碳中和资料库《包信和院士碳中和思考汇编》，由碳中和资料库知识星球社区编制完成，已于2023年3月20日在碳中和资料库公众号发布，供大家参考和使用。我们已经发布了《总书记碳达峰碳中和历次讲话汇总》《113个国内外经典零碳项目案例》《1+N政策体系汇总》等多篇双碳实用工具。碳中和从业者的必备工具。社区整理分享双碳相关资料内容超过万条，建立了10个板块，包括资料、培训、数据、文章、政策、问答、企业、专家、工具、招标等，致力于建成碳中和综合服务平台，已有近5000多位专业人士加入，是从事双碳工作的必备工具。开通年度会员获取全年内容。扫描下方年度码加入星球下载全部资料，支持搜索、收藏、聊天、提问等功能，与两千位专业人士共同探索碳中和时代机遇，加入后可获得星球社区成立以来和未来一年的全部内容。开通永久会员享受更大优惠。扫描下方星主码，添加星主开颜微信，申请开通或升级为永久会员，可获得更多福利权益，年度会员升级为永久只需补交差价。年度会员码星主码（永久会员）碳中和资料库1.重磅！总书记碳达峰碳达峰碳中和历次讲话汇总https://mp.weixin.qq.com/s/3hpszDjPU9fNruT_6pZdRA2.碳中和十大秘籍，2023必备工具：https://mp.weixin.qq.com/s/srIWKpP2CVhkbDGyK-j4NQ3.欧阳明高院士碳中和深度思考汇编https://mp.weixin.qq.com/s/4YoMpcqbI9CmuyXTHWHTrg4.113个国内外经典零碳项目案例汇总https://mp.weixin.qq.com/s/jbWTjW4q9cOqSRjGWhih9Q5.梅德文碳中和深度思考汇编https://mp.weixin.qq.com/s/TAXwMWVEE34m2iE79sHXfQ6.20位著名投资人如何看待碳中和https://mp.weixin.qq.com/s/9E9ZttanP5ug3FzcJzfUMQ7.制氢、储氢、加氢、用氢产业链全景图谱https://mp.weixin.qq.com/s/8vN9tollFSj7H_8YWKUS9A8.14家央企双碳行动方案汇总https://mp.weixin.qq.com/s/bT5rM4OqynjCST_BBB-gcA9.60位上市公司大佬聊碳中和https://mp.weixin.qq.com/s/pMNWEZm8HzwKmrwbuelGfg10.近300项！CCER方法学超强汇总！https://mp.weixin.qq.com/s/a2Nf55XSEpdfAAOmOwhCSQ11.中国完成碳中和的技术需求清单https://mp.weixin.qq.com/s/CzPhTOQnOOmRUohFqzR7Qw碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理目录专家简介...........................................................................................................11、煤炭如何迎来“第二春”............................................................................12、双碳这场仗注定难打.................................................................................113、实现碳中和，可再生能源是根本...............................................................164、未来碳达峰和碳中和目标的实现焦点是“绿氢”......................................195、先立后破推动能源结构调整，校企联动促进双碳成果转化........................276、“精准剪裁”煤分子，实现煤炭清洁利用.................................................337、我的“能源梦”........................................................................................368、中国贫油少气不缺煤，但很多省提到煤就怕！我们只能这么办...............479、使用氢能到底有哪些技术瓶颈？...............................................................6310、煤炭清洁利用，不仅仅是简单的“一烧了之”........................................6911、能源消费主体仍是化石能源.................................................................7012、氢能制造和储存还存在技术难关.............................................................75碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理专家简介包信和，第十四届全国人大常委会委员，中国科学院院士，中国科学技术大学校长。包信和从事表面化学、金属催化材料以及多孔材料等相关的催化基础研究和应用开发工作。工作重点集中在金属催化剂的表面化学、纳米催化理论，多孔材料的合成、表征，在催化中的应用研究和采用原位、动态方法观察在反应过程中，金属催化剂表面在时间和空间坐标下发生的结构自组合效应以及由此导致的非线性表面反应动力学特征等。他带领团队从碳管限域的金属纳米粒子催化合成气制乙醇的探索开始，系统研究了纳米限域体系中的突破性技术，其所研究的技术在烯烃合成领域被誉为“里程碑式新进展”，从原理上开辟了一系列天然气、煤和生物质等高效制备烯烃等高值化学品的新途径。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理11、煤炭如何迎来“第二春”发表时间：2022.12.29来源：中科院物理所作为世界上最大的发展中国家、能源消费国，“双碳”目标对我国能源高质量发展提出了更高要求，如何在国家能源安全得到有效保障的前提下，寻求更具韧性、包容性和可持续性的能源生产与消费方式，是实现“双碳”目标的关键。中国的科学家团体正在贡献智慧，为“双碳”助力。新型清洁能源开发技术、储能技术、化石能源的清洁使用技术……这些科技创新技术正在一点点改变我们的生活，给“双碳”绘上了绿色的底色。煤炭是我国能源结构的中流砥柱。在实现“双碳”目标过程中，能源结构改革是非常重要的一个环节。在这个过程中，煤炭将扮演什么样的角色？我国在煤炭转化的研究中都取得了哪些关键的进展呢？为此，我们采访了中国科学技术大学校长包信和院士。我们应该如何理解“双碳”？问：您是如何理解碳达峰、碳中和这两个概念的？答：一个国家，特别是像中国这样的发展中国家，发展过程中一定要进行工业生产，而生产是需要使用大量能源的。目前我们使用的能源主要是化石能源，燃烧之后会产生二氧化碳，因此在能源使用过程中就要排放碳。近几十年来，由于我国的经济一直在高速发展，所以能源的用量（包括碳的排放量）就一直在上升。所谓碳达峰，也就是希望我国尽快达到碳排放的最高值。我国现在希望在2030碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理2年以前实现碳达峰。实现碳达峰之后，我们要采取各种方法，在减少二氧化碳排放的同时，增加对二氧化碳的处理，最终使每年碳的排放量能够等于碳的自然吸收量加上处理掉的量，使二氧化碳的产生和清除达到平衡，这个平衡就叫做碳中和。问：您认为我国要实现“双碳”目标，最重要的难题是什么？答：我国能源生产占据了碳排放的80%以上。所以，要想按期实现碳达峰和碳中和的目标，最需要关注的就是能源。有三个环节需要我们重点关注：首先是清洁能源的获得环节，也就是本身不会产生大量碳排放的能源；第二是能源的使用环节，也就是研究如何在能源使用过程中减少碳排放；第三个环节就是排放环节，如何在这个环节中将要排放的碳进行吸收、处理。问：通过节能减排就能够实现“双碳”目标吗？答：这是一个误区。国家要发展，要产生社会价值和GDP，一定需要能源，因此碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理3社会需要的能源肯定是增加的。节能减排可以帮助我们提高能效（产量一致的情况下能耗降低），但是不会改变社会能耗增加的事实。也就是说，虽然节能减排能降低碳的排放，但要同时实现社会的发展和“双碳”目标，单靠节能减排是不够的。问：在实现“双碳”目标过程中，科技怎样给我们“赋能”？答：科技赋能主要体现在两个方面：新材料和新思路的提出，以及机制和原理的探索。在新材料和新思路方面，例如，现在太阳能电池材料主要是用硅，但是有一种新思路，不是完全用硅，而用一种叫钙钛矿的材料。钙钛矿材料从被发现到应用在太阳能转换上，仅用了十年左右的时间，但它的效率已经达到23%-25%，与硅材料有一定的可比性了。那么这些材料为什么能够将太阳能转化为电能呢？这就是科技赋能的另一个角色：机制和原理的探索。通过研究我们发现，太阳光所携带的能量，能够将这些材料中的电子激发出来，从而形成电流。