院士專訪 | 金湧：“碳中和”是中國轉型的巨大驅動力_風聞

圖｜發表於《環境與生活》雜誌2021年6月號總第160期“院士專訪"欄目的原創文章

原標題：“碳中和”是中國轉型的巨大驅動力——專訪中國工程院院士、清華大學化學工程系金湧教授

◎鄭挺穎  於寶源  陳北斗    ◎實習生  宋瀟陽

“碳中和”是環境問題，更是發展問題。在“碳中和”的大背景下，化工行業路在何方？如何實現產業轉型與能源轉型？

《環境與生活》記者專訪中國工程院院士、清華大學化工科學與技術研究院院長、博士生導師金湧教授，請他分享一個資深化工科學家對“碳中和”的理解與思考。金湧院士認為，化工行業未來應該實現低碳轉型，變“化石燃料”為“化石材料”——

圖｜2021年6月23日，中國工程院院士、清華大學化學工程系金湧教授接受《環境與生活》雜誌記者採訪。    於寶源   攝影

“碳中和”是中國發展的必然需求

《環境與生活》：在我國提出了2030年碳達峯，2060年碳中和的“雙碳”目標之後，各行各業對此都極為重視。作為化學工程科研領域的領軍人物，您深耕化工行業數十年，對“雙碳”目標和化工行業的未來有着遠遠超越這個時代的理解和認識，請問在邁向碳中和的大背景下，化工行業應該如何轉型？化工行業可持續發展的路該怎麼走？

**金湧：**咱們就説説碳中和，去年聯合國大會上，有121個國家提出要2050年達到碳中和，這當然是對中國有壓力的。我國在提出構建人類命運共同體的前提下，也堅持了自己的原則，也就是説應對氣候變化問題，大家都有責任，責任是共同但有區別的。所以，我國提出了“爭取在2060年前實現碳中和”的目標。

圖｜2016年9月24-25日，金湧院士出席“第十八屆中國科協年會”並在第八分會場作主旨報告。

那麼，我國為什麼要做這個事，並且作為全國的一個重大發展目標呢？事實上這和我國自身的發展需求也有關係。我覺得，我國制定“雙碳”目標，一方面是應對來自西方國家的壓力，另一方面也是我國發展到了目前的階段，不得不做的。中國現在發展最大的矛盾就是能源短缺，資源不夠，加上環境惡化。我國現在74%的石油是從國外進口，差不多40%至50%的天然氣進口，鐵礦石80%進口。我國在資源和能源上，如果還想進一步發展，就會受到這些方面的制約。

“碳中和”是環境問題，更是發展問題

《環境與生活》：對於碳中和目標，目前似乎存在着兩派觀點，其中一派認為實現碳中和目標需要消耗大量的財力物力，這將會是十分困難的；另一派認為，我國現在已經具有足夠的技術和經濟實力，因此實現碳中和將是水到渠成。那麼，您認為我國實現這一目標的難度如何？

**金湧：**我國現在要從工業化社會變成信息化社會，就必須解決我國的資源問題、能源問題、環境問題。在這種情況下，我國正好以碳中和作為一個巨大的驅動力，來驅動中國的轉型。所以説，碳中和是中國必須做的，我覺得我國通過中國人的財富、才能，是完全可以做到的，是可以解決這些問題的，我國是有自己的發展目標和任務的。

因此我國提出碳達峯、碳中和的目標，要知道我國現在是全世界碳排放量最大的國家，排放全球近1/3的二氧化碳。我國從碳達峯到碳中和只有30年時間，這是非常短的時間。世界上其他一些國家，從碳達峯到2050年碳中和，像英國是接近80年，美國也有40多年。我國要想很快地把這麼大的二氧化碳排放量，降到碳中和的目標，困難還是很大的。

圖｜第十屆全國人大常委會副委員長顧秀蓮為金湧院士頒發“十二五”十佳人物獎

與此同時，我國還承諾到2050年，中國要從小康達到發達國家水平，要進入發達國家行列。發達國家最大的指標，就是人均GDP。像美國等發達國家，人均GDP能到四五萬美元，我國目前的人均GDP是一萬美元。在這個過程中，我國不光需要減少排放，還要提高GDP，中高速經濟發展同步進行，這就比較困難了。可是還不能不做。碳中和絕對不是一個單純的能源問題或氣候變化問題，而是一個深刻、廣泛的經濟社會系統變革，是涉及全社會的事，是一個非常非常大的目標。也可以説，碳中和將會是主導中國經濟增長和轉型的最大驅動力，也是我國以後經濟活動最核心的部分之一。將來，我國無論科學研究、技術開發、投資、生產、消費，一直到物流、循環利用，全部決策都需要以此作為依據。因此我覺得，我國對碳中和的目標，要從一個比較高的角度來認識，不要以為就是解決一點環境問題，不是這樣的。我國和美國人的想法是完全不同的。

