金涌:“碳中和”是中国发展的必然需求

2021年10月13日
文章来源:清华大学五道口金融学院
2021年10月9日下午,清华五道口金融EMBA“师友沙龙”线下研讨会在北京举行。知名化学工程专家、中国工程院院士、清华大学化工科学与技术研究院院长金涌受邀成为…

2021年10月9日下午,清华五道口金融EMBA“师友沙龙”线下研讨会在北京举行。知名化学工程专家、中国工程院院士、清华大学化工科学与技术研究院院长金涌受邀成为主讲嘉宾,发表了题为“碳中和”的主题演讲,与在场的企业家和学者共同探讨“碳中和目标”对当前经济和社会大环境提出的创新挑战,以及能源相关重点行业的低碳发展之路。此次活动采用线上、线下相结合的讲座形式,吸引了近200位同学和校友参加。

图为现场照片

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之路该怎么走?这关系到国家经济与社会民生,与我们每个人都息息相关。

“碳中和”—— 一个牵动全局的大变革

金涌谈到,在我国提出“双碳”目标(2030年碳达峰,2060年碳中和)之后,各行各业对此都极为重视。碳达峰、碳中和不仅仅是一个能源与环境问题,而是一场广泛而深刻的经济社会发展问题,是一个牵动全局的大变革。

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。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,是美国碳排放量的两倍。要想把这么大的二氧化碳排放量降到碳中和水平,难度可想而知。与此同时,我国的经济发展还不能停滞,不然便无法达成2050年成为发达国家水平的目标。因此,如何在减少碳排放的同时保证持续稳定的经济发展,是我们最大的挑战。

图为金涌

实现“双碳”目标,必须要创新

在金涌看来, 要实现“双碳”目标,必须要创新,要颠覆原有思想。

首先要做的是产业结构转型:

那些低附加值、初级的、能耗大、产值低的产品会慢慢退出市场,高端智能、信息技术、5G通信等高附加值、低能耗产业会成为主流;

其次要做的是能源替代:

化石能源被新能源取代成为发展的大趋势;

三是随着传统化石能源退出电力供应,要为它们寻找新出路:

对于石油、煤炭和天然气的应用都有非常大的改造空间,这需要新思想的参与,也需要新技术的研发;

四是迎来资源循环利用时代:

将资源循环利用,进一步减少能耗。

化石材料时代——将化石能源转化为高端材料

化石能源对人类的进步起了非常大的作用,世界第三次工业革命就是石油、煤炭、天然气等化石能源驱动的。如果这些化石燃料不再用来燃烧了,那自然就不会有二氧化碳的产生。金涌表示,对于石油、煤、天然气等化石燃料,我们需要改变技术路线,完成产业结构转型。我们正在从“化石能源”时代向“化石材料”时代迈进,把化石能源做成高端材料,供给高新科技来使用。

石油:不再生产燃料,而是生产材料

石油化工企业将会改变结构,不再生产燃料,而是生产材料,例如橡胶、纤维或其他高端材料、涂料等。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,清华大学化工系在十多年前就开展了这方面的研究。

煤:通过分质利用,制造更多的化工产品

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。目前我们已知的最佳利用途径是煤的分质利用。金涌院士指出,目前有一种技术叫作“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。

煤分质利用后,会产生半焦,如果把半焦用来燃烧,还是会产生二氧化碳,所以我们必须找到将半焦转化但同时不产生二氧化碳的出路。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。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。金涌谈到,“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。”

天然气:与工业相结合,减少民用

目前,我国的天然气主要是民用,例如人们用天然气来做饭,但民用对天然气的利用率并不高,只有30%至40%。因此,未来家庭应当尽可能电气化,天然气不再以民用为主,而是大量用于工业。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。金涌强调,“天然气更适合用于工业生产,天然气(CH4)中每1个碳原子,就伴有4个氢原子,是最好的制氢原料。总的来说,未来的天然气将与工业相结合。”

高端制造业——保持优势,追赶不足

未来,我国以石油、煤、天然气为代表的化石能源产业都需要逐步转型,这种转型将会为二氧化碳减排做出巨大贡献。伴随化石能源及其相应产业的转型升级,我国高端制造业也需要进一步迭代精进,保持部分领域的领先优势,追赶发展尚有不足的科技技术,实现从能源到制造业的全面转型。

金涌指出,目前我国高端制造业可分为四个水平:

位于领先水平:5G量子信息传递技术,纯电动汽车,电池技术,高铁

位于并跑水平:大型工程机械,无人机

已有基础的产业:民用航空,人工智能,机器人

加快追赶的产业:芯片,制药等先进技术

同时,核能利用也将是减碳的有效解决方案之一。清华的高温气冷堆技术已经十分成熟,可以复产700-900度的蒸汽,这种高能量的蒸汽可以通过化学链技术同时生产氢气。2021年9月,石岛湾高温气冷堆核电站首次临界,三代清华核能人、数百位科学家历时三十年,终于完成了我们核能技术从“跟跑”到“领跑”的转变,率先实现第四代核电技术落地。未来,石岛湾核电站的顺利运行,将为200万居民提供生活用电,减少90万吨二氧化碳排放。因此,核聚变的成功也将是人类未来能源问题的解决方案之一。

最后,金涌表示,碳中和问题是规划人类未来命运的重要抓手。2060年碳中和的实现是一个时代的变迁,这是一个可再生能源主导的、代替了化石能源的时代,也是石油、煤、天然气从燃料变为材料、资源循环利用化的时代。我们将迎来全民、全行业全面提升的大产业变革,使中国经济发展摆脱资源和能源匮乏的干扰,使中国社会稳定地、长期地、可持续地发展。所以它的意义是巨大的,需要全民的共同努力。

自2019年4月第一期以来,“师友沙龙”已经完成从线下到线上,再到“线上线下双驱动”的进阶。升级后的“师友沙龙”将全面融合金融、产业和科创师友的智慧,采用线上、线下相结合的模式,通过学术研讨、案例研究和走访实践,全面打造校友新经济生态圈终身学习平台。

师友沙龙线下研讨会以产业经济为主线,邀请技术领军者、产业基金投资人及产业领先校友分享,聚焦行业分析及发展趋势,搭建新经济生态圈,辅以领军企业参访及案例研讨,为校友们带来全方位的产业学习。

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