太阳光中不同组分的能量是不同的，而不同材料中的电子被激发时，所需要的能量也是不同的。了解这个发电机制之后，很多科学家开始研究叠层太阳能电池，将硅和钙钛矿材料叠在一起，能够充分利用光的不同组分，使光能转换效率进一步提高。目前最好的叠层电池能够实现30%左右的转换效率，比单独材料制备的电池又要高出好多。问：您认为我国实现“双碳”目标主要面临哪些困难和挑战？答：主要的压力来自于两点：首先，我国的碳排放量本来就很大；其次，我国有较高的经济发展需求。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理4我国的情况和西方国家不同。欧洲发达国家基本上在上世纪80年代就已经实现了碳达峰，美国也在2005年左右实现了碳达峰。这些国家承诺在2050年实现碳中和，也就意味着他们有较长的时间来妥善安排进程。而且，发达国家的经济增速已经放缓，对能源的需求增速也不会有较大增量。但是，现阶段我国的人均GDP与西方国家相比还有较大差距，经济发展的速度仍然较快，能源需求还会进一步的增长，目前还没有实现碳达峰；在这一情况下，还需要同时考虑实现碳中和的问题。即便我们承诺2060年实现碳中和，留给我们的时间与西方国家相比，也少了很多，主要的压力也是来源于此。提出碳达峰和碳中和概念时，美国跟欧洲的人均GDP达到了2.5万美元左右，而我国是1万美元左右，就好比一个青春期的孩子正是需要大量营养来长身体的时候，突然被限制了吃饭的量，这是一个比较大的挑战。我们只能通过改善“饮食”结构，在饭量不增加的情况下也能获得充足的营养，这个转变是非常困难的，这也是另一个压力的来源。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理5问：实现“双碳”目标，我国有哪些优势？答：首先，在新能源的生产方面，我们的太阳能、风能和水能发电装机容量都在世界前列；而很多新能源生产所需要的设备和材料也都是来自中国，这些都是我们在清洁能源生产方面的先发优势。其次，中国幅员辽阔，能量资源丰富，这也是我国发展清洁能源的一个优势。因为无论是发展风能还是太阳能、甚至水能，都需要较大的场地，我国中西部地区的广阔土地会成为新能源未来发展的大舞台。第三，在舆论层面和文化层面上，中国的大众/公众也是比较接受可再生能源的。一个新概念、新事物，如果不能得到大家的认可，也就无法大范围地推广了。另外，近年来，我国在科技发展上的投入非常大。前面我们提到“双碳”目标的实现需要科技赋能，所以中国在新能源科技的各个方面都有非常大的投入，也掌握了一些世界领先的技术。问：您心目中的能源梦是什么样的，能谈一下吗？答：首先是能源安全得到保障。像现在俄乌冲突以后，欧洲在能源上面临的危机就很有警示意义。所以我的能源梦首要一点就是要有能源可用，要让我们的国家在能源上实现安全、自立、自主，这是我们科技工作者希望能够给国家做的贡献。第二，希望能源的生产和使用过程当中能够对生态环境友好。因为人类世世代代生活在地球上，当然也包括我们子孙后代，在我们的发展过程当中，不能因为能源的使用给子孙后代留下隐患。第三，就是能够让能源的获取更加便利、更加便宜。未来如果聚变能能够突破，碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理6那么从某种意义上来说，人类就可以源源不断地获取廉价的清洁能源了，这也是我能源梦中的图景。煤炭如何迎来“第二春”？问：煤炭是一种非清洁能源，为什么我们还要使用和研究呢？答：煤炭首要的特点是能量密度非常高，也就是说单位体积内产生能量很多；相比之下，风能和太阳能的单位面积上产生的能量较小。我们的生产生活需要大量的能量，因此煤炭这一化石能源很有优势。在化石燃料中，中国的煤储量相对于石油和天然气来说，还是比较高的。根据前几年的资料，我们现在探明的煤储量大概有1.5万亿吨，以我国现在每年开采40亿吨左右的速度计算，再考虑开采和使用技术的发展，我国的储量供应三百年或者更长时间，应该是没有问题的。也就是说，从能源安全的角度来讲，煤炭能源还是会在我国未来发展中扮演重要的角色，不是短时间内就能弃用的。目前，煤在我国能源结构的比重要占60%左右，所以即便煤可能有污染的问题，也不可能说不用就不用。另外，现在我国的石油对外依存度达到了74%。万一在运输和贸易过程中发生一些意外，那么我国的石油安全就会产生问题。在这种情况下，我们希望能用自身比较丰富的煤炭资源作为石油的替代品。最后一个因素是成本。总体来讲，相对于新能源，煤炭的价格还是比较低的，在考虑经济效益的情况下，煤炭的使用还是主流。因此，在一段时间之内，煤的使用不可能被替代。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理7也正是由于煤炭不可替代性，对煤炭的研究就变得非常重要。在“双碳”目标的实现过程中，在我们找到比煤炭更加优秀的替代品之前，不能先否定煤炭，而是要用科技手段将煤炭的使用变得绿色化，实现清洁、低碳、高效。问：从化工角度来讲，煤还有哪些价值呢？答：把煤转化成其它化学品，包括与石油类似的液体燃料，也是一个比较重要的方向。液体燃料是我国比较缺乏的资源。在很早之前，中国就把煤转化列为一项战略技术，以防备极端情况下的石油断供问题。把煤炭转化为液体燃料，与目前的国际油价相比是不经济的，因此不适合大规模生产，其价值主要体现在其战略性上。但是经过多年努力以后，通过探索和改善，我们发现煤的转化不只是一个战略储备性的技术，在某些层面上也能够实现经济效益。例如刘中民院士的研究（把煤通过甲醇变成烯烃的技术），在经济上已经可行了，也就是说用煤炭来生产烯烃碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理8是可以赚钱的，那么就可以大力发展了。煤炭转化——超级变变变！问：煤如何直接制低碳烯烃？相关研究与“双碳”有何关系？答：出于国家战略的需要，一战后德国就有人开始研究把煤转化成液体燃料或者其他化学品。因为德国的石油资源也不多，但是煤炭储量还可以。所以德国人把煤经过汽化，再用催化的方法转化成油（低碳烯烃）。从现在的视角来看，这个方法有一些问题。首先，煤炭中的氢含量相对于石油来说比较少，因此过程中需要消耗水来提供氢；而水中除了氢还含有氧，这些氧就会以二氧化碳的形式排放出来。据估算，以煤为原料生产一吨石油制品，需要消耗10吨左右的水，同时排放10吨左右的二氧化碳。所以，这种方法会消耗大量的水资源并产生大量碳排放，是不符合“双碳”目标要求的。另外，这种方法产生出来的烯烃碳链长度非常复杂，需要经过重新炼制才能够获得符合要求的产品。在消耗水、碳排放和选择性差这三个问题上，我们课题组的研究内容主要指向其中的两个。首先，我们的生产过程中可以做到不用水。第二，我们的工艺选择性很强。例如，在筛选2个碳原子到4个碳原子的烯烃过程中，选择性可以达到90%。虽然从原理上来看没有减少二氧化碳的排放，但是我们用一步就能实现原来要三步才能做成的过程，流程缩短了，也就降低了能耗，从而间接地实现了减排。如果使用新能源技术产生的氢来代替水，那么就不需要排出氧，这样从原理上就可以减少煤炭转化过程中的二氧化碳排放了。因此，煤炭转化的新技术如果能与碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理9氢能源技术的发展耦合起来，那么就可以进一步有助于实现“双碳”目标。问：在煤的优化利用方面，现在已经有哪些有益的探索，您能给我们举几个例子吗？答：我们的努力方向有很多，主要围绕如何在煤转化过程当中降低二氧化碳的排放。首先是将煤炭转化为含氧的产品的研究，例如转化为乙醇或者乙二醇，这样就可以减少二氧化碳排放。另外，我们还进行了过程优化方面的研究，通过提高效率的方式来降低二氧化碳排放。另外，我们也探究新的煤炭转化机制。根据前面的介绍，煤的转化过程需要先汽化，而现在的汽化方式是与氧气反应。由于引入了氧元素，后面需要以二氧化碳的形式将氧元素排掉。所以，要从根本上解决煤转化过程二氧化碳的排放问题，就需要在煤转化过程中不使用氧气。我们现在与中科大合作，通过高温等离子体碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理10加热的方法使煤炭直接发生转化，不需要使用氧气，就不排放二氧化碳了。我们也有研究组在碳处理方面取得了不错的进展，例如将二氧化碳与氢或者甲烷直接进行反应，生成化学品，效率非常高。只要能解决好产量放大的问题，就可以在碳中和过程中发挥作用。“轮到我们中国人想点事情做了”问：根据报道，您之前在和外国交流的过程中曾经提到过：“你们已经想出来的已经很多了，现在也该轮到我们中国人想点事情做了。”这句话体现了我国科研工作者的自信。您认为这份自信的来源是什么？答：说这句话的时候，是欧洲某家大型跨国公司请我们去交流，我们详细讲了我们煤经合成气转化的工作，如何实现一步转化。对方其实也一直在做类似的工作，但是没有想到这一点，他们感到很懊恼。我就说了那句话。我想，这个自信是一种基于事实的、发自内心的一种确信，是经过很多事实论证以后，确信我们的成果比他人的好。中国现在有很多方面已经走在外国前面了，但是不能盲目自信。盲目自信可能是因为我们对别人不了解，或者把我们单个进展的领先夸大成整个系统上的领先，这是不对的。我认为我们一定要自立自强，要有自信，但是我们的自信要基于事实，不要因一个小的突破而沾沾自喜，而是要着眼于最终的整体成果。只要能做出一些大家公认的成果，就可以赢得别人对我们的尊重和认可，这才是自信的真正来源。