《環境與生活》：也有觀點認為，中央是想以此為抓手，統籌整個社會的變革

**金湧：**對，因為是一個整體的社會變革，如果達成目標，我國就真正做到了可持續發展，我國就不會再有對國外的能源的依賴。大部分資源我國能通過循環經濟解決，這樣的話，中國就真正做到了可持續發展，相應的，污染也減少了。

圖｜金湧接受媒體採訪

《環境與生活》：通過您的介紹，我國對“雙碳”目標也有了一個更加深刻的認識。您認為，我國後續將需要在哪些方向做出更多努力？

**金湧：**我覺得首先我國需要對碳達峯、碳中和的真正的內涵、高度，有正確的認識。不能一上來就説是應對氣候變化的問題。

相應的，我國的經濟和社會還想繼續發展，就必須找到可再生能源代替化石能源。這是我想説的第一點，也就是高度的問題。我想談的第二點，是我國需要怎麼做。按人口學家的統計，到2060年，我國的人口預計還會穩定在14億左右。也許有可能會變少，但是可以肯定不會出現大幅度增加了。我國和發達國家的水平差在哪裏？我想就是萬元GDP能耗，也就是每生產1萬元的產值消耗多少能量。這是目前我國和外國相比，存在的最大問題。日本和美國這些發達國家，每生產1萬元產值，大概需要消耗不到0.2噸標準煤。我國目前是接近0.5噸。我國每生產1萬元GDP，消耗的能源太多。所以，我國必須把每萬元GDP能耗降下來，也要降到0.1噸這個級別。

產業轉型與能源轉型，是目前最大需求

《環境與生活》：的確如您所説，2020年，我國的GDP首次突破百萬億元人民幣，位列世界第二。但是，我國的人均GDP水平還是相對較低。

**金湧：**為什麼我國的每萬元GDP能耗和發達國家有如此大的差距？根本問題在於產業結構，當然服務業少也是原因之一。改變產業結構非常重要，但是，我國也不會因此放棄製造業，因為中國是世界製造業第一大國。因此我國要發展高端製造業，向着高質量發展。

我國現在存在很多產品價值低，但二氧化碳排放量大，並且能耗很大的產業。比如鋼鐵，我國2019年生產了12億噸鋼，佔全球鋼年產量的一半。按人均產量來算，是美國的3倍。水泥就更是如此了，我國的水泥產量佔全世界70%，人均水泥生產量是美國的6倍。但是問題就來了，我國未來還會再建這麼多高速公路或樓房嗎？我國進入了信息化社會，產業就要發生很大變化，所以在這40年之內，可能我國會逐漸將一些產業淘汰，尤其是一些高耗能低產出的行業，要有序地退出，然後用先進的、高端的、耗能少、產值高的行業代替。這樣就有機會把我國的每萬元GDP能耗也降到0.1噸左右，這是完全可能實現的。所以，這將會是全行業要面臨的情況。我國要從工業化社會，變成信息化社會，這樣才有可能真正實現碳中和。要想經濟發展和減少碳排放同時實現，就需要全社會的共同努力。

圖｜金湧院士（右二）榮獲清華大學2017年度突出貢獻獎

我國還需要消費拉動，比如説現在中國的高端化妝品大多數依靠進口，其實化妝品就是我剛才提到的高附加值、低能耗產品。那我國為什麼不可以打造我們自己的高端化妝品？現在，我國每年進口的化妝品約有4000億元，要是再算上那些在國外旅遊購買或者代購的，幾年以後很快就會達到1萬億元。相比起來，我國每年進口石油也就只有兩三萬億元。隨着我國加大在化妝品方面的研究力度，會慢慢擁有自己的高端化妝品，擁有一定的話語權，我國就會把這一部分市場慢慢奪回來。

接着就是產業轉型，現在我國的能源，基本都是把煤、油、天然氣直接燒掉，燃燒就會產生二氧化碳。不燒不就沒有二氧化碳了嗎？可就目前的情況來看，不燒就沒有能源了。化石能源是推動此前三次工業革命的主要力量，現在我國需要讓化石能源逐漸退出，如果不燒，自然就不會有二氧化碳排放。

