院士专访 | 金涌：“碳中和”是中国转型的巨大驱动力

原标题：“碳中和”是中国转型的巨大驱动力——专访中国工程院院士、清华大学化学工程系金涌教授

◎郑挺颖  于宝源  陈北斗    ◎实习生  宋潇阳

“碳中和”是环境问题，更是发展问题。在“碳中和”的大背景下，化工行业路在何方？如何实现产业转型与能源转型？

《环境与生活》记者专访中国工程院院士、清华大学化工科学与技术研究院院长、博士生导师金涌教授，请他分享一个资深化工科学家对“碳中和”的理解与思考。金涌院士认为，化工行业未来应该实现低碳转型，变“化石燃料”为“化石材料”——

图｜2021年6月23日，中国工程院院士、清华大学化学工程系金涌教授接受《环境与生活》杂志记者采访。    于宝源   摄影

“碳中和”是中国发展的必然需求

《环境与生活》：在我国提出了2030年碳达峰，2060年碳中和的“双碳”目标之后，各行各业对此都极为重视。作为化学工程科研领域的领军人物，您深耕化工行业数十年，对“双碳”目标和化工行业的未来有着远远超越这个时代的理解和认识，请问在迈向碳中和的大背景下，化工行业应该如何转型？化工行业可持续发展的路该怎么走？

金涌：咱们就说说碳中和，去年联合国大会上，有121个国家提出要2050年达到碳中和，这当然是对中国有压力的。我国在提出构建人类命运共同体的前提下，也坚持了自己的原则，也就是说应对气候变化问题，大家都有责任，责任是共同但有区别的。所以，我国提出了“争取在2060年前实现碳中和”的目标。

图｜2016年9月24-25日，金涌院士出席“第十八届中国科协年会”并在第八分会场作主旨报告。

那么，我国为什么要做这个事，并且作为全国的一个重大发展目标呢？事实上这和我国自身的发展需求也有关系。我觉得，我国制定“双碳”目标，一方面是应对来自西方国家的压力，另一方面也是我国发展到了目前的阶段，不得不做的。中国现在发展最大的矛盾就是能源短缺，资源不够，加上环境恶化。我国现在74%的石油是从国外进口，差不多40%至50%的天然气进口，铁矿石80%进口。我国在资源和能源上，如果还想进一步发展，就会受到这些方面的制约。

“碳中和”是环境问题，更是发展问题

《环境与生活》：对于碳中和目标，目前似乎存在着两派观点，其中一派认为实现碳中和目标需要消耗大量的财力物力，这将会是十分困难的；另一派认为，我国现在已经具有足够的技术和经济实力，因此实现碳中和将是水到渠成。那么，您认为我国实现这一目标的难度如何？

金涌：我国现在要从工业化社会变成信息化社会，就必须解决我国的资源问题、能源问题、环境问题。在这种情况下，我国正好以碳中和作为一个巨大的驱动力，来驱动中国的转型。所以说，碳中和是中国必须做的，我觉得我国通过中国人的财富、才能，是完全可以做到的，是可以解决这些问题的，我国是有自己的发展目标和任务的。

因此我国提出碳达峰、碳中和的目标，要知道我国现在是全世界碳排放量最大的国家，排放全球近1/3的二氧化碳。我国从碳达峰到碳中和只有30年时间，这是非常短的时间。世界上其他一些国家，从碳达峰到2050年碳中和，像英国是接近80年，美国也有40多年。我国要想很快地把这么大的二氧化碳排放量，降到碳中和的目标，困难还是很大的。

图｜第十届全国人大常委会副委员长顾秀莲为金涌院士颁发“十二五”十佳人物奖

与此同时，我国还承诺到2050年，中国要从小康达到发达国家水平，要进入发达国家行列。发达国家最大的指标，就是人均GDP。像美国等发达国家，人均GDP能到四五万美元，我国目前的人均GDP是一万美元。在这个过程中，我国不光需要减少排放，还要提高GDP，中高速经济发展同步进行，这就比较困难了。可是还不能不做。碳中和绝对不是一个单纯的能源问题或气候变化问题，而是一个深刻、广泛的经济社会系统变革，是涉及全社会的事，是一个非常非常大的目标。也可以说，碳中和将会是主导中国经济增长和转型的最大驱动力，也是我国以后经济活动最核心的部分之一。将来，我国无论科学研究、技术开发、投资、生产、消费，一直到物流、循环利用，全部决策都需要以此作为依据。因此我觉得，我国对碳中和的目标，要从一个比较高的角度来认识，不要以为就是解决一点环境问题，不是这样的。我国和美国人的想法是完全不同的。