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理112、双碳这场仗注定难打发表时间：2022.8.17来源：上观百家号包信和说：只要方向是对的，再冷的板凳也能焐热。作为中国科大校长，他经常教导年轻人，不要一味地追热点，不可唯论文，要心怀“国之大者”，瞄准国家重大战略需求中卡脖子难题，要有坐冷板凳的决心，肯下苦功夫，作出对国家有贡献的代表性研究成果。这句话并不是说说而已。2021年，以包信和等人为主要完成人的中科院大连化学物理所团队因“纳米限域催化”项目获得2020年度国家自然科学一等奖，但在几十年前，他所从事的催化领域的特定方向，一度是个冷门专业。获奖当天，面对媒体提出的“怎么坚持下来”的问题，包信和回答很朴实：“干的就是这个嘛，而且做的过程中，也是有乐趣的。”新闻视频里，包信和弯弯的眼睛、短粗眉毛，看起来平易近人。这气质应该和包信和的生活经历有关。1959年，包信和出生于江苏扬中，这是一座长江中的小岛。1975年高中毕业后，城镇户口的他曾经被下放到农村老家干了一年半的农活，之后，他被分配到了县城的扬中县兽药厂工作。1978年，他第二次参加高考，一边工作一边复习了一个多月，没想到高考成绩在全县位列前茅。因为在兽药厂工作过，包信和选择了复旦大学化学专业。从江苏小岛到上海求学，1987年，包信和拿到了恢复高考后复旦第一批颁发的博士学位，之后顺利前往德国深造。1995年，包信和回到国内，但没有能够直接回到复旦大学，而是去了位于东北的中国科学院大连化学物理研究所。直到碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理122015年，包信和在组织调动下重返复旦大学任常务副校长。“不求所有，但为所用”2017年6月，包信和从复旦大学调任中国科学技术大学校长。2018年11月27日，中国科学院院士、复旦大学附属中山医院心内科主任葛均波，被正式任命为中国科学技术大学附属第一医院（安徽省立医院）院长，他在接受本报采访时说：“大约半年前，是中国科大校长包信和院士向我抛来的橄榄枝！”2020年12月31日，复旦大学经济学院分党委书记兼泛海国际金融学院党组织书记陈诗一，赴安徽大学任学校党委副书记、常务副校长。在陈诗一到合肥当晚，包信和为他接风，并向他介绍安徽及合肥的情况。这些上海的专家学者前往安徽履新的轨迹，正是几年前包信和曾经走过的路线。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理13关于长三角之间的人才流动，包信和提出：“最好是不求所有，但为所用。”就是尊重人才的意愿，不必在意人事关系在哪里，突破工作地和工作方式的限制，“你来了可以发挥作用，事情做好了可以回去，这样人才就流动起来了，合作院校也可以实现双赢”。在包信和任职中国科大校长之后，正逢长三角一体化进入“加速发展期”，长三角高校之间的交流日益热络。2018年12月，长三角地区五所“985高校”复旦大学、上海交通大学、南京大学、浙江大学、中国科学技术大学结成联盟，并宣布通过区域高校教学协作，为学生发展提供更多资源；2019年5月，由浙江大学倡议，“华东五校”共同发起成立长三角研究型大学联盟；同年9月，由“华东五校”共同发起的长三角高校智库联盟在复旦大学正式成立；2021年，同济大学、东南大学、复旦大学、华东师范大学、南京大学、上海交通大学、浙江大学、中国科学技术大学共同发起组建长三角可持续发展大学联盟。与此同时，中国科大也将研究的视角投向长三角。在2019年的长三角地区主要领导座谈会上，中国科学技术大学长三角科技战略前沿研究中心揭牌成立。这个智库也是由包信和建议成立的，目的就是使中国科学技术大学更好对接长三角、服务长三角和奉献长三角。对于中国科大在长三角动作频频，包信和说：“我们根植长三角的大学，学科建设、科技研发、成果转化全部立足长三角地区。”除了校际联动，中国科大在长三角区域深度开展校地合作。中国科大上海研究院就是其中代表，尤其是量子工程卓越中心的建设，创造了多项国际领先科技成果。“我们与沪苏浙的合作有一个原则，就是相关学科和研究此前在安徽、在合肥并未深入开展，同时符合当地碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理14发展需求，形成错位与互补。”包信和说。减碳发展迈出第一步根据计划，长三角碳中和产学研联盟今日将正式成立。这是由包括中国科大在内的长三角地区5所高校、4个研究院所以及13家企业事业单位共同发起成立的。联盟将聚焦助力长三角地区如期实现“碳达峰、碳中和”目标，凝聚长三角区域内相关高等院校、研究院所、产业集团及国内外科技界的智慧和力量，因地制宜，从能源的采集、转化、运输、利用、贮存、交易等全生命周期角度出发，通过产学研合作方式，直接提供减碳技术并落地实施，同时形成切实可行的长三角碳达峰碳中和体制机制、产业转型与创新技术发展路线，为全国碳达峰碳中和提供长三角模式。近年来，不少长三角城市在探寻减碳发展路径。“双碳大脑”“零碳工厂”“虚拟电厂”等一批新概念、新技术的出现代表了地区科技创新的活力。2021年，长三角生态绿色一体化发展示范区进行了一次摸清家底的“双碳”调查，建立了一个碳排放的数据库，并获得了一份《示范区碳达峰碳中和战略研究》中期报告。近日，《长三角生态绿色一体化发展示范区碳达峰实施方案》正式印发，提出到2025年，在两区一县（上海青浦、江苏吴江、浙江嘉善）分别完成上级下达目标的基础上，力争示范区能耗强度较2020年降低15%左右，碳排放强度较2020年下降20%以上；到2030年前，整体率先实现碳达峰并稳步下降，为实现碳中和目标奠定坚实基础。长三角的很多区域，“双碳”目标已经确定，但是这场仗注定难打。经验表明，实现碳中和目标，可能需要一国经济达到一定条件和水平。例如，发达经济体是碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理15在人均gdp超过2万美元时实现碳达峰，而目前我国人均gdp仅超过1万美元，能源消费仍处上升通道。这仗怎么打？关于这一点，包信和有着自己的看法。长三角地区要建设成为我国发展强劲活跃的增长极，就要求长三角地区激发市场主体活力，提高创新策源能力，提升参与全球资源配置和竞争能力，在促进我国经济提质增效升级中发挥“稳定器”和“主引擎”作用。借用这个耳熟能详的比喻，包信和提出：长三角也应该成为能源低碳、安全的“稳定器”，争创能源革命的科技策源地。包信和认为，我国没有时间重复发达国家“人均能源消费先快速增长—长时间饱和—再逐渐下降”的历程，因此，科技创新必须要发挥更加重要的作用。在此过程中，长三角理应有所作为。他建议，长三角的中科院研究所、高水平大学、国家实验室、金融机构、高新技术企业、产业联盟等应该联合起来，尽快在长三角开展“中心+基地”的体系化研究。看起来，今日成立的长三角碳中和产学研联盟应该就是计划中的第一步。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理163、实现碳中和，可再生能源是根本发表时间：2022.6.1来源：安徽商报5月27日，国轩高科第十一届科技大会在合肥举行，中国科学院院士、中国科学技术大学校长包信和以《碳达峰碳中和背景下的能源科技——浅谈可再生能源和氢能》为题作主旨报告，畅谈中科大与国轩的缘分，支招碳中和实现路径，详解二氧化碳转化利用。谈国轩：100多科大人在国轩工作应邀现场参加国轩高科科技大会，包院士非常高兴，他高度评价国轩高科长期以来一直致力于科技的发展，“国轩的科技大会已经举办到第十一届了，这种坚持的精神让我们非常敬佩。”他还介绍说，中科大一直跟国轩高科有着密切的联系，“刚刚张院长讲到，我们科大有80多位校友在国轩高科工作。但是我们统计一碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理17下，国轩有100多人与科大相关。”对于电池的技术选择，包校长表示他非常赞同国轩高科的做法，“一是提高容量，提高性能，二是安全性，最重要的是降低每度电储能所花费的成本。”他还透露，中科大长期致力于研究如何提高化学电源能量密度，并在开发高性能的锂电池以及快充电池方面，与国轩高科有较好的合作。谈双碳：新能源和清洁能源是根本实现“碳中和”是我国向世界作出的庄严承诺，是破解资源环境约束突出问题、实现可持续发展的迫切需要。包校长认为，碳中和目标实现，需要经济社会达到一定的条件和水平，把促进新能源和清洁能源发展放在更加突出的位置，积极有序地发展光能源、硅能源、氢能源与可再生能源，要推动能源技术与现代信息、新材料和先进制造技术深度融合，探索能源生产和消费新模式。他认为，实现碳中和与能源革命的必然途径有：化石能源是基础，可再生能源是根本，氢能技术是关键，负碳技术（如CCS/CCUS等）是未来。谈储能：氢作为储能载体作用重大结合专业领域研究，包校长着重论述了可再生能源规模化利用和储能问题。他认为，太阳能是未来可再生能源规模化利用的重点，具有成为未来重要能源的特征和潜力。太阳能电池未来发展的方向应该侧重于新材料、新工艺和新技术的应用，包括染料敏化太阳能电池、量子点电池、有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等，其中，高效/低成本的硅基叠层电池技术则是未来的发展趋势之一。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理18他提出，太阳能发电必须与储能系统配套。其中，氢作为大规模储能载体，将发挥非常重要的作用。