中国碳中和之路如何走？5位院士畅谈科技创新助力碳中和

撰文｜大蔚

编辑｜凯旋

4月8日，由北京市科协主办、北京科学中心承办的首都科学讲堂推出《五位院士畅谈北京科技创新助力碳中和》专题讲座，为中国碳中和之路“支招儿”。??

01杜琬祥院士：双碳目标的实现，推动可再生能源快速增长

中国工程院院士、中国工程院原副院长杜祥琬的演讲主题是《能源安全与能源转型》。杜祥琬院士指出，我们对于我国目前能源形势的认知具有局限性，要重新认识我国能源资源禀赋，为我国能源转型奠定准确的基础认知。说到我们国家能源资源禀赋，大家认为就是富煤缺油少气这6个字，但是现在这样的认识已经跟不上发展。社会经济可持续发展的需求，双碳目标的实现，牵引着可再生能源快速的增长，而我们国家的自然资源技术能力和成本下降的这种情况，又推动着支撑着可再生能源快速增长。本世纪初太阳能、风能加起来还不到一次能源的1%，可以说是微不足道，现在已经举足轻重。

可再生能源重要特点就是可持续性，资源的可再生性，它是伴随着太阳的存在而自然存在，而它的量值的大小和技术开发能力有关。目前我们国家的水风光生物质等可再生能源的发电装机可以说是世界第一，全国的可再生能源占发电总装机的47.3%，风电光伏的年发电量首次突破了1万亿千瓦时，加上别的可再生能源，可再生能源的发电量达到了2.7万亿千瓦时，占全社会用电量的31.6%，可以说举足轻重。所以丰富的可再生能源资源是我国能源资源禀赋的重要组成部分，要强调我们有丰富的可再生能源资源，这样中央提的先立后破才有落脚点。

而碳达峰、碳中和呼唤的新型能源系统必须逐步满足三个目标——安全可靠、经济可行、绿色低碳。

杜祥琬院士说，解决我国中东部的能源紧缺问题，需要转变等着“西电东送”的思路，要采取“身边取”和“远方来”相结合的方式。“身边取”就是提高中东部的能源自给率，不够的部分再“远方来”，通过“西电东送”的方式解决。东部各省份是节能提效的先行区，是核能发展的优先区，是海上风电、海洋能发展的优势区，同时还可以利用分布式光伏、陆上风电、生物质、地热、工业余热等能源。

最后，杜祥琬院士说，逐步稳步地由以煤为主转向以可再生能源为主，是长远的能源安全之策，也是走向碳中和的必由之路。在当前的情况下，我们要把化石能源和非化石能源协调互补做好，构建新型的能源体系，来统筹当前和长远的能源安全。能源转型是做加法，不是做减法，能源转型是越转越安全，具有长期性兼具性。碳中和是一个重要的里程碑，但它也只是一个里程碑，它不是终点。人类未来社会要靠未来能源来支撑，从未来能源的角度，我们就可以更好的理解双碳目标的意义和历史地位。??

02聂祚仁院士：构建“5+1”的碳中和技术体系，解决碳排放生命周期问题

中国工程院院士，北京工业大学党委副书记、校长聂祚仁的演讲主题是《碳中和科技创新与流程工业生命周期工程理论实践》。聂祚仁院士说，面对日益严峻的资源匮乏与环境污染问题，追求材料产业与资源环境协调，实现可持续发展已经成为全球共识。美国、欧盟这些发达国家的经济发展已经和碳排放脱钩了，而我们国家还是一个正向的依赖，受到一个刚性需求的挑战。

聂祚仁院士指出，经过两年多的研究，从技术体系来讲，我们认识到需要一个“5+1”的碳中和技术体系的构建。首先是要有零碳的能源，这一块是一个大头，包括零碳的电力能源和零碳的非电能源。

另外就是有一个原料燃料过程物质生产的替代，还需要一个复碳的兜底的技术，就是我们说的CCUS和复碳的排放，然后最后还要一个整体应用的集成耦合和应用法的创新。“1”则是指非二氧化碳气体，这样就形成了一个“5+1”的技术体系。

聂祚仁院士认为，这个过程实际上就是一个生命周期工程的思想，要从全过程来考虑这个问题。我们考虑一个问题的时候，要从最原始的从摇篮的产出使用，一直到坟墓的最后的回收的过程，所有的过程都应该考虑进去，这就是生命周期工程完整的理念。

生命周期工程是多专业多领域相融合的工程研究，是一项庞杂的系统工程，更是实现全球可持续发展目标的关键途径。包括算法、软件、多维评价、应用整体体系的推进。他以金隅集团北京琉璃和水泥厂的一条生产线为例，介绍了生命周期工程如何通过平台大数据和工序搭建指标体系。

03倪维斗院士：超级能源生物质燃料为煤电彻底低碳转型提供可能

中国工程院院士、清华大学原副校长倪维斗的演讲主题是《中国煤电低碳转型之路》。倪维斗院士强调，我国火力发电装机容量占比在2022年占到52%，也是二氧化碳排放的主要源头。把煤电搞好，对二氧化碳的减排有很大的作用。要构建以新能源为主体的新型电力系统，这意味着我国的主体能源要从现在的11亿千瓦的装机油温的煤电转换为新的能源动电力，这是电煤电所面临的空前挑战，同时也是个机遇。