《环境与生活》：也有观点认为，中央是想以此为抓手，统筹整个社会的变革

金涌：对，因为是一个整体的社会变革，如果达成目标，我国就真正做到了可持续发展，我国就不会再有对国外的能源的依赖。大部分资源我国能通过循环经济解决，这样的话，中国就真正做到了可持续发展，相应的，污染也减少了。

图｜金涌接受媒体采访

《环境与生活》：通过您的介绍，我国对“双碳”目标也有了一个更加深刻的认识。您认为，我国后续将需要在哪些方向做出更多努力？

金涌：我觉得首先我国需要对碳达峰、碳中和的真正的内涵、高度，有正确的认识。不能一上来就说是应对气候变化的问题。

相应的，我国的经济和社会还想继续发展，就必须找到可再生能源代替化石能源。这是我想说的第一点，也就是高度的问题。我想谈的第二点，是我国需要怎么做。按人口学家的统计，到2060年，我国的人口预计还会稳定在14亿左右。也许有可能会变少，但是可以肯定不会出现大幅度增加了。我国和发达国家的水平差在哪里？我想就是万元GDP能耗，也就是每生产1万元的产值消耗多少能量。这是目前我国和外国相比，存在的最大问题。日本和美国这些发达国家，每生产1万元产值，大概需要消耗不到0.2吨标准煤。我国目前是接近0.5吨。我国每生产1万元GDP，消耗的能源太多。所以，我国必须把每万元GDP能耗降下来，也要降到0.1吨这个级别。

产业转型与能源转型，是目前最大需求

《环境与生活》：的确如您所说，2020年，我国的GDP首次突破百万亿元人民币，位列世界第二。但是，我国的人均GDP水平还是相对较低。

金涌：为什么我国的每万元GDP能耗和发达国家有如此大的差距？根本问题在于产业结构，当然服务业少也是原因之一。改变产业结构非常重要，但是，我国也不会因此放弃制造业，因为中国是世界制造业第一大国。因此我国要发展高端制造业，向着高质量发展。

我国现在存在很多产品价值低，但二氧化碳排放量大，并且能耗很大的产业。比如钢铁，我国2019年生产了12亿吨钢，占全球钢年产量的一半。按人均产量来算，是美国的3倍。水泥就更是如此了，我国的水泥产量占全世界70%，人均水泥生产量是美国的6倍。但是问题就来了，我国未来还会再建这么多高速公路或楼房吗？我国进入了信息化社会，产业就要发生很大变化，所以在这40年之内，可能我国会逐渐将一些产业淘汰，尤其是一些高耗能低产出的行业，要有序地退出，然后用先进的、高端的、耗能少、产值高的行业代替。这样就有机会把我国的每万元GDP能耗也降到0.1吨左右，这是完全可能实现的。所以，这将会是全行业要面临的情况。我国要从工业化社会，变成信息化社会，这样才有可能真正实现碳中和。要想经济发展和减少碳排放同时实现，就需要全社会的共同努力。

图｜金涌院士（右二）荣获清华大学2017年度突出贡献奖

我国还需要消费拉动，比如说现在中国的高端化妆品大多数依靠进口，其实化妆品就是我刚才提到的高附加值、低能耗产品。那我国为什么不可以打造我们自己的高端化妆品？现在，我国每年进口的化妆品约有4000亿元，要是再算上那些在国外旅游购买或者代购的，几年以后很快就会达到1万亿元。相比起来，我国每年进口石油也就只有两三万亿元。随着我国加大在化妆品方面的研究力度，会慢慢拥有自己的高端化妆品，拥有一定的话语权，我国就会把这一部分市场慢慢夺回来。

接着就是产业转型，现在我国的能源，基本都是把煤、油、天然气直接烧掉，燃烧就会产生二氧化碳。不烧不就没有二氧化碳了吗？可就目前的情况来看，不烧就没有能源了。化石能源是推动此前三次工业革命的主要力量，现在我国需要让化石能源逐渐退出，如果不烧，自然就不会有二氧化碳排放。