氢的来源丰富，属于清洁能源，经济性相对较高，其中最为关键的就是制氢技术的发展和应用，解决这个问题的关键是要有能源，一个方法是太阳能光电水制氢技术，但效率相对较低，第二个做法是高温热解，但是能耗较高，还有就是电化学制氢技术，这是综合来看最可行的方法，关键是如何提升电解效率。中国科大目前正在推进这方面的研究。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理194、未来碳达峰和碳中和目标的实现焦点是“绿氢”发表时间：2021.3.5来源：中国科学技术大学20213年月5日，第十三届全国人民代表大会第四次会议在北京开幕。今年政府工作报告指出，要扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，包括制定2030年前碳排放达峰行动方案；优化产业结构和能源结构；推动煤炭清洁高效利用，大力发展新能源，在确保安全的前提下积极有序发展核电等。全国人大常委会委员、中国科学院院士、中国科学技术大学校长包信和在接受21世纪经济报道专访时指出，中国要力争二氧化碳排放2030年前达到峰值，力争2060年前实现碳中和的目标非常重要，但难度也很大。这一期间，高校要做好基础研究，积极配合碳达峰和碳中和的目标来主动调整一些专业方向，在一些关键领域能主动做基础研究。企业要优化工艺，降低能源消耗，减少自身的二氧化碳的排放，新能源企业要积极寻找新方法提高总量规模，支持可再生能源的发展，此外，还要积极参与到基础研究当中，通过投资与研究所合作，把研究所的技术快速推广出去。包信和还强调，未来碳达峰和碳中和目标的实现，包括可再生能源发展，最重要的当然是电，但是在能量转化以及二氧化碳处理和资源化利用过程中最为关键的就是氢。如何能够采用可再生能源，比较高效、便利地从水中获取氢，这是未来一个很大的发展方向。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理20未来碳达峰和碳中和目标的实现焦点是“绿氢”《21世纪》：“十四五”规划建议提出，要降低碳排放强度，支持有条件的地方率先达到碳排放峰值，制定2030年前碳排放达峰行动方案。你如何看待这一目标设定？“碳达峰、碳中和”目标将如何影响并重塑未来的生产方式和生活方式？包信和：现在很多人关注碳达峰和碳中和，我认为这也是我国一个非常重要的发展目标。地球环境是共建人类命运共同体中非常重要的一部分，中国作为一个负责任的大国，也是地球村的成员有必要完成在联合国会议上的承诺。此外，碳达峰和碳中和的实现从长远和可持续发展的角度也将有助于我国国民经济的发展和人民生活质量与环境的优化。要注意的是，这一目标的实现并不容易。首先，世界上一些发达国家，比如欧洲在上世纪七八十年代已经做到碳达峰，美国在本世纪初也达到这一目标。但是中国要力争二氧化碳排放2030年前达到峰值，力争2060年前实现碳中和的目标，从碳达峰到碳中和的时间跨度比一些欧美先进国家要短得多，难度不低；其次，我国是世界上最大的发展中国家，国家的发展离不开能源，因而发展中国家还处于能源应用、排放增加的过程。此外，中国的能源结构中煤占了很大的比例，但是煤燃烧后放出的二氧化碳的比例相对比石油和天然气都要高，能源结构的调整难度也很大；况且，中国还有许多尚不发达的农村，这些地区短时间内难以做到减少化石能源的使用甚至全部转为使用可再生能源。但总体来讲，我认为不管难度多大，我国肯定要朝着这个方向去努力，并最终实现碳达峰和碳中和的目标。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理21《21世纪》：我国实现“碳达峰”到“碳中和”的基础优势有哪些？包信和：从去年数据来看，我国化石能源比例占到80%左右，在这种情况下未来要实现碳中和的目标，能源结构上需要有非常大的调整，需要大幅增加可再生能源的占比。这方面我国起步也比较早，特别是可再生能源，比如光能、风能等有比较好的基础，装机总量和增长速度在国际上也排在前列。与此同时，中国用能总量很大，但是风能、太阳能等在能源结构中占比还是比较小，要想让这些清洁能源在能源结构中占据主流，肯定要花很大的努力来做。此外，核能发电所占比例也只有3%-5%，未来要想提高核能占比肯定还要克服很多困难。所以我国要想力争在2060年前实现碳中和的目标，在观念和技术上都还有很大的突破。《21世纪》：你曾提出，“我国能源转型将要在三个重要方向上着力：化石能源清洁低碳利用、清洁能源规模化以及排放二氧化碳处理和利用”。目前三个方向发展如何？包信和：未来要实现碳达峰和碳中和，这三个方面非常重要。其中化石能源要低碳利用，可以预计，未来几十年内化石能源仍还会占据一个比较可观的比例(2030年才能达到峰值)，在这种情况之下我们不能忽视化石能源，至少这几十年内一定要把化石能源用好，逐步降低碳排放。化石能源主要有三大块，煤、石油和天然气。总体来看，目前煤在发电中所占的比例还比较高，光电、风电等这些可再生能源的发电比例提升后，煤的发电可能会有比较大的降低。在作为化工材料的原料应用时，学校和研究所也在研究如何减少过程中排放的二氧化碳，也就是通常所说的高碳资源低碳化利用。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理22其次是石油，它现在我国能源结构中占比20%以上，石油要“吃光榨尽”，把它100%利用起来。现在已经有不少比较精准的炼油方法，比如所谓的“分子炼油”等都在发展，要千方百计提高资源利用，降低二氧化碳的排放。最后是天然气。天然气在我国的使用量相对较少，但从现有的估计数据来看，我国的天然气水合物和页岩气的资源量还是比较大。此外，因为天然气分子氢碳比比较高，其中氢的量就比较大，燃烧后生成的二氧化碳也相对比较少一些。所以，发展新技术，实现天然气的优化利用近期内应该会作为降碳的一大方向。《21世纪》：我国是否已经初步建立起一条完整的氢能经济产业链？下一步需要做好哪些方面的补链？包信和：中国的氢能产业一直在发展。但是氢在自然界中并不存在，都是从一些化石能源或者是水中置换出来。所以迄今为止我们使用的大量的氢，包括国外，95%左右都是从化石能源当中来的。但是化石能源制氢会产生大量的二氧化碳，未来所谓的“绿氢”一定要从可再生能源中来，如果通过电解水制氢这条路能比较经济有效地走下去的话，氢源的问题就能得到比较好的解决，就能形成比较完善的氢能产业链。我认为，未来碳达峰和碳中和目标的实现，包括可再生能源发展，最重要的当然是电，但是在能量转化以及二氧化碳处理和资源化利用过程中最为关键的就是氢。如何能够采用可再生能源，比较高效、便利地从水中获取氢，这是未来一个很大的发展方向。《21世纪》：这一方面，高校和企业能发挥哪些作用？碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理23包信和：高校首先要做好基础研究，积极配合碳达峰和碳中和的目标来主动调整一些专业方向，在一些关键领域能主动做基础研究。比如电解水制氢中，一般能耗都比较高，如何通过材料和过程的创新降低能耗、降低成本？再如，电解水一般都需要一个平稳的电源来操作，现在可再生能源发的电还不稳定，如何使用这种不稳定的电高效制氢？这些问题的解决都需要研究人员去努力。对于企业，本身在产品制造过程中会消耗大量的能源，也要排出二氧化碳，所以企业要优化工艺，降低能源消耗，减少二氧化碳的排放，并积极寻找新方法提高新能源的总量规模，支持可再生能源的发展。此外，企业也要积极参与到基础研究中，通过投资与研究所合作，把研究所的技术快速推广出去。“热起来”的基础研究和“卡脖子”问题的解决《21世纪》：今年政府工作报告提出，要切实减轻科研人员不合理负担，使他们能够沉下心来致力科学探索，以“十年磨一剑”精神在关键核心领域实现重大突破。如何能让基础研究“热起来”、让研究者能坐得住？包信和：现在很多人都说要让基础研究“热起来”，我想一般来说从事基础研究的科学家要耐得起寂寞，要有“甘坐冷板凳”的精神，所以如果“热起来”是指让冷板凳变得有温度，这是对的。假如说要让基础研究真的都“热起来”，变成另一波“热点”，大家都去做基础研究，这也会出现新的问题。因为基础研究并不是说单纯砸钱和增加人就可以出成果，有些领域还是要静下心来去做，要有阶段性，有科学发展的自然规律，要靠“磨”。“热起来”也千万不能变成要不断出“成果”、“沿途下蛋”，或是引起社会的不断关注。基础研究有它的特点，要有适合做基础研究的人坐下来思考。我本人还是比较赞成总书记指明的科学研碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理24究“四个面向”的方向，要聚焦重点、合理布局。《21世纪》：面对一些可能“断供”的、一些“卡脖子”的领域，如何实现科技自立自强？包信和：我想需要对“卡脖子”领域进行区分，不是说所有的“卡脖子”的事情都要靠举国体制来解决。比如“北斗”导航、空间科学这些问题就需要有举国体制来解决，但是最近发布的鸿蒙操作系统，也是一个“卡脖子”问题，它就是华为公司主持研究出来的。从国家层面看，需要对不同问题进行区分，有些适合举国体制来操作，有些应该集中市场的力量来操作。不能一提到“卡脖子”都要国家用举国体制解决。但总体来讲，科研人员还是要在重大国家战略需求中，找到基础的、关键的科学问题，并通过这些科学问题的解决来破解实际过程中遇到的一些“卡脖子”问题。“精英路上一个都不能少”《21世纪》：去年中科大推出《“一流本科教育质量提升计划”行动纲领》，并成立本科生院，一年来落实情况和成效如何？