那麼，能源問題怎麼解決？我國提出碳中和目標的一個先決條件，就是我國的光伏發電和風電產業發展很好。在光伏發電和風電發展了十多年後的今天，其發電成本已經大幅下降。現在光電、風電與火電相比，每發一度電的經濟成本，已經基本相近。我國的技術已經到了這種程度，並且在這方面是領先的。我國的光電、風電發展非常好，而且現在產量、產值都是世界第一。我國完全可以建設光電風電的發電裝置來代替火力發電，也就是不用燒（燃料）了。中國的風力發電佔全世界的1/3到1/4。中國出口的光電用硅板，產量佔全世界70%。

圖｜金湧院士（左一）在蘇聯留學時期與同學合影

另外就是電動車，我國電動車保有量約為500多萬輛，也是全世界第一，當然佔比還很小。電動車在未來也會成為拉動經濟的重要力量。美國就很害怕，6月初美國總統拜登在“汽車城”底特律市發表演講，説中國在電動車領域超過了美國，無論產量、市場和電池，都比美國做得好。為了趕上中國，拜登公開承諾將會投入1700億美元補貼美國的電動車產業。

我國現在是有條件利用新的可再生能源代替火電了，技術問題都解決了，經濟問題也接近解決，那麼我國的環境當然會更好。以後，我國發展經濟就需要考慮技術可行、經濟合算、二氧化碳排放量低，這是與今後的發展吻合的。這些都是先決條件，如果沒有這些條件，碳中和自然不可能實現，我國正是因為有了這些良好的基礎，才有了現在的目標。

從“化石燃料”到“化石材料”

《環境與生活》：作為深耕化工行業幾十年的專家，您對我國化工行業現狀有着準確、全面、清醒、超前的認識。您認為在“雙碳”目標提出後，我國的化工領域會受到哪些影響？同時基於您剛剛提到的產業結構轉型，您認為化工行業後續的發展方向是什麼？

**金湧：**回到化工行業的話題，既然我國未來不燒化石燃料了，那用它做什麼？首先就是石油，將來我國的汽車絕大多數會被電動車代替。這不會是十分遙遠的未來，現在歐盟一些國家已經計劃2030年後不再生產汽油車，而是全部變為電動車，那麼傳統煉油產業肯定要逐漸退出市場。相應的，要把石油做成材料，而不是變成汽油、柴油、煤油。現在，我國的傳統煉油技術，80%的石油都變成了汽油、柴油、煤油，20%是石腦油。石腦油裂解再製成烯烴、芳烴。

我認為，今後這種技術路線將會改變，石油化工企業將會改變結構，不再生產燃料，而是生產材料，比如説橡膠、纖維或其他高端材料、塗料。這種轉型就是石油化工的發展方向，現在已經成為全球共識。國外的一些企業已經開始着手佈局這種轉型，比如歐洲的道達爾公司，就要把石油的利潤佔比逐漸減少，現在佔50%，將來要減少到30%，同時要大量發展新產業，也就是石油材料。這也是我們清華大學化工系目前的主要任務之一，現在我們的實驗室在研究把石油製成材料，我們也有相關的研究基礎，在十多年前就開展了這方面的研究。

圖｜金湧院士

《環境與生活》：您當時為什麼會想到以此作為研究方向？

**金湧：**當時的環境問題和能源問題並不像現在這麼尖鋭，但是我們作為科學研究者，意識到了煉油技術存在的問題。煉油最重要的第一步就是催化裂化，這個步驟決定了汽油、柴油、煤油和石腦油的佔比。現在使用的反應器，是催化劑和石油氣從下向上走，也就是上行牀。我們研究的反應器與之相反，是下行牀，也就是從上往下走，我們在10年前就已經做了年產15萬噸的實驗，證明了下行牀可以大幅度提高石腦油的佔比。我們在濟南煉油廠利用廠區廢棄的設備進行改造，完成了實驗。通過實驗證明，改進的下行牀可以把石腦油的佔比提高到70%。