那么，能源问题怎么解决？我国提出碳中和目标的一个先决条件，就是我国的光伏发电和风电产业发展很好。在光伏发电和风电发展了十多年后的今天，其发电成本已经大幅下降。现在光电、风电与火电相比，每发一度电的经济成本，已经基本相近。我国的技术已经到了这种程度，并且在这方面是领先的。我国的光电、风电发展非常好，而且现在产量、产值都是世界第一。我国完全可以建设光电风电的发电装置来代替火力发电，也就是不用烧（燃料）了。中国的风力发电占全世界的1/3到1/4。中国出口的光电用硅板，产量占全世界70%。

图｜金涌院士（左一）在苏联留学时期与同学合影

另外就是电动车，我国电动车保有量约为500多万辆，也是全世界第一，当然占比还很小。电动车在未来也会成为拉动经济的重要力量。美国就很害怕，6月初美国总统拜登在“汽车城”底特律市发表演讲，说中国在电动车领域超过了美国，无论产量、市场和电池，都比美国做得好。为了赶上中国，拜登公开承诺将会投入1700亿美元补贴美国的电动车产业。

我国现在是有条件利用新的可再生能源代替火电了，技术问题都解决了，经济问题也接近解决，那么我国的环境当然会更好。以后，我国发展经济就需要考虑技术可行、经济合算、二氧化碳排放量低，这是与今后的发展吻合的。这些都是先决条件，如果没有这些条件，碳中和自然不可能实现，我国正是因为有了这些良好的基础，才有了现在的目标。

从“化石燃料”到“化石材料”

《环境与生活》：作为深耕化工行业几十年的专家，您对我国化工行业现状有着准确、全面、清醒、超前的认识。您认为在“双碳”目标提出后，我国的化工领域会受到哪些影响？同时基于您刚刚提到的产业结构转型，您认为化工行业后续的发展方向是什么？

金涌：回到化工行业的话题，既然我国未来不烧化石燃料了，那用它做什么？首先就是石油，将来我国的汽车绝大多数会被电动车代替。这不会是十分遥远的未来，现在欧盟一些国家已经计划2030年后不再生产汽油车，而是全部变为电动车，那么传统炼油产业肯定要逐渐退出市场。相应的，要把石油做成材料，而不是变成汽油、柴油、煤油。现在，我国的传统炼油技术，80%的石油都变成了汽油、柴油、煤油，20%是石脑油。石脑油裂解再制成烯烃、芳烃。

我认为，今后这种技术路线将会改变，石油化工企业将会改变结构，不再生产燃料，而是生产材料，比如说橡胶、纤维或其他高端材料、涂料。这种转型就是石油化工的发展方向，现在已经成为全球共识。国外的一些企业已经开始着手布局这种转型，比如欧洲的道达尔公司，就要把石油的利润占比逐渐减少，现在占50%，将来要减少到30%，同时要大量发展新产业，也就是石油材料。这也是我们清华大学化工系目前的主要任务之一，现在我们的实验室在研究把石油制成材料，我们也有相关的研究基础，在十多年前就开展了这方面的研究。

图｜金涌院士

《环境与生活》：您当时为什么会想到以此作为研究方向？

金涌：当时的环境问题和能源问题并不像现在这么尖锐，但是我们作为科学研究者，意识到了炼油技术存在的问题。炼油最重要的第一步就是催化裂化，这个步骤决定了汽油、柴油、煤油和石脑油的占比。现在使用的反应器，是催化剂和石油气从下向上走，也就是上行床。我们研究的反应器与之相反，是下行床，也就是从上往下走，我们在10年前就已经做了年产15万吨的实验，证明了下行床可以大幅度提高石脑油的占比。我们在济南炼油厂利用厂区废弃的设备进行改造，完成了实验。通过实验证明，改进的下行床可以把石脑油的占比提高到70%。

图｜金涌院士作主题报告

有了石脑油，我们就可以生产三烯三苯，也就是乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二甲苯。就可以生产非常多的化工产品，可以说所有的石化产品，原料都是三烯三苯。有了这些，我们就可以生产各种高分子材料。我们不再把石油烧掉，而是把碳都留在了材料中，碳对人类是非常重要的物质，碳并不坏，只是不应该让它变成温室气体跑到天上去。所以石油总的发展方向，就是从燃料变成材料，这也是我国化工企业今后的发展方向，一方面我国不再烧石油了，减少二氧化碳排放；另一方面，企业转型为石油材料制造商，也避免了企业的损失。