包信和：中科大的整个发展得益于一直以来对本科生教学与人才培养的重视，在我们招生过程中会出现这样的情况，有些家长不一定知道中科大在哪里，但都听说过有个中科大少年班，少年班实际上就是中科大本科生教育一个非常重要的品牌和实践。现在从国家层面来看，教育部也特别强调本科生教育。本科生教育是一个系统工程，不同于研究生教育有导师指导负责，本科生教育涉及的领域特别多，现在中国的教育体系下，很多学生从小一门心思就是读书，在他自己的个人发展中，包碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理25括某种意义上三观的形成，实际上并没有得到很好的自由发展。因而，一进入大学以后，这些学生在思想和意识上就会发生很大的变化，有时会迷茫。本科生阶段，特别是前两年的生活对他们来说是一个三观形成的时期，本科生教育对人的一生来说是非常重要的。中科大希望能发挥学校传统与特色，把本科生教育做好。去年我们推出《“一流本科教育质量提升计划”行动纲领》，成立一个本科生院，将招生、教务、书院和创新创业等内容都囊括进来，此外在本科生院的框架下还设立了外语教育中心、体育教育中心、通识教育中心和艺术教育中心等。现在来看效果不错，学生的心理状况、精神风貌等还是有一些变化。中科大一直在做精英教育，我们现在提出一个口号：“精英路上一个都不能少”。对于大学来说，一名学生是几千个学生中的一份子，但对一个家庭来说他就是100%，我们不搞牺牲大多数而得到少数“精英”的教育，我们希望通过教育，让每个人都能发出光彩、各美其美。所以学校下了很大的力气，希望能够把本科生的教育做得更好，让学生感受到中科大给予他们的培养与教育。《21世纪》：叠加去年未就业毕业生人群，今年大学生待就业数量再创新高，就业压力明显增大。对此你有哪些建议？包信和：新冠肺炎疫情发生以后，每个地方或多或少都会遇到各式各样的问题，对于一些中科大学生来说，去年遇到的一个问题是拿到国外高校录取通知书后难以出国深造。疫情之前科大每年的本科毕业生中有30%左右选择出国深造，去年也有20%左右的学生拿到国外的录取通知书，但是难以如期出国深造，这部分学生的就业或深造问题是需要解决的，否则就会影响学校的首次就业率。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理26根据初步统计，去年中科大73%左右的本科毕业生选择继续在国内深造，其余超过20%的学生需要去社会上直接就业，这其中还有部分研究生考试不如愿的学生会选择复习重考，实际上选择直接就业的本科生实际上是不多的，基本都找到了合适的工作。尽管如此，学校仍旧采取了很多措施，比如在校内设立一些创新创业的项目，如果学生暂时不想去就业，就在学校里做创新创业项目，把自己的想法做出来；学校还设立了一些科研助理项目，并鼓励学生继续攻读读第二学位。总体来看，在学校方方面面的努力下，到目前为止中科大全校学生(本科生和研究生)的整体就业率达到94.9%，应该说就业率还不错。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理275、先立后破推动能源结构调整，校企联动促进“双碳”成果转化发表时间：2022.3.17来源：21世纪经济报今年政府工作报告重点强调，要推动能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变，完善减污降碳激励约束政策，加快形成绿色生产生活方式。2020年9月，我国对世界作出“双碳”承诺，在经过一年多努力后，未来我国将如何加强绿色技术攻关、做好能源结构转型，更好地实现“双碳”目标？全国两会期间，全国人大常委会委员、中国科学院院士、中国科学技术大学校长包信和在接受媒体专访时建议，减碳工作应要结合中国的资源禀赋，在保证国家能源安全、国民经济发展和人民生活的基础上实现。这其中，怎样促进化石能源，特别是煤的绿色低碳使用是一个非常重要的方向。作为长三角重点高校之一，中国科学技术大学也在不断加强与周边高校和城市的联动。2021年4月，中国科学技术大学等华东八校联合成立“长三角可持续发展大学联盟”。包信和指出，长三角内高校、企业和政府的合作交流，以及与长三角外的区域合作交流都非常重要。高校要利用长三角优势在国内发展以及未来国际发展中起引领作用。一些不合理做法已改变问：传统能源走到了转型的“十字路口”，考虑到我国能源结构的实际情况，如何在保障能源安全和经济发展的前提下，加速推进改革？碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理28包信和院士：“双碳”目标的推进是一件重要的事情，但过去由于各个地方对政策的掌握还不够准确，采取了一些不合理的做法，实践中产生了一些负面效应。比如，有一段时间大家认为煤是一种比较高碳的能源，一讲到要低碳、实现“双碳”目标，就认为未来要很快减少甚至停止煤的使用。但实际上，富煤、贫油和少气是中国本身的资源禀赋，根据国家资源调查局的数据，我国现在探明可开采煤炭储量超过2440亿吨，去年我国原煤产量为40.7亿吨，随着探明量的不断递增，煤炭资源将会为我国未来100年的能源安全起到定海神针的作用，所以在“双碳”的背景下，如何做好我国煤炭这篇大文章，促进化石能源，特别是煤的有效使用，是一个非常重要的任务。现在大家的观念已经逐步转变过来了，中国现阶段还是要以煤为主，先立后破，稳步推进，最终要在能源安全，保障国民经济的发展和人民生活的基础上，认真做好减碳的工作。问：今年的政府工作报告对“双碳”有一些新的部署，比如提到要推动能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变等，我们应该如何理解？包信和院士：减碳这个大目标是不能变的。盲目“一刀切”的做法肯定不对，但现在也不能说完全放开、没有目标，各地“双控”任务还是很重。“双控”的目标非常明确，把此前不合理的政策做了一些调整，比如在煤的转化利用中，有些煤用于燃烧发电产生了二氧化碳，属于“双控”的范围。但有些煤特别是化工用煤，没有直接燃烧变为二氧化碳，而是转化成化学品，这一方面指标有所放松。也就是说，作为资源化利用的化石能源并不在指标控制之内。整体看，部分不合理的指标适当调整，但这并不意味着整个“双控”的指标就放松了，如果现在搞“碳冲锋”，未来碳中和的任务就会非常重。现在要下大气力“立”起可再生能源，尽可能快地调整我国当今以化石能源为主的能源结构。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理29利用好长三角优势问：在长三角一体化的框架下，如何进一步完善创新科研体制机制，实现区域联动，打通产学研用？包信和院士：长三角一体化是重要的国家战略，同时长三角地区在经济社会，包括科教文化等方面都发展得比较好。所以，未来长三角区域内高校、企业和政府的合作交流，以及与长三角外的区域合作交流都非常重要。其中，高校要利用长三角地区的优势，在国内发展以及未来国际发展中起到引领作用。长三角一体化国家战略提出以来，高校研究所也都做了很多努力，其中在实现“双碳”方面，长三角也建立了一个联盟。从安徽合肥的角度来讲，我们一直在提“两心共创”，即希望通过上海张江综合性国家科学中心和合肥综合性国家科学中心建设，合肥、上海两地能够互相联动，做到共创。中国科学技术大学一直也非常注重长三角区域内的合作与发展。我们办学一直是秉持小而精的特质，基本上没有在其他地方建分校，但近几年在长三角内，我们建了一些的合作研究机构。比如，在苏州有高等研究院，在上海也有上海研究院、量子科学中心，在浙江德清也有人工智能方面的研究院。现在，我们也积极参加了在上海建设的浦江人工智能平台和实验室等。可以看到，各类合作交流非常多，包括在人才培养方面，我们也有一些共同课程。今年4月9号，我们还将在合肥召开华东高校年会，一同来总结交流如何利用长三角优势和发挥引领作用。碳中和研究院第一阶段攻关四大方向问：今年1月，中国科学技术大学碳中和研究院成立，在碳中和研究方面中科大有哪些优势？碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理30包信和院士：中科大是以基础研究和应用高技术为重点的学校，在能源转化、太阳能、氢能等方面都做了长期的基础研究，积累非常深厚。“双碳”是应用性非常强的一个领域，中科大也是想把基础研究的成果和能力与国家战略更好结合起来，把一些成果从实验室逐步推向企业或者社会应用当中，这也是我们一个非常重要的目标。在此背景下，中科大成立了碳中和研究院，接下来希望通过与中科院研究所科教融合的体系，把优势的研究工作整合在一起。碳中和是一个长远目标，真正实现要到2060年，差不多还有近40年时间，所以这是一项长期工作。问：未来研究院将从哪些方面推进研究？有哪些关键领域技术亟待突破？包信和院士：结合碳中和的特点和中科大基础研究的优势，研究院拟定了几个大的发展方向：一是高效太阳能电池。目前，太阳能电池多使用的是单晶硅，单晶硅转化太阳能的能量转换效率为25%左右，还有很大一部分能量被浪费。当下，我们的研究聚焦在叠层电池，即通过几个电池材料叠在一起后分段把能量更好地利用起来。我们希望通过研究尽快能在实验室完成30%太阳能转化效率，并尽快推广出去。二是储能。储能方法很多，化学储能也有各种电池，其中锂电池现在发展得非常好。但锂资源在中国比较缺乏，未来可能会制约锂电池发展。所以，从未来的角度看，用其他廉价易得的物质来代替锂是一个比较重要的研究方向。其中，一个有希望的路线就是用钠来代替锂做钠电池，我校在这方面已经做了非常系统的基础研究，现在希望通过碳中和研究院这个平台能把钠电池做到规模化，使钠电池在大规模廉价的储能中能发挥比较好的作用。