圖｜金湧院士作主題報告

有了石腦油，我們就可以生產三烯三苯，也就是乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二甲苯。就可以生產非常多的化工產品，可以説所有的石化產品，原料都是三烯三苯。有了這些，我們就可以生產各種高分子材料。我們不再把石油燒掉，而是把碳都留在了材料中，碳對人類是非常重要的物質，碳並不壞，只是不應該讓它變成温室氣體跑到天上去。所以石油總的發展方向，就是從燃料變成材料，這也是我國化工企業今後的發展方向，一方面我國不再燒石油了，減少二氧化碳排放；另一方面，企業轉型為石油材料製造商，也避免了企業的損失。

《環境與生活》：那煤炭何去何從？煤炭最好的出路是什麼？

**金湧：**最難的就是煤，煤燃燒是現在二氧化碳排放的大户。如果我們不燒煤，用它做什麼？煤化工顯然不是最好的選擇，我國之前從事了很多年的MTO（醇制烯烴）和“煤變油”研究，我國的煤化工產量已經達到千萬噸級了，過去因為油價很高，所以還有價值。但是繼續發展下去，隨着全球對石油的需求量越來越小，煤化工的問題也就凸顯出來，一是經濟效益差，二是二氧化碳排放高，因此我認為傳統的煤化工技術，都將慢慢淡出市場。

那麼，煤最好的出路是什麼？我國需要在這方面研發出具有顛覆性的技術。事實上中國的煤資源並不多，煤儲量只有美國的一半，而人口數是美國的4倍，這樣算下來，美國的人均煤儲量是中國的8倍。中國的煤儲量只佔全世界的12%，因此我國其實也不能大肆浪費煤資源。

圖｜金湧院士在會議上發表演講

除了需要在未來探尋顛覆性的技術外，目前我們已知的最佳利用途徑，也就是煤的分質利用。煤不是單純的碳，煤中的碳氫比是1比0.8，也就是每10個碳原子，伴有8個氫分子，如果用煤當燃料，就相當於把氫也一起燒掉了。

如果我們在燒之前，就先把碳、氫分開，也就是所謂的藍碳技術，現在我國在這方面做得很好，但也有一些最終的技術問題沒解決。這不是單純的煤制氫技術，煤制氫技術每製造1噸氫氣需要排放11噸二氧化碳，從碳中和的角度來看，煤制氫技術是要被淘汰的。

煤的分質利用，是把煤所含的碳變成焦炭或半焦，把氫拿出來利用。這些比煤熱值還高的半焦，可以用於火力發電，推動蒸汽輪機，同時利用分出來的碳氫化合物揮發部分，噴在半焦發電煙道氣中，再點燃一次，推動燃氣輪機，這個技術就是燃氣輪機-蒸汽輪機聯合循環發電，這種技術的能量轉化率可以達到60%，遠高於傳統火力發電的45%。這樣一來，煤的利用率就提高了，相應的經濟價值也提高了。同時，聯合循環發電中的燃氣輪機可以隨時啓停，因此也可用於調峯發電。我認為，在未來大量使用光伏發電和風力發電之後，火電的生存空間，就是用於調峯發電。

圖｜金湧院士出席2019（第九屆）能源高層對話並發表演講

那下一個問題就是，我們將煤分質利用後，這些半焦要如何處理？如果用來燒，還是會產生二氧化碳，所以我們也為半焦找到了出路。碳本身也是還原劑，如果把半焦加熱到一定温度，碰到二氧化碳，就會把二氧化碳還原成一氧化碳。這是我們目前正在研究的項目之一，通過這種還原，半焦就不再產生二氧化碳，反而是能將二氧化碳還原為一氧化碳的還原劑，這就成為二氧化碳減排的物質了。二氧化碳還原是吸熱的，那我們同時再將一部分半焦燒掉，加入少量氧氣使燃燒放熱的同時，生成一氧化碳。一氧化碳可以用來製造很多的化工產品。我想這就是煤今後的出路。

《環境與生活》：再就是天然氣，我國要如何處理天然氣才能與碳中和的目標相吻合？

**金湧：**目前，我們對天然氣的利用存在問題，我們把天然氣用來做飯，也就是民用。舉例來説，我們把一壺水放在燃氣灶上燒，天然氣中的熱量有多少進入水壺了？其實只有30%至40%，其他的熱能都加熱空氣了，這個利用率是很低的。如果用電加熱水壺燒水，熱能的利用率可以達到90%以上。所以，我認為以後的家庭將會電氣化，應該把天然氣用於工業。現在，我國的情況正好相反，禁止工業使用天然氣，這是不符合碳中和原則的。美國電氣化的家庭約佔50%，歐洲一些國家已經逐漸開始禁止天然氣入户了。天然氣更適合用於工業生產，天然氣（CH4）中每有1個碳原子，就有4個氫原子，是最好的制氫原料。很多國家都利用天然氣制氫，只有中國是煤制氫，當然這也是因為我國的天然氣儲量很小。總的來説，未來的天然氣將與工業結合，要把煤分質利用產生的一氧化碳與天然氣結合，也將大幅度減少二氧化碳排放。