《环境与生活》：那煤炭何去何从？煤炭最好的出路是什么？

金涌：最难的就是煤，煤燃烧是现在二氧化碳排放的大户。如果我们不烧煤，用它做什么？煤化工显然不是最好的选择，我国之前从事了很多年的MTO（醇制烯烃）和“煤变油”研究，我国的煤化工产量已经达到千万吨级了，过去因为油价很高，所以还有价值。但是继续发展下去，随着全球对石油的需求量越来越小，煤化工的问题也就凸显出来，一是经济效益差，二是二氧化碳排放高，因此我认为传统的煤化工技术，都将慢慢淡出市场。

那么，煤最好的出路是什么？我国需要在这方面研发出具有颠覆性的技术。事实上中国的煤资源并不多，煤储量只有美国的一半，而人口数是美国的4倍，这样算下来，美国的人均煤储量是中国的8倍。中国的煤储量只占全世界的12%，因此我国其实也不能大肆浪费煤资源。

图｜金涌院士在会议上发表演讲

除了需要在未来探寻颠覆性的技术外，目前我们已知的最佳利用途径，也就是煤的分质利用。煤不是单纯的碳，煤中的碳氢比是1比0.8，也就是每10个碳原子，伴有8个氢分子，如果用煤当燃料，就相当于把氢也一起烧掉了。

如果我们在烧之前，就先把碳、氢分开，也就是所谓的蓝碳技术，现在我国在这方面做得很好，但也有一些最终的技术问题没解决。这不是单纯的煤制氢技术，煤制氢技术每制造1吨氢气需要排放11吨二氧化碳，从碳中和的角度来看，煤制氢技术是要被淘汰的。

煤的分质利用，是把煤所含的碳变成焦炭或半焦，把氢拿出来利用。这些比煤热值还高的半焦，可以用于火力发电，推动蒸汽轮机，同时利用分出来的碳氢化合物挥发部分，喷在半焦发电烟道气中，再点燃一次，推动燃气轮机，这个技术就是燃气轮机-蒸汽轮机联合循环发电，这种技术的能量转化率可以达到60%，远高于传统火力发电的45%。这样一来，煤的利用率就提高了，相应的经济价值也提高了。同时，联合循环发电中的燃气轮机可以随时启停，因此也可用于调峰发电。我认为，在未来大量使用光伏发电和风力发电之后，火电的生存空间，就是用于调峰发电。

图｜金涌院士出席2019（第九届）能源高层对话并发表演讲

那下一个问题就是，我们将煤分质利用后，这些半焦要如何处理？如果用来烧，还是会产生二氧化碳，所以我们也为半焦找到了出路。碳本身也是还原剂，如果把半焦加热到一定温度，碰到二氧化碳，就会把二氧化碳还原成一氧化碳。这是我们目前正在研究的项目之一，通过这种还原，半焦就不再产生二氧化碳，反而是能将二氧化碳还原为一氧化碳的还原剂，这就成为二氧化碳减排的物质了。二氧化碳还原是吸热的，那我们同时再将一部分半焦烧掉，加入少量氧气使燃烧放热的同时，生成一氧化碳。一氧化碳可以用来制造很多的化工产品。我想这就是煤今后的出路。

《环境与生活》：再就是天然气，我国要如何处理天然气才能与碳中和的目标相吻合？

金涌：目前，我们对天然气的利用存在问题，我们把天然气用来做饭，也就是民用。举例来说，我们把一壶水放在燃气灶上烧，天然气中的热量有多少进入水壶了？其实只有30%至40%，其他的热能都加热空气了，这个利用率是很低的。如果用电加热水壶烧水，热能的利用率可以达到90%以上。所以，我认为以后的家庭将会电气化，应该把天然气用于工业。现在，我国的情况正好相反，禁止工业使用天然气，这是不符合碳中和原则的。美国电气化的家庭约占50%，欧洲一些国家已经逐渐开始禁止天然气入户了。天然气更适合用于工业生产，天然气（CH4）中每有1个碳原子，就有4个氢原子，是最好的制氢原料。很多国家都利用天然气制氢，只有中国是煤制氢，当然这也是因为我国的天然气储量很小。总的来说，未来的天然气将与工业结合，要把煤分质利用产生的一氧化碳与天然气结合，也将大幅度减少二氧化碳排放。