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理31三是氢能。从可持续发展角度看，最重要的一个路线可能就是可再生能源发电，通过电解水来制氢，就是通常所说的“绿氢”。碱性电解水工业化应用已久，但它电解水的能量效率很难提高，占地面积也比较大；质子交换膜水电解技术最近发展得很快，例如，中科院大连化物所与安徽阳光电源研制的装置，规模为260多千瓦，现已能做到4.1度电制1立方米的氢气的水平，但是，质子交换膜水电解装置的价格比较高，主要原因一是电极制备使用贵金属作催化剂，二是其中隔膜也大都是进口的，价格也比较高。所以，学界和工业界都比较看好碱性膜电解水技术，这种方法就不需要贵金属做催化剂，同时碱性膜现在国内的研究基本上与国际同步，经过大量研究以后，我们现在的碱性膜电解水的电流密度可以达到1.8~2A/cm2，效率已经能做到4.1~4.5度电制备1立方米氢气。下一步，攻关的关键就是碱性膜的离子传导力、寿命和价格。目前，中科大在已有高分子研究积累上，结合中科院大连化物所的电解催化剂技术，希望能突破。再者就是氢能的利用，中科大的氢能利用研究主要针对国家的急需领域，比如在大家都比较关注的流程工业中的减碳需求，即制造水泥、炼钢和化工等领域的减碳工作。我们希望发挥中国科学院合肥科学岛和中科大等长期在高温等离子体的加热方法研究上的优势，与氢能等低碳技术联合，把水泥制造过程中产生的二氧化碳同步转变为一氧化碳，与后续炼钢很好的耦合起来，采用一氧化碳和氢气还原的短流程炼钢，就可以不用或者少用焦炭，从而减少二氧化碳的排放。四是发挥中科大管理学以及一些交叉学科的优势。针对当前减碳的需要，我们成立了战略研究机构，对未来整个能源发展的战略，包括低碳技术的评估，碳足迹和技术集成示范等都在进行认真的研究。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理32以上几方面，就是碳中和研究院第一阶段的部署。后续，我们正在考虑二氧化碳的处理和利用，生物质作为能源的有效利用，未来能源互联网的AI技术应用等方面开展研究。问：减碳研究中，在专业联动和校企融合等方面还将有哪些措施？包信和院士：减碳是基础性、长期性、交叉性的工作，不是一个单位就能完成。我们在实践中利用了中科大科教融合优势，例如在碱性膜电解水的研究中，仅仅校内就有好几个团队参与，还有做电解催化剂研究的研究团队，同时校外我们还联合了中科院大连化物研究所和上海相关研究所的研究力量，他们在电池燃料、电解等方面具有丰富经验。再者，我们这次也采取了一些新的体制机制，采用企业出题，“揭榜挂帅”等方法，将碳中和研究院尽快地跟需求对接。现在，研究院已经与多家企业达成合作或意向。校企需要共同合作，才能够尽快把实验室的成果转化到应用中去，为国家作贡献。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理336、“精准剪裁”煤分子，实现煤炭清洁利用发表时间：2021.6.7来源：中国能源报清洁煤化工的未来发展之路，要摒弃野蛮的氧助气化过程，必须采用高效的催化剂和智慧的化学反应。在绿氢的帮助下，对煤炭分子进行“精准剪裁”，获得需要的化学产品，最终实现精准的“分子炼煤”。“在我国，80%以上的碳排放来自于能源使用，主要就是化石能源。因此，提及低碳发展，必然涉及到化石能源利用问题。大家也一直在问，未来实现碳中和目标了，以煤为代表的化石能源出路在哪里？”在近日召开的中国科学院学部第七届学术年会上，中国科学院院士、中国科学技术大学校长包信和抛出问题。在包信和看来，实现碳中和，意味着必须彻底颠覆以化石能源为主导的能源体系，构建以非化石能源为主体的新结构。对此，我国具备一定基础。“当前，我国一年碳排放量约100亿吨，每产生1万元GDP排放1吨二氧化碳。而在上世纪90年代，1万元GDP还对应约12吨碳排放，可见近年减碳的进展之快、变化之大。在此基础上，我国进一步提出碳达峰、碳中和目标。‘十四五’规划建议明确提出，支持有条件的地方率先达到碳排放峰值，制定2030年前碳达峰行动方案。相关研究显示，到2060年实现碳中和，我国碳排放总量将在20亿-30亿吨。”然而，减碳压力不容小觑。包信和坦言，我国煤炭占一次能源消费的比重虽然持续下降，但即便到2030、2060年，依然要重视煤炭优化利用的问题。“理论上说，可以通过二氧化碳捕捉与封存技术进行处理，但这件事的成本非常大。现阶碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理34段，处理1吨碳需要投入200-300美元。按照烧1吨煤排放2吨二氧化碳来算，吨煤处理费用至少在400美元，从经济性看根本不可能实现。”若想进一步实现二氧化碳利用，理论可行，但代价更高。包信和指出，其利用面临着存在规模不对等、分子能量低等现实阻碍。“比如，我国需求量最高的大宗化学品乙烯，目前年产量在6000万-7000万吨。即便拿出1亿吨二氧化碳来生产化学品，也只占到碳排放总量的百分之一，相比动辄百万吨的体量微乎其微。由于二氧化碳分子能量低，必须先活化、再利用，通过加氢等工艺才能完成反应。而目前，氢能基本来自以煤为主的化石能源，注入的能量比释放的能量还多，算起来也得不偿失。”基于上述情况，包信和提出，以煤为主的化石能源清洁低碳化是实现碳中和的路径之一。究竟怎么用？“现阶段，我国煤炭有两种主流利用方式——大量作为能源，直接燃烧发电；少量作为原料，制备化学品。电力、钢铁、建材、化工行业用煤，占比分别约为57%、16%、10%和8%。在技术成熟、成本降低的前提下，利用风、光和核等可再生能源替代煤电，逐步降低煤在发电中的比例是必然趋势。同时，我国对化学品的需求量非常大，其制备离不开‘碳’这一重要元素。我国很难像国外那样完全依赖石油化工，短期内通过生物质和二氧化碳循环利用解决碳资源问题又不现实，煤炭则成为最现实、最可靠的选项。”记者了解到，以煤为原料制备化学品，离不开碳、氢、氧三个元素的反应变换。也正因此，煤的结构及反应过程，决定其燃烧一定会产生二氧化碳，燃烧1吨煤大约排放3吨以上二氧化碳。煤化工项目往往又是用水大户，煤气化、合成及后续产品纯化、分离等环节均离不开水。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理35“煤转化是不是一定要耗水，一定排放大量二氧化碳？”包信和表示，石油化工是通过催化、蒸馏、裂解等方式，把大分子变成小分子，从而得到烯烃、芳烃等产品。其过程无需动用很多水，也不会过多排放二氧化碳，即可将油分子吃干榨尽。“从分子式结构来看，煤和油的差别并不大，二者区别主要在于反应过程。若能换一种方式实现煤转化，将煤中的大分子像石油炼制一样直接‘剪开’，也可以少用水、少排碳，就拿到我们需要的产品。”实现这些构想，离不开更新、更先进的催化剂，同时还需摒弃“野蛮”的氧助气化过程。包信和建议，通过高效催化剂及相关化学反应过程，在绿氢的帮助下，对煤炭分子进行“精准剪裁”。“也就是说，煤化工并不是一定要排放二氧化碳。”此外，针对当前备受关注的氢能产业，包信和给予了充分肯定。“氢能利用效率高、无污染，还可与多种能源耦合，可以说是实现碳中和目标的关键。当今能源体系是由化石能源产生电力、液体燃料，再到达最终用户。在未来能源构架中，氢能将与电力一起居于核心位置，为终端用户供能。而最大问题在于，氢不是一次能源，需要通过转化实现。在制备、储存、供给、应用等体系中，制氢是重中之重。”据包信和介绍，目前全球每年消耗氢气5000万吨左右，其中96%来自化石能源，很大一部分又是通过煤转化，仅4%来自电解水，而且所用电能也非全部来自可再生能源。“煤制氢价格最便宜，但碳排放最强。从城市发电得到氢气，目前成本每公斤为40-50元，价格最高。除了电价，多少度电产出1方氢也是决定其成本的关键。从原理看，只要是用碳作为能源和还原剂的地方，最终都能用氢替代，从而降低二氧化碳排放。”碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理367、我的“能源梦”能源对人类发展非常重要，小到我们每天用的手机、室内照明、家用电器、电子设备，大到飞机发动机，卫星上天的火箭推进器，都需要能源，所以能源在方方面面都是非常重要的。目前，世界总体的能源格局大概30%以内是煤，30%左右是石油，20%~30%是天然气，剩下的是其他能源和新能源。我们中国的能源格局和世界的不一样，当今，中国能源中的近70%还是煤，20%左右是石油，天然气只占1%~2%。世界上每个国家都有各自的能源发展战略，所以我们不能盲目跟美国、跟欧洲比，因为他们的资源结构同我们中国完全不一样，美国现在大量使用天然气、页岩气和页岩油，而欧洲主要用可再生能源，比如德国人搞风电和光电，法国搞核能，还有南美的巴西是在搞生物质能源。那么，我们中国到底要怎么做呢？首先，我们看看中国的能源现状。我们中国的能源有几大问题，一个是我们能源供给不足，特别是液体能源供给不足。中国现在一年消耗的石油大概是5.5亿吨左右，我们自己仅能开采2亿吨左右，也就是说近65%的石油要靠进口，相当于我们开车加1升油，里面近0.65升是从国外进口的。那么美国的石油进口比例是多少呢？以前也就是30%多。中国的石油进口量是每年3亿多吨，如果用10万吨级的船舶运输，那么就是平均每天要有十几艘油轮把石油运来中国。所以说，石油是人类社会生产和生活不可缺少的能源，是关乎我国经济命脉的战略资源，在国际石油资源争夺日趋激烈、国内石油资源储藏有限的形势下，开发新能源、解决我国能源问题是我国科学家们的使命。