圖｜金湧院士出席會議

總而言之，我國化石能源的煤、石油、天然氣，都需要其相應的產業慢慢轉型，這種轉型將會為二氧化碳減排做出巨大貢獻。除了化石能源轉型之外，利用其他的可再生能源也有助於減排。首先是生物技術，生物是利用太陽能最好的方法之一，目前比較有機會產業化的就是微藻利用，微藻在乾燥後，以甘油三酯的形式固定光合作用產物，含油率可達50%至60%，並且藻類可以在海水中生長，生長速度和陽光利用率是陸生植物的4至5倍，這是生物代替化石能源的重要途徑。

《環境與生活》：目前，我國有藻類制油的項目落地嗎？

**金湧：**我國的新奧集團就有這種陽光微藻轉化器，在温室中搭建玻璃管道，管道內通入海水，加入二氧化碳和藻類，在流動過程中藻類就會快速生長，成品的藻類形態就像黃醬一樣。不過，目前產業化還存在一定困難，因為成品藻類的含水率在90%以上，乾燥需要大量熱量，如果用燒煤乾燥，消耗的熱能比藻類產生的能量要高出很多。現在也在研究如何不經過乾燥，直接將藻類生成的能量提取出來，也就是不幹燥直接把油拿出來，但是目前這項技術還沒有打通。日曬是不行的，因為如果遇到陰天，藻類很容易變質腐爛，所以這方面的技術還得繼續探索。

圖｜金湧院士出席座談會

《環境與生活》：沼氣、生物乙醇這些還有生存空間嗎？

**金湧：**我國有很多的秸稈、人畜糞便可以進一步利用，也就是生產沼氣。關於沼氣，我認為沼氣不能一家一户去做，而是要以村為單位，一個村設置一兩個沼氣站，由專人或公司負責，維持沼氣的高產。這可以解決農村的能源使用問題，並且制沼氣的副產物——沼渣沼液可以用做肥料。

另外，有人説種樹可以解決二氧化碳排放問題，其實並非如此。首先，如果要通過植樹吸收人類活動排放的二氧化碳，需要的植被數量是非常大的。其次，植物在白天通過光合作用吸收二氧化碳，固定碳元素，到夜間還要排放二氧化碳。同時，樹木落葉腐爛會產生大量甲烷，其温室效應比二氧化碳還要高得多。對於這些落葉、農作物秸稈，我們也要將其碳化，做成生物炭。有一個企業叫三聚環保，他們把秸稈製成了具有多孔結構的生物炭，將這種生物炭投入土地可以保水、改良土壤，或使化肥緩釋。

圖｜金湧院士深入企業開展調研

另外就是生物乙醇。美國的乙醇汽油技術比較成熟，因為他們的糧食有富餘，在糧價下跌時，為了穩定糧價，就把糧食做成乙醇。美國的乙醇產量可以達到4000萬噸/年，全部用於代替石油。巴西的乙醇產量是2000萬噸/年。巴西有很多製糖副產物，也就是糖蜜，是不可以食用的，但它是非常好的發酵原料。

我國沒有那麼多富餘的糧食用來制乙醇，我國目前主要是利用廢糧制乙醇，乙醇產量為300萬噸/年。事實上，我國的乙醇需求量是每年1500萬至2000萬噸。我國沒有多餘的糧食，用什麼來做？煤可以制醇，但是工藝路線很長，經濟效益一般。

目前，在首鋼曹妃甸地區還有一個乙醇生產線，是利用一氧化碳作為碳源，來發酵生產乙醇。目前，已經建成了4.5萬噸/年的裝置，同時副產5000噸/年的生物蛋白飼料，具有很好的經濟效益。這樣的話，我國不用糧食，不排放二氧化碳，就可以生產乙醇，所需要的一氧化碳，可以通過煤來生產。