图｜金涌院士出席会议

总而言之，我国化石能源的煤、石油、天然气，都需要其相应的产业慢慢转型，这种转型将会为二氧化碳减排做出巨大贡献。除了化石能源转型之外，利用其他的可再生能源也有助于减排。首先是生物技术，生物是利用太阳能最好的方法之一，目前比较有机会产业化的就是微藻利用，微藻在干燥后，以甘油三酯的形式固定光合作用产物，含油率可达50%至60%，并且藻类可以在海水中生长，生长速度和阳光利用率是陆生植物的4至5倍，这是生物代替化石能源的重要途径。

《环境与生活》：目前，我国有藻类制油的项目落地吗？

金涌：我国的新奥集团就有这种阳光微藻转化器，在温室中搭建玻璃管道，管道内通入海水，加入二氧化碳和藻类，在流动过程中藻类就会快速生长，成品的藻类形态就像黄酱一样。不过，目前产业化还存在一定困难，因为成品藻类的含水率在90%以上，干燥需要大量热量，如果用烧煤干燥，消耗的热能比藻类产生的能量要高出很多。现在也在研究如何不经过干燥，直接将藻类生成的能量提取出来，也就是不干燥直接把油拿出来，但是目前这项技术还没有打通。日晒是不行的，因为如果遇到阴天，藻类很容易变质腐烂，所以这方面的技术还得继续探索。

图｜金涌院士出席座谈会

《环境与生活》：沼气、生物乙醇这些还有生存空间吗？

金涌：我国有很多的秸秆、人畜粪便可以进一步利用，也就是生产沼气。关于沼气，我认为沼气不能一家一户去做，而是要以村为单位，一个村设置一两个沼气站，由专人或公司负责，维持沼气的高产。这可以解决农村的能源使用问题，并且制沼气的副产物——沼渣沼液可以用做肥料。

另外，有人说种树可以解决二氧化碳排放问题，其实并非如此。首先，如果要通过植树吸收人类活动排放的二氧化碳，需要的植被数量是非常大的。其次，植物在白天通过光合作用吸收二氧化碳，固定碳元素，到夜间还要排放二氧化碳。同时，树木落叶腐烂会产生大量甲烷，其温室效应比二氧化碳还要高得多。对于这些落叶、农作物秸秆，我们也要将其碳化，做成生物炭。有一个企业叫三聚环保，他们把秸秆制成了具有多孔结构的生物炭，将这种生物炭投入土地可以保水、改良土壤，或使化肥缓释。

图｜金涌院士深入企业开展调研

另外就是生物乙醇。美国的乙醇汽油技术比较成熟，因为他们的粮食有富余，在粮价下跌时，为了稳定粮价，就把粮食做成乙醇。美国的乙醇产量可以达到4000万吨/年，全部用于代替石油。巴西的乙醇产量是2000万吨/年。巴西有很多制糖副产物，也就是糖蜜，是不可以食用的，但它是非常好的发酵原料。

我国没有那么多富余的粮食用来制乙醇，我国目前主要是利用废粮制乙醇，乙醇产量为300万吨/年。事实上，我国的乙醇需求量是每年1500万至2000万吨。我国没有多余的粮食，用什么来做？煤可以制醇，但是工艺路线很长，经济效益一般。

目前，在首钢曹妃甸地区还有一个乙醇生产线，是利用一氧化碳作为碳源，来发酵生产乙醇。目前，已经建成了4.5万吨/年的装置，同时副产5000吨/年的生物蛋白饲料，具有很好的经济效益。这样的话，我国不用粮食，不排放二氧化碳，就可以生产乙醇，所需要的一氧化碳，可以通过煤来生产。