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理37下面，我们再看看如何把油变成化学品。原油要经过炼制，转化成汽油、柴油以及其他化学品。我先要问问大家了，谁能讲一讲汽油和柴油有什么不同？（学生A说：汽油和柴油的碳链长短不一样。）有没有人能讲清楚汽油这个碳链短到什么程度？你这个基本意思讲到了，但还不精确。（学生B说：汽油一般是5~10个碳，柴油一般是11~25个碳。）谁能讲得更精确一点？（学生C说：汽油是8~10个碳，柴油是12~16个碳。）这个答案就基本上对了。开车加油的时候，加油站有95号汽油和92号汽油的标志。这个92或95号叫辛烷值，是指汽油抵抗震爆的指标。辛烷就是具有8个碳的烷烃。而对柴油而言相似的指标就叫十六烷值。十六烷，顾名思义就是说具有16个碳的烷烃。汽油、柴油是怎么来的呢？原油经过蒸馏处理和催化裂解，按照碳链的长短被分成不同的产物，2个碳原子的就是乙烯，乙烯是非常重要的基础化工原料；3~4个碳原子的就是我们家里用的液化气；8个碳原子左右的产物就是汽油；16个碳原子左右的产物是柴油等。我们中国的石油储量很少，人均只有大概2吨左右，一辆车子如果行驶里程多一些的话，一年就要用掉几吨油。我们中国储量比较多的是煤。接下来的问题就是有没有可能把煤变成我们短缺的油呢？煤的主要元素是碳，油的主要元素也是碳，有没有办法可以把煤变成我们需要的化工产品？我们化学家就做了这件事，先把煤变成合成气，再把合成气催化合成汽油、柴油、芳烃等。除此以外，天然气，还有地球上大量生长的生物质，以后也是生产汽油、柴油、芳烃的原料。未来我们还能把二氧化碳也变成汽油、柴油、芳烃等。我们中国科碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理38学院的一个研究所已经在宁夏的宁东地区建造了年产400万吨油的装置。我们现在的年进口量是3亿吨，如果能够建造30~35个400万吨油的装置，就可以替代一半的进口。总书记在2016年7月19日也亲自去视察了宁东的装置。第二件重要的事情就是生产乙烯。现在乙烯的生产都是以石脑油为原料，它是石油蒸馏产生的介于汽油和柴油之间的馏分。通过催化裂解把石脑油的碳链“剪短”，“剪”成2个碳，就是我们所需要的乙烯。我之前所在的大连化学物理研究所就一直在做煤基合成气转化制烯烃技术的研究，以替代石脑油为原料生产乙烯的路线。为什么要做这方面的研究呢？大家知道，要生产1吨乙烯，需要用到3吨石脑油原料；而炼制3吨石脑油需要10吨的原油，也就是说10吨的原油才能炼出1吨乙烯（当然，不是说10吨原油就炼1吨乙烯，它还能炼出其他产品，而是需要这么大的炼油能力）。采用大连化学物理研究所的技术，未来就可以实现以煤为原料生产烯烃，按照现在的生产能力，用煤生产1600万吨的乙烯相当于替代1.6亿吨的原油炼制能力获得的石脑油。煤制烯烃过程有一个很大的问题，就是需要加氢。那么多氢从哪儿来呢？现在的技术是通过一氧化碳与水反应，从水中置换出氢，同时一氧化碳转化为二氧化碳。就这一部分来说，生产1吨的乙烯，大概需要消耗3吨水，放出6吨二氧化碳。生产其他的化学品，比如甲醇，也都会放出大量二氧化碳。大家都知道煤化工的一个问题是二氧化碳排放，二氧化碳是温室气体，大气中二氧化碳含量的提高加剧了温室效应，是造成全球气候变暖的主要原因。煤化工的另一个问题就是耗水。这两个问题不解决，就会破坏环境、破坏生态，这样发展下去国际社会也不会同意，中国的煤化工就走不远。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理39那么，我们能不能不耗水来做煤转化呢？这也是我一直在做的研究，下面我就来讲一讲。大家一讲到煤化工，就会提到两个非常重要的德国人，Fischer和Tropsch。他们在20世纪20年代就发明了一个把煤变成油的工艺——费托（F-T）合成（图1），此后“费托合成”就变成了这一领域的“圣经”。说到这里还不得不说德国人在20世纪前半叶在科学上确实取得了非常多的成就，比如普朗克提出了量子理论，爱因斯坦提出了相对论，哈伯发明了合成氨，纳塔等发明了聚乙烯等，如今德国在新技术方面的创新报道少了，现在世界技术创新的中心已经慢慢移到美国去了，那么从我们发展的趋势来看，未来这个中心也完全有可能迁移到我们中国。我希望你们这代人能够参与其中。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理40还是回过头来讲催化，催化是一项非常神奇的研究，例如，都是以一氧化碳和氢作为原料，用不同的金属和化合物作催化剂，得到的产物却完全不一样。采用基本一致的反应条件，30个大气压，200~300°C，如果把催化剂稍微变一变，甚至不改变催化剂，只是把组分的含量稍微改变，添加剂稍微改变，得到的产物也会完全都不一样，这就是催化的魅力所在（图2）。那么“费托合成”究竟是个什么过程呢？我简要讲一下：采用金属催化剂，气相中的一氧化碳吸附在催化剂金属表面上后，这个碳原子和氧原子中间的键就“剪”开了，在表面形成氧原子和碳原子；当氢也吸附在催化剂金属表面上时，解离成两个氢原子，解离的氢原子与氧原子反应生成一个水分子，并且从催化剂表面释放出去；在这一过程中，从水中置换出的宝贵氢又与氧原子反应生成了水，也就是说这一过程需要一个水循环；另一个过程是碳碳的偶联反应，在费托反应中的碳碳偶联遵循统计规律，所得到的产物有两个碳、三个碳的烃，还有碳链更长的，碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理41这个反应产物的分布被称为ASF分布，产物中既有乙烯、丙烯，也有汽油、柴油，很难得到高选择性的目的产品。这个技术经过了90多年的发展，以制低碳烃（C2~C4）为例，目前选择性最高不会超过58%。换言之，如果你想生产低碳烯烃，原料气100个碳原子只有20个碳原子能够变成我们需要的产物，所以说这个反应的选择性非常差（图3）。我在大连的研究组一直在做煤基合成气制烯烃的工作，到现在差不多有十年时间了。最近，我们发明了一种新的催化剂，应该说是一个完全创新的催化剂体系。我们把氧化物和分子筛耦合起来用到了合成气制烯烃的反应中，结果发现，产物基本上都是C2~C4的烃类（包括烷烃和烯烃），选择性可以达到90%以上（图4）。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理42前面我讲到，费托合成的选择性最高是58%，而我们的技术远远超过了这个数值，并且催化剂也非常稳定，这是世界上从来没有报道过的。我们做了大量的基础研究工作，现在已经基本上把这个反应的机理搞清楚了。催化剂中的部分还原的金属氧化物起了非常重要的作用，一氧化碳在氧化物的表面缺陷位活化，解离成表面氧原子和碳原子，由于氢分子不容易在氧化物表面吸附和解离，这样一氧化碳解离形成的表面氧原子与气相或吸附态的（还不是非常肯定）一氧化碳反应，生成二氧化碳离开表面，同时，气相氢分子（还未获得确切的实验证据）与表面碳原子反应生成烃类中间体（初步实验证明是OC—CH2类烯酮），这类中间体不能在氧化物表面稳定存在，生成后即从氧化物表面脱附，进入偶合在一起的分子筛孔道中。利用分子筛孔道限域和择形特性，我们就可以高选择性地制备出我们所需要的产物。使用的分子筛孔道大，就容易形成大分子的产物，反之孔道小就会得到小分子的产物，也就是通过控制分子筛的孔道大小和酸性，就能控制反应产碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理43物的分布（图5）。我们的实验证明原料中的100份碳，有43份会生成我们希望的低碳烯烃目标产物。与费托合成相比，这个数值是非常有优势的。德国人所发明的费托合成是用碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理44铁或者钴（氧化物或碳化物）作催化剂，在这类催化剂的表面既发生一氧化碳的活化，又要发生碳链增长的偶合反应，有点像小孩子玩跷跷板游戏，一侧是转化率，一侧是选择性，反应的转化率高了，选择性就降低了，二者不能兼得。而我们发明的复合催化剂体系，把一氧化碳活化和碳链增长的反应分开，就可以实现同时提高选择性和转化率（图6），同时，由于采用另一个CO分子消除CO解离后留在催化剂表面的氧原子，在CO2排放量与F-T过程相同时，我们这个过程不需要水循环，也就是说反应过程不需要水参与（当然反应工艺中还需要水进行包括冷却在内的不同环节）。2016年，我们的这项研究工作发表在Science上以后，得到了国内外学术界和产业界的广泛关注，专家评论认为，我们发明的这一方法（我们命名为Ox-Zeo路线）未来很有可能使整个一碳相关的化学工业发生改变（图7）。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理45目前，一碳化学中一个关键过程煤转化制烯烃的技术有三条线路：一是通过甲醇的方法，一是用费托的方法，还有就是我们的这个直接转化的方法。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理46我们这个方法在节水和提高产品选择性方面有明显优势，那么大家可能马上就会问，为什么说这个过程可以不用水或者少用水呢？大家知道，煤化工中煤首先要经过气化制成合成气，变成了氢气和一氧化碳，一般说来，氢气和一氧化碳的比例是0.5∶1。