這樣的話，整個過程就接上了，形成了一個產業鏈，這一套產業鏈中的二氧化碳排放量非常低。

煤，我們把它分質利用製成半焦和氫氣。

焦炭，我國把它作為還原劑，將二氧化碳還原成一氧化碳。

一氧化碳，我們用它來制乙醇。

乙醇，脱水後就是乙烯，再聚合後就是丁二烯。

這樣的話，作為我國儲量最高的化石能源，煤就有了新的利用方式，在不排二氧化碳的同時，產生了可用於製作材料的新資源。這就是我們對於煤、石油、天然氣、生物技術的整體規劃，在實現碳中和目標的過程中，這些都是十分重要的，既解決了二氧化碳的排放，同時也為它們找到了新的用途。

能源結構的調整需要因性而謀、因勢而定

《環境與生活》：關於可再生能源的問題，我們注意到您也曾提出生物質能和微藻產油等新能源技術，能否請您向大家詳細介紹這些新技術目前的發展狀況？

**金湧：**我們先從電力説起，現在我們的技術已經可以讓光電風電的成本與火電持平了，但光電、風電仍然存在一個很大的缺點，就是不穩定性，所以必須有儲能裝置。只有讓光電、風電平穩，不波動，才能組成智能電網，儲能裝置的作用就在於此。因此現在電力發展的關鍵，就是解決儲能問題。太陽輻射到地球的能量，是目前人類所需總能量的3000倍，中國有很好的條件，很多地區都適宜發展光電和風電。對於光電和風電來説，技術有了，條件也有了，關鍵就是蓄電設備。目前，使用最多的蓄電設施，約佔70%以上，就是利用水建立水庫，用多餘的電把水抽到上游，需要電力時放水推動發電。但是，僅靠這一種方式顯然是不行的，我們還需要開發更多的方式儲電。

圖｜金湧院士在《探索化學化工未來世界》首發儀式現場

目前，清華大學在儲能領域的主要攻關方向是電動車，電動車需要電池，現在的鋰電池大部分問題都已經解決，剩下的小問題我相信慢慢都會解決，比如説儲電能力不夠，充一次電只能跑兩三百公里。隨着鋰硫電池的發展，國內已經形成產業化，充一次電可以跑800公里，續航問題解決了。有的人説鋰硫電池容易着火，現在這個問題也已經解決。將來，我國的所有交通都可以電氣化，不用燒油了，因此就需要大量的儲電設備。當然，製造電池的門檻很高，我們做化工的人不做電池，但我們可以為電池提供材料，有了更好的材料，才能做出更好的電池。我們現在已經產業化的，一個是納米碳管材料，將石墨烯與納米碳管結合，形成立體的結構，我們稱為石墨烯和納米碳管的雜化，這種碳材料是非常好的鋰電池正極材料。我們把產品出售給其他國家，並弄清楚其用途。他們將這種材料和離子液體混合，壓入多孔的泡沫鋁中，就做成了鋰電池的正極材料。於是，我們也研究製作出多孔的泡沫鋁材料，用於生產電池。比起傳統材料，我們的材料擁有更好的儲電能力。現在這項技術也正在產業化，相信很快就能看到這種材料最終的效益。這是比較成功的，已經產業化的材料。同時，我們也在着手研發一些新的技術，比如説固體電解質。固體電解質製成電池的安全性很高，因為其內部不存在有機材料，不會着火。

圖｜金湧院士在實驗室

我們非常看好鋰電池的發展，一方面是電動車可以代替燃油車減少碳排放。另一方面，電池本身就是儲電設備。我國現在機動車保有量是2.5億輛，假設在未來，其中的1億輛變成了電動車，在夜間不使用時充電，那這1億輛電動車就成了儲電設備，充當了調峯的角色。所以，我也設想，今後的電動車不再搭配銷售電池，而是將電池出租，或變為換電池的形式。電動車沒電了，可以直接到電站充電或換電池。同時，電站與電網相結合，集中給電池充電，這就起到了儲能和調峯的作用。現在，國家也正在積極策劃這方面的行動，當然對於目前的電動車保有量來説，還不足以實現，但就發展而言，這絕對是一個一舉兩得的措施。如果是建立大量大型的調峯電廠，將會耗費巨大的經濟成本。

《環境與生活》：有人説現在的鋰電池雖然有調峯的作用，但經過多次的充放電後，電池的儲電能力會明顯下降。同時，全球鋰礦的儲量是否能支持如此大量的鋰電池生產？

**金湧：**鋰電池需要經過幾萬次的充放電才會有顯著的影響，並且現在鋰電池可以回收，這方面的技術也已經解決了。廢舊的鋰電池可以用於製造新的電池。

至於全球鋰礦的儲量是否能支持如此大量的鋰電池生產，我認為現在還不需要把這些因素作為顧慮。除了鋰電池之外，現在研究人員還在研究鈉電池，還有空氣電池。電池的發展有很多渠道，鋰電池僅僅是第一個突破。後續肯定會有很多新的技術投入使用。

