来。”张涛表示。

将绿氢与二氧化碳结合有哪些优势?张涛表示,通过风能、光能等可再生能源发电,再通过电解水得到的氢气被称为绿氢,被认为是未来氢能的主要获取方式。目前,氢能本身在存储、运输环节的瓶颈尚未解决。而将绿氢与二氧化碳结合制成液态甲醇,不仅可以解决储运问题,还可中和二氧化碳。这种方式得到的液态甲醇在使用后分解得到的二氧化碳和水成为下一轮循环的载体,是天然的太阳能运输者。“经过长年努力,‘液态阳光甲醇’科研水平有了大幅度提高,为今后绿色甲醇的使用奠定了很好基础。”张涛如是说。

本文来源:人民政协报




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