这样的话，整个过程就接上了，形成了一个产业链，这一套产业链中的二氧化碳排放量非常低。

煤，我们把它分质利用制成半焦和氢气。

焦炭，我国把它作为还原剂，将二氧化碳还原成一氧化碳。

一氧化碳，我们用它来制乙醇。

乙醇，脱水后就是乙烯，再聚合后就是丁二烯。

这样的话，作为我国储量最高的化石能源，煤就有了新的利用方式，在不排二氧化碳的同时，产生了可用于制作材料的新资源。这就是我们对于煤、石油、天然气、生物技术的整体规划，在实现碳中和目标的过程中，这些都是十分重要的，既解决了二氧化碳的排放，同时也为它们找到了新的用途。

能源结构的调整需要因性而谋、因势而定

《环境与生活》：关于可再生能源的问题，我们注意到您也曾提出生物质能和微藻产油等新能源技术，能否请您向大家详细介绍这些新技术目前的发展状况？

金涌：我们先从电力说起，现在我们的技术已经可以让光电风电的成本与火电持平了，但光电、风电仍然存在一个很大的缺点，就是不稳定性，所以必须有储能装置。只有让光电、风电平稳，不波动，才能组成智能电网，储能装置的作用就在于此。因此现在电力发展的关键，就是解决储能问题。太阳辐射到地球的能量，是目前人类所需总能量的3000倍，中国有很好的条件，很多地区都适宜发展光电和风电。对于光电和风电来说，技术有了，条件也有了，关键就是蓄电设备。目前，使用最多的蓄电设施，约占70%以上，就是利用水建立水库，用多余的电把水抽到上游，需要电力时放水推动发电。但是，仅靠这一种方式显然是不行的，我们还需要开发更多的方式储电。

图｜金涌院士在《探索化学化工未来世界》首发仪式现场

目前，清华大学在储能领域的主要攻关方向是电动车，电动车需要电池，现在的锂电池大部分问题都已经解决，剩下的小问题我相信慢慢都会解决，比如说储电能力不够，充一次电只能跑两三百公里。随着锂硫电池的发展，国内已经形成产业化，充一次电可以跑800公里，续航问题解决了。有的人说锂硫电池容易着火，现在这个问题也已经解决。将来，我国的所有交通都可以电气化，不用烧油了，因此就需要大量的储电设备。当然，制造电池的门槛很高，我们做化工的人不做电池，但我们可以为电池提供材料，有了更好的材料，才能做出更好的电池。我们现在已经产业化的，一个是纳米碳管材料，将石墨烯与纳米碳管结合，形成立体的结构，我们称为石墨烯和纳米碳管的杂化，这种碳材料是非常好的锂电池正极材料。我们把产品出售给其他国家，并弄清楚其用途。他们将这种材料和离子液体混合，压入多孔的泡沫铝中，就做成了锂电池的正极材料。于是，我们也研究制作出多孔的泡沫铝材料，用于生产电池。比起传统材料，我们的材料拥有更好的储电能力。现在这项技术也正在产业化，相信很快就能看到这种材料最终的效益。这是比较成功的，已经产业化的材料。同时，我们也在着手研发一些新的技术，比如说固体电解质。固体电解质制成电池的安全性很高，因为其内部不存在有机材料，不会着火。

图｜金涌院士在实验室

我们非常看好锂电池的发展，一方面是电动车可以代替燃油车减少碳排放。另一方面，电池本身就是储电设备。我国现在机动车保有量是2.5亿辆，假设在未来，其中的1亿辆变成了电动车，在夜间不使用时充电，那这1亿辆电动车就成了储电设备，充当了调峰的角色。所以，我也设想，今后的电动车不再搭配销售电池，而是将电池出租，或变为换电池的形式。电动车没电了，可以直接到电站充电或换电池。同时，电站与电网相结合，集中给电池充电，这就起到了储能和调峰的作用。现在，国家也正在积极策划这方面的行动，当然对于目前的电动车保有量来说，还不足以实现，但就发展而言，这绝对是一个一举两得的措施。如果是建立大量大型的调峰电厂，将会耗费巨大的经济成本。

《环境与生活》：有人说现在的锂电池虽然有调峰的作用，但经过多次的充放电后，电池的储电能力会明显下降。同时，全球锂矿的储量是否能支持如此大量的锂电池生产？

金涌：锂电池需要经过几万次的充放电才会有显著的影响，并且现在锂电池可以回收，这方面的技术也已经解决了。废旧的锂电池可以用于制造新的电池。

至于全球锂矿的储量是否能支持如此大量的锂电池生产，我认为现在还不需要把这些因素作为顾虑。除了锂电池之外，现在研究人员还在研究钠电池，还有空气电池。电池的发展有很多渠道，锂电池仅仅是第一个突破。后续肯定会有很多新的技术投入使用。