《環境與生活》：關於氫能，以及相對應的氫燃料電池，我們也注意到您一直都持有保留態度，能否請您詳細説明一下？

**金湧：**我們做化工的人，捨不得把氫拿來燒掉。氫燃料電池本質上不是儲電設備，而是燒氫氣的，它是通過電化學反應，把氫和氧燒成水，同時產生電能。我們好不容易得到了氫，它有很多種用途來降低二氧化碳排放，為什麼要把它燒掉？

更關鍵的問題在於，現在全世界還沒有電解水制氫的大型工廠，因為沒有任何的經濟效益。電解水制氫，能源的利用率只有30%左右，即使今後利用率可以提高，也不會超過60%。同時，氫到了燃料電池中再重新轉化為電能，目前轉化率的目標是50%，我想以後最多也就是60%。也就是説，用電制氫氣，能量就先少了一半，再把氫轉化成電，就又少了一半，即使是理想狀態下，60%乘60%，最終的利用率只有36%。電網中的一度電，最後到氫燃料電池釋放出來，就只剩下1/3，這樣的利用率太低了。有的人可能會説沒關係，因為太陽能是取之不盡的。但我們還要考慮設備投入的成本，以及使用的成本。

事實上，我們非常需要氫，非常願意生產氫，因為我們可以用氫把二氧化碳還原回來。氫氣是一個好東西，比如美國人就提出了“氫經濟時代”的概念，而不是“氫燃料時代”。氫是非常重要的，但不是用來燒的，這是兩個不同的概念。氫太寶貴了，它可以解決碳排放的問題，可以用來做很多合成。氫氣對化學家非常寶貴，我們不願意把它燒掉，從另一個角度來説，氫燒掉的利用率太低，沒有經濟效益。日本人願意燒氫，是因為他們進口的天然氣多，天然氣中每有1個碳原子就有4個氫原子，他們的氫是富餘的。同樣，美國也不願意，他們很早就不做氫燃料電池了，因為美國的能源結構和中國類似。所以，現在炒作氫燃料電池概念的只有日本，因為他們研究的時間很長，想把這個技術賣給中國，但我認為這是個大坑。

從我的認知看來，氫燃料電池汽車是沒有出路的。氫氣不好儲存，不便於運輸，容易泄漏，還有爆炸的風險。如果説有一個地下停車場，幾百輛氫燃料汽車在裏面停着，有一輛車的氫漏了，積累到一定濃度會發生爆炸，那這幾百輛車就全都要爆炸了。現在有800公斤的壓力瓶放在車裏儲存氫氣，如果全中國幾億輛車都帶着壓力瓶到處跑，你害怕不害怕？即使有一個爆炸，都是很大的事故，要是遇到連環交通事故，那更是不得了。所以，我認為這是不可靠的，不安全的。從能量上來看，利用率低沒有經濟效益，從安全性上看，缺乏可靠性。我們不談氫氣的性質，單説壓力罐如果出現問題，氣體膨脹發生爆炸也十分危險。

當然，氫燃料電池真的就完全沒用嗎？我想也並非如此。比如説潛艇、輪船、飛機，這些大型運輸工具想用鋰電池顯然是不可能的，因為鋰電池很重。這些大型運輸工具的電氣化，我想還是要用氫燃料電池。還有就是煤礦中的礦車，因為要裝載大量的貨物，並且礦車本身較重，如果再使用鋰電池，就會存在很多問題。因此我認為，氫燃料電池在一些特殊情況下、特殊的場景中，比如説需要長距離或重載的交通運輸中，有很好的應用前景。目前，鋰電池與氫燃料電池相比，單位重量儲存的電量還遠遠不夠，如果進行長距離運輸，顯然不如氫有優勢。我想在未來，一些大型車輛，或是輪船，都有機會變為氫燃料電池供能。