他认为，由于太阳能风电和生物质能不可能完全取代煤电，煤电还要辅助协助，让整个可再生能源的发电上网能够运行，所以要不断探索风光电和煤电的协调机制。

“中国煤电低碳转型的路径，第一要务是尽快提高煤电效率，减少耗煤量，很多大型发电机组经过改造后能大幅减少耗煤量。”倪维斗院士说。另一方面，不断增加生物质的用量，通过技术创新，大力发展超级能源生物质燃料。因为生物质燃烧过程当中虽然排放二氧化碳，但是它生长过程当中吸收了大量二氧化碳，如果用生物质来发电，基本上是零排放。中国生物质转化成能源的潜力非常大，据有关专家统计，相当于10亿吨的标准煤。

倪维斗院士介绍，目前我国生物质燃料有新发展，武汉兰多公司用基因改造的办法，在我国境内200多种野生绿植当中选出优秀品种，通过创新基因改良培育出新一代超级芦竹。

据了解，培育出的超级芦竹，其年生长量是热带森林的5倍，玉米的7倍以上，稻谷的15倍以上，一亩地一年可以产出10吨干的生物质能燃料。现在正在开发第二代产品，二代产品要达到每亩地生产出20吨干的生物质燃料。

超级芦竹一年的生长期是优质碳汇，冬天把它割掉就成为优质生物质燃料。国家林草局宣称中国33亿亩森林每年新增加的碳汇有8亿吨，但是，如果种植1亿亩超级芦竹，碳汇就超过10亿吨。我们国家现在有边际土地25亿亩，还有10亿亩盐碱地，荒地也很多。就按每亩5吨干的生物质能源计算，如果有6亿亩边际土地种植，就可以把所有燃煤厂的燃煤顶替掉，有2亿亩种植，就可以顶替现在全国3000亿方天然气用量。

除了直接燃烧替代煤以外，超级芦竹还可以做很多事情。如果热化学转化，它能做甲烷、一氧化碳、氢能生物碳，用来大量制造甲醇为交通工具提供动力，可以解决整个的一体燃料的短缺问题。因此，倪维斗院士认为，超级芦竹为煤电彻底的低碳转型提供了可能。

04费维扬院士：构建低成本、低能耗、安全可靠的CCUS技术体系至关重要

中国科学院院士费维扬演讲的主题是《创新驱动、推进CCUS高质量发展》。费维扬院士认为，CCS/CCUS（碳捕集利用与封存）技术能够实现化石能源大规模低碳利用，促进我国从化石能源为主的能源结构向低碳多元供能体系平稳过渡，在满足减排需求的前提下保障我国能源安全。

费维扬院士指出，我国煤炭占能源消费60%左右，火电占发电量约70%，大量工业生产过程也离不开化石能源。即使实现碳中和，我国也不能完全摆脱化石能源。由于我国的资源禀赋和产业结构的特点，煤电、钢铁水泥等高碳行业的转型升级需要时间,，煤炭等化石能源的使用还会延续相当长的时间。

CCUS技术是化石能源大规模低碳利用的主要途径，是一种战略性新兴技术。他认为，构建低成本、低能耗、安全可靠的技术体系和产业集群可以为实现碳中和的目标提供技术保障。IEA认为全球能源系统可持续发展情景下，到2070年全球实现能源系统净零排放,，CCUS累积需贡献15%的减排潜力，约2400亿吨二氧化碳。

因此，构建低成本、低能耗、安全可靠的CCUS技术体系至关重要，急需加强研究。

05毛新平院士：六大技术路径，系统性实现钢铁工业碳中和

中国工程院院士毛新平的演讲主题是《钢铁工业碳中和愿景和主要技术路径》。碳中和背景下，我国钢铁工业面临巨大挑战。毛新平院士认为，钢铁工业碳中和目标实现的过程，是技术创新能力全面提升的过程，是综合竞争力显著提高的过程，更是实现钢铁大国向钢铁强国迈进的过程。

“钢铁行业实现碳中和六大技术路径中，排在第一位的是系统能效提升，系统能效提升是通过深度节能技术应用与装备升级改造，实现能源精细化管控，余热余能应收尽收，做到全系统极致能效。”毛新平院士强调。

第二，资源循环利用。资源循环利用是将钢铁生产流程产生的固、液、气等二次资源以及社会产生的废钢等二次资源，通过钢铁循环高效再利用，实现资源利用价值最大化，预计减碳15%～20%。这需要我们以钢铁生产为核心，有序统筹钢铁与石化、建材、化工等多产业链协同，建设高效循环利用互为资源化的工业生态圈。

第三，流程优化创新。优化传统工艺流程，多能互补、源荷交互，减少过程能源消耗和金属损耗。

第四，冶炼工艺突破。寻求更多减煤降焦、大幅替代化石资源的冶炼工艺，实现钢铁生产过程的大幅降碳。

第五，产品迭代升级。从钢铁产品设计、使用和全生命周期碳排放评估等入手，通过产品迭代升级，实现更少资源、更久使用，合力构建低碳产业生态圈。最后是CCS和CCUS。

毛新平院士认为，钢铁行业的碳中和是一项系统工程，需要科学制定周密的行动方案，通过系统性工作综合实现。

首都科学讲堂由北京市科协主办，北京科学中心承办，北京科技报社协办。2023年，首都科学讲堂将继续采取定点演讲和流动演讲相结合方式，以北京科学中心为主阵地，广泛协同高校、科研院所、学协会、科技企业、科普场馆等开展活动，以科普高质量发展更好地服务全民科学素质提升，服务国际科技创新中心建设。

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