《环境与生活》：关于氢能，以及相对应的氢燃料电池，我们也注意到您一直都持有保留态度，能否请您详细说明一下？

金涌：我们做化工的人，舍不得把氢拿来烧掉。氢燃料电池本质上不是储电设备，而是烧氢气的，它是通过电化学反应，把氢和氧烧成水，同时产生电能。我们好不容易得到了氢，它有很多种用途来降低二氧化碳排放，为什么要把它烧掉？

更关键的问题在于，现在全世界还没有电解水制氢的大型工厂，因为没有任何的经济效益。电解水制氢，能源的利用率只有30%左右，即使今后利用率可以提高，也不会超过60%。同时，氢到了燃料电池中再重新转化为电能，目前转化率的目标是50%，我想以后最多也就是60%。也就是说，用电制氢气，能量就先少了一半，再把氢转化成电，就又少了一半，即使是理想状态下，60%乘60%，最终的利用率只有36%。电网中的一度电，最后到氢燃料电池释放出来，就只剩下1/3，这样的利用率太低了。有的人可能会说没关系，因为太阳能是取之不尽的。但我们还要考虑设备投入的成本，以及使用的成本。

事实上，我们非常需要氢，非常愿意生产氢，因为我们可以用氢把二氧化碳还原回来。氢气是一个好东西，比如美国人就提出了“氢经济时代”的概念，而不是“氢燃料时代”。氢是非常重要的，但不是用来烧的，这是两个不同的概念。氢太宝贵了，它可以解决碳排放的问题，可以用来做很多合成。氢气对化学家非常宝贵，我们不愿意把它烧掉，从另一个角度来说，氢烧掉的利用率太低，没有经济效益。日本人愿意烧氢，是因为他们进口的天然气多，天然气中每有1个碳原子就有4个氢原子，他们的氢是富余的。同样，美国也不愿意，他们很早就不做氢燃料电池了，因为美国的能源结构和中国类似。所以，现在炒作氢燃料电池概念的只有日本，因为他们研究的时间很长，想把这个技术卖给中国，但我认为这是个大坑。

从我的认知看来，氢燃料电池汽车是没有出路的。氢气不好储存，不便于运输，容易泄漏，还有爆炸的风险。如果说有一个地下停车场，几百辆氢燃料汽车在里面停着，有一辆车的氢漏了，积累到一定浓度会发生爆炸，那这几百辆车就全都要爆炸了。现在有800公斤的压力瓶放在车里储存氢气，如果全中国几亿辆车都带着压力瓶到处跑，你害怕不害怕？即使有一个爆炸，都是很大的事故，要是遇到连环交通事故，那更是不得了。所以，我认为这是不可靠的，不安全的。从能量上来看，利用率低没有经济效益，从安全性上看，缺乏可靠性。我们不谈氢气的性质，单说压力罐如果出现问题，气体膨胀发生爆炸也十分危险。

当然，氢燃料电池真的就完全没用吗？我想也并非如此。比如说潜艇、轮船、飞机，这些大型运输工具想用锂电池显然是不可能的，因为锂电池很重。这些大型运输工具的电气化，我想还是要用氢燃料电池。还有就是煤矿中的矿车，因为要装载大量的货物，并且矿车本身较重，如果再使用锂电池，就会存在很多问题。因此我认为，氢燃料电池在一些特殊情况下、特殊的场景中，比如说需要长距离或重载的交通运输中，有很好的应用前景。目前，锂电池与氢燃料电池相比，单位重量储存的电量还远远不够，如果进行长距离运输，显然不如氢有优势。我想在未来，一些大型车辆，或是轮船，都有机会变为氢燃料电池供能。