圖｜金湧指導青年學者進行研究工作

“碳中和”需要全民參與

《環境與生活》：“碳中和”與我們的生活息息相關。那麼，在普通人的生活中，碳中和除了帶來電動車之類的改變，還有哪些也會隨之改變？

**金湧：**到了碳中和的那一天，我們發電就不再使用火電了，交通也要做到零碳排放。那麼，下一個大量消耗能源、排放二氧化碳的就是住房問題。現在的人們都追求舒適的居住環境，這就涉及供熱取暖的問題，也就是建築節能。中國的二氧化碳排放，有近20%是人居產生的，包括供熱、製冷，這也是未來需要解決的問題。當然，外國人在這方面也有很多成熟的技術，有一些建築物已經做到能源完全自供。前一陣我去萬通地產，他們就在發展地源熱泵技術，利用地球本身的熱能取暖。另外，就是保温建築材料，還有利用工廠的廢熱供暖，這些技術目前整體發展都比較完善，在國際上也有先例。德國人在這方面做得最好，在建築節能方面有相應的標準，也就是房子要達到居住舒適的標準，冬天取暖夏天製冷，每平方米建築面積的耗能不能超過7升柴油/年，他們把這個叫做“7升房”。目前，德國的建築水平可以達到3升柴油/年。中國的一些老房子，可能每平方米20升柴油/年都不止。因此，我國在這方面如果能有所進步，相應的二氧化碳排放量就可以有很大的下降。這方面的市場商機也很大，萬通就在生產泡沫材料，之後新建的建築將會使用泡沫材料作為隔熱層。因為泡沫材料不導熱，室內的温度不容易受到室外影響，也就是冬暖夏涼。未來的建築表面還可以設置光伏發電材料，真正實現建築物的用電自給自足。在這方面國外的一些成功經驗，我們都可以參考學習。

最後一點就是全民參與。聯合國早就提出了全民參與的概念，環境與我們每個人都有關係，因此大家都需要節能。聯合國發佈過一個核算表，裏面列出的很多數據很有意思，比如洗完衣服不甩幹，而是自然晾乾，每人每天就可以少排放2.3公斤的二氧化碳；不使用白熾燈，而使用熒光燈或LED燈；到室外慢跑而不使用跑步機……我説這些就是想説明，低碳環保需要全民參與，我們生活中每一個細節的改變都有助於減排。

所以，將來中國實現碳中和，會有幾個時代的變化。

第一，我國要把工業化時代，變成信息化時代，這是需要全民參加的。信息化時代、智能化時代、數字化時代，這種時代的變革會同時發生。

第二，目前的“化石能源時代”，將會變成“可再生能源時代”，這不是説我們的化石能源已經用完了，而是發展帶來的變化，就好像石器時代發展到青銅時代，也不是因為石頭用完了，而是因為有了鍊銅技術。我們現在已經擁有了技術，那麼時代的更迭就是必然的，這是很了不起的變化。當然，我還沒提到核能，如果核聚變能源能投入使用，那我們之前説的那些新能源都不算什麼了，就要完全變成“核能時代”了。

第三，“化石燃料時代”變成“化石材料時代”，我國要把這些化石資源進行更加科學合理的應用。

第四，就是進入到“循環經濟時代”。

只有真正實現了這四個時代的變遷，才能真正做到碳中和。

圖｜金湧院士

【人物百科】

金湧

金湧，83歲，清華大學化學工程系教授，中國工程院院士。他是國際公認流態化、反應工程領域的領軍人物、循環經濟領域相關學科發展與實踐推動的先驅者之一。他的科研成果獲4項國家獎。他編寫教材及專著5部，發表科研論文400餘篇。

他創建了清華大學化學反應工程教研室和生態工業工程學科方向，建立了北京市綠色反應工程重點實驗室，還組建了全國生態經濟學會所屬的生態工業與技術專業委員會。

他曾任數屆全國化工學會、顆粒學會常務理事，中國環境科學學會顧問。他連續兩次擔任中美化工大會主席，還擔任兩屆全國學位委員會化工學科評議組召集人。

近五年來，他結合重大社會轉型發展關鍵問題，進行主旨發言和科普講演300餘場，對各省、市、縣領導作循環經濟主題宣講報告30多次。主持編制《探索化學化工未來世界》系列科普片和配套書，獲“典贊·2016科普中國”十大傳播人物獎。他曾獲全國“五·一”勞動獎章及勞動模範稱號、全國優秀教師獎、北京市優秀教師獎、北京市教學名師獎、中國石油和化工行業影響力人物獎、中國石化和化工行業“十二五”十佳人物獎光華工程科技獎（獎金全部捐贈至“金湧獎學金基金”）。