图｜金涌指导青年学者进行研究工作

“碳中和”需要全民参与

《环境与生活》：“碳中和”与我们的生活息息相关。那么，在普通人的生活中，碳中和除了带来电动车之类的改变，还有哪些也会随之改变？

金涌：到了碳中和的那一天，我们发电就不再使用火电了，交通也要做到零碳排放。那么，下一个大量消耗能源、排放二氧化碳的就是住房问题。现在的人们都追求舒适的居住环境，这就涉及供热取暖的问题，也就是建筑节能。中国的二氧化碳排放，有近20%是人居产生的，包括供热、制冷，这也是未来需要解决的问题。当然，外国人在这方面也有很多成熟的技术，有一些建筑物已经做到能源完全自供。前一阵我去万通地产，他们就在发展地源热泵技术，利用地球本身的热能取暖。另外，就是保温建筑材料，还有利用工厂的废热供暖，这些技术目前整体发展都比较完善，在国际上也有先例。德国人在这方面做得最好，在建筑节能方面有相应的标准，也就是房子要达到居住舒适的标准，冬天取暖夏天制冷，每平方米建筑面积的耗能不能超过7升柴油/年，他们把这个叫做“7升房”。目前，德国的建筑水平可以达到3升柴油/年。中国的一些老房子，可能每平方米20升柴油/年都不止。因此，我国在这方面如果能有所进步，相应的二氧化碳排放量就可以有很大的下降。这方面的市场商机也很大，万通就在生产泡沫材料，之后新建的建筑将会使用泡沫材料作为隔热层。因为泡沫材料不导热，室内的温度不容易受到室外影响，也就是冬暖夏凉。未来的建筑表面还可以设置光伏发电材料，真正实现建筑物的用电自给自足。在这方面国外的一些成功经验，我们都可以参考学习。

最后一点就是全民参与。联合国早就提出了全民参与的概念，环境与我们每个人都有关系，因此大家都需要节能。联合国发布过一个核算表，里面列出的很多数据很有意思，比如洗完衣服不甩干，而是自然晾干，每人每天就可以少排放2.3公斤的二氧化碳；不使用白炽灯，而使用荧光灯或LED灯；到室外慢跑而不使用跑步机……我说这些就是想说明，低碳环保需要全民参与，我们生活中每一个细节的改变都有助于减排。

所以，将来中国实现碳中和，会有几个时代的变化。

第一，我国要把工业化时代，变成信息化时代，这是需要全民参加的。信息化时代、智能化时代、数字化时代，这种时代的变革会同时发生。

第二，目前的“化石能源时代”，将会变成“可再生能源时代”，这不是说我们的化石能源已经用完了，而是发展带来的变化，就好像石器时代发展到青铜时代，也不是因为石头用完了，而是因为有了炼铜技术。我们现在已经拥有了技术，那么时代的更迭就是必然的，这是很了不起的变化。当然，我还没提到核能，如果核聚变能源能投入使用，那我们之前说的那些新能源都不算什么了，就要完全变成“核能时代”了。

第三，“化石燃料时代”变成“化石材料时代”，我国要把这些化石资源进行更加科学合理的应用。

第四，就是进入到“循环经济时代”。

只有真正实现了这四个时代的变迁，才能真正做到碳中和。

图｜金涌院士

【人物百科】

金涌

金涌，83岁，清华大学化学工程系教授，中国工程院院士。他是国际公认流态化、反应工程领域的领军人物、循环经济领域相关学科发展与实践推动的先驱者之一。他的科研成果获4项国家奖。他编写教材及专著5部，发表科研论文400余篇。

他创建了清华大学化学反应工程教研室和生态工业工程学科方向，建立了北京市绿色反应工程重点实验室，还组建了全国生态经济学会所属的生态工业与技术专业委员会。

他曾任数届全国化工学会、颗粒学会常务理事，中国环境科学学会顾问。他连续两次担任中美化工大会主席，还担任两届全国学位委员会化工学科评议组召集人。

近五年来，他结合重大社会转型发展关键问题，进行主旨发言和科普讲演300余场，对各省、市、县领导作循环经济主题宣讲报告30多次。主持编制《探索化学化工未来世界》系列科普片和配套书，获“典赞·2016科普中国”十大传播人物奖。他曾获全国“五·一”劳动奖章及劳动模范称号、全国优秀教师奖、北京市优秀教师奖、北京市教学名师奖、中国石油和化工行业影响力人物奖、中国石化和化工行业“十二五”十佳人物奖光华工程科技奖（奖金全部捐赠至“金涌奖学金基金”）。

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/EsdtXSQBAzD3uGWxN8jwSg

（转“ 环境与生活杂志”）

http://www.chinacem.net/info.asp?id=2705