我们要从1个一氧化碳和0.5个氢气出发，想办法得到一个碳原子和两个氢原子组成的结构，使它们进一步偶联起来就是汽油、柴油，就要提高体系氢碳比，要补进氢气。费托合成采用的方法是加入水，水与一氧化碳反应生成氢和二氧化碳，而我们的做法是让一个一氧化碳分子和另外一个一氧化碳分子反应，得到一个碳原子和一个二氧化碳分子，一个碳原子加一个氢分子就得到需要的中间体（图8）。这样，这个反应过程本身就具有不耗水的特征。还有，我们这个工作得到了国家领导人的批示，目前我们正在积极推进这个技术的放大。讲到这里，就又回到了科学家的责任和义务这个主题。我们是从事能源研究的，我们的研究要解决人类未来的能源问题。我们现在的这项把煤通过合成气直接转化为烯烃和液体燃料的方法，与传统的方法相比虽然很有优势，但这个过程还是会产生二氧化碳，所以我们希望未来用光电、风电产生的电来电解水产生氢气，用氢气还原二氧化碳，使二氧化碳转化为我们所需要的产物。如果这条路能走通的话，那么我们就能够实现二氧化碳的零排放，同时也将实现全碳的利用。我相信未来这个目标一定能实现的，可以说这是一项变革性的技术。我现在正在就该技术跟科技部在沟通，希望能够在国家层面上立项来做这项研究。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理478、中国贫油少气不缺煤，但很多省提到煤就怕！我们只能这么办如今，空气污染、温室效应、气候变化，令石油、煤炭等传统化石能源失去昔日光环；消耗巨大、储量有限，更是让能源危机的阴影笼罩世界。我国作为世界最大的发展中国家，能源需求仍在持续增长，能源消费结构也存在较大问题。2018年，我国能源消费中煤炭占59.0%。石油和天然气虽然比重较小，但是对外依存度很高。贫油、少气、煤炭较多，我们如何充分发掘煤炭的潜力，保障能源安全？黑色的煤炭能否给我们带来绿色的惊喜？迎接能源革命，新能源百花齐放，氢能更是备受瞩目，甚至被誉为解决未来人类能源危机的终极方案。然而，目前氢能技术尚未成熟，还面临成本高，效率低等诸多难题，氢能社会离我们还有相当距离。氢能发展目前遭遇到哪些技术瓶颈？我们该如何突破？面对重重难题，催化技术被寄予厚望。催化是一种化学作用，它可以改变化学反应的难易程度和速度，是自然界中普遍存在的重要现象。比如消化、发酵等过程都离不开各种酶的催化。而在工业生产中，绝大多数化学反应也都是在催化剂的作用下进行的。那在能源领域，催化技术如何大显身手？如何通过催化技术破解现实中的种种能源难题？嘉宾简介：碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理48包信和，中国科学技术大学校长、中国科学院院士。今天我想从科技工作者的角度跟大家讨论一下，关于经济与生态环境的协调发展。好多环境问题都是和能源有关系的，能源又离不开化学。那么我们现在从化学家碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理49的角度来看，未来的能源世界会是一个什么样子呢？在绿色可持续发展当中，化学到底能做些什么事？这里面最重要的一件事情就是催化科学。我们都是搞化学的，我们很自豪。我们一直都在讲化学是中心科学，我们生活在一个化学时代。在整个能源环境当中，实际上我们化学一直在做的就是这三个元素：一个是碳，一个是氢，一个是氧。碳跟氧结合，氧多了就是二氧化碳；碳跟氢结合起来就是烃类，烃类就是我们的油品，我们的化学品；氢跟氧结合起来就是水，或者就是其它一个水，我们化学基本上就是做这样一件事儿。催化是化学当中的一个非常重要的领域。大家可以看到，不管是电解水也好，转化反应也好，处理二氧化碳也好，没有哪一件事情会离开催化这件事。催化如何促进绿色经济的发展，要聚焦在这三个方面：一个就是化石资源的优化利用，就是我怎么把化石资源利用好；第二个事情就是我们有没有可能把二氧化碳利用起来；第三个事情，也是现在大家比较关心的事情，就是氢能做燃料电池，我们到底怎么看这样一件事儿。首先来看看我们国家整个的能源环境，关于绿色发展都遇到了哪些挑战？“贫油、少气”，如何通过催化发掘煤炭的巨大潜力？世界上能源结构的比例是三分之一左右是煤，三分之一左右是石油，再三分之一左右是天然气，大概还有一部分是可再生能源。但是对于中国来说，情况就不一样了。中国在能源结构中长期以来一直是以煤为主导的，甚至有些地方的煤可以达到80%。但通过现在这几年的变化，我们使用煤的情况在能源结构里面的占比逐步降低了，去年煤的使用大概就占到60%左右。按照现在石油开采的量，中国探明碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理50的可开采的石油大概可以采十二年，天然气大概是三十年左右，煤多一点，大概就是四、五十年的样子，或者是更多一点。而从对外依存度来看。比如说现在我去加一箱油，70%左右是进口的，30%是我们中国自己开出来的；天然气大概45%左右是进口的，50%左右是我们自己开出来的。中国的能源强度非常高，能源强度是什么意思呢？一万美元的GDP（国内生产总值），我们中国消耗的能源跟国外消耗的能源不是可比的。本世纪初的时候，我们消耗的能源大概是日本的8—10倍。也就是说，我们生产一万美元的GDP（国内生产总值），我们消耗比如说是8份的煤，日本人可能就消耗1份的煤。所以我们的效率确实是非常之差的，再加上由于烧煤这个事儿，对我们的空气、水的污染非常之大。到底中国怎么发展？从2000年到2018年中国石油、天然气的对外依存度数据来看，所谓依存度，就是我们到底要进口多少？2018年我们进口的天然气大概是45%，进口的石油依存度大概是70%。但我们现在一年开发多少油呢？大概最大的产出量不到2亿吨，现在差不多1.9亿吨这个样子，但我们要用到6亿吨这样的油。接下来我们肯定是开发不了这么多，但对于中国来说，真正资源占比比较大的，相对来讲就是煤。自然界有它的一个安排，中东那一块油多，中国这一块相对来讲就是煤多。有些煤矿里面，十几米全是煤，就堆在那个地方，我们再用机器去把它挖出来就是煤，而且就是好煤。所以对我们中国来讲，有一件事情是很有必要做的，而且是战略性的，就是怎么把我们已有的资源，把我们的煤变成我们有少的油、天然气或者我们的化学品。这块东西美国人不做，因为他们的油、天然气很多，它根本不会碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理51要用煤来做这个事儿。欧洲人做不做呢？欧洲人也不做。所以实际上这一块东西，就是非常有中国特色的，我们是一定要将此作为我们战略的储备。但做完以后是不是马上就开成工厂大量生产？这个不一定，要看经济情况。经济有需求我就用它，经济没有需求我就不去用，但是我们一定要知道怎么做能把煤变成油，或者变成化学品，这个是我们一直在做的。我想我们在座的可能也有很多人也在做这件事，而且这件事情还是中国人做得最好。比如煤制油这一块，我们中国16万吨年产量，煤制油做了好多，我们中国最大的一个煤制油的工厂在宁夏的宁东这块地方。最大的一个装置一年可以供我们生产400万吨油，这个量就是很大的。中国还做了一件事就是把煤先变成甲醇，然后再把甲醇变成烯烃。烯烃是一种碳和氢组成的化合物，它是重要的化工基础原料。广泛用于生产塑料、橡胶、服装、汽车、家具、装饰材料、包装材料等多种产品。在工业上，烯烃主要通过石油裂解来生产，也可以通过甲醇、乙醇等其他原料等制取。如果能直接利用煤生产烯烃，可以大大降低石油的消耗。煤变成甲醇以后，再把甲醇变成烯烃，然后再把它变成聚烯烃，整个这是一个产业链。以前烯烃我们都是怎么来的呢？都是炼油过程当中产生的石脑油，把石脑油裂解变成烯烃。10吨的原油大概可以炼3吨的石脑油，3吨的石脑油可以炼一吨的烯烃，10吨的原油才能搞出一吨烯烃来。我们中国大概一年消耗烯烃大概就4000万吨左右，也就是说炼油能力就要到4亿吨才能够做这样一件事。现在呢大家可以看到，有1000多万吨我们可以从煤中来，这解决了很大的一个问题了。所以这个对中国人来说是很重要的。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理52但是一谈到煤这件事吧，好多地方都打怵，为什么打怵呢？一个是因为煤有污染，一个就是中国还缺水。大家都知道，可能有些人对这个煤化工了解，要搞煤化工它一定要用水。我们到底怎么来解决这样一个问题？那么我先给大家看一看煤是一个什么样的东西，别以为煤就是个炭，不是的。你要把煤仔仔细细看到里面，它有很多分子。自然界经过光合作用，把二氧化碳跟水什么东西弄在一起，氢同碳弄在一起就变成不同的芳烃。这样一个烃的分子后面再埋在地下去以后，这些分子慢慢就在这个里面了，这些分子好多都是我们需要的。那么大家在想，有没有可能直接把煤用催化剂把它像剪刀一样剪下来，变成我们需要的东西呢？大家知道，石油炼制它是用催化剂把这个油品剪断以后，拿出我们需要的东西来。那么哪一天有没有可能这个煤也找到一个催化剂，或者怎么样把它剪断，不就是我们需要的东西了吗？1924年，有两个德国人，一个叫弗朗兹·费歇尔，一个叫汉斯·托罗普施，他们就把这个过程弄出来，叫“费托过程”。九十多年来，一直是这样一个过程。“费托过程”是怎么做的呢？是用一个水跟这个一氧化碳反应，变成了一个氢气加二氧化碳，就是水煤气变化反应。那接下来再用这个氢气把这个一氧化碳的氧给拿掉，变成了水，一氧化碳跟氢反应就变成了CH2（低碳烯烃）。那我们现在做了个什么事呢，这十几年我们就做了一件事儿，就是不用费托反应这个催化剂了，而用另外一种氧化物作为催化剂。就直接用催化剂把这个一氧化碳跟这个氧反应，变成了二氧化碳，这个碳跟这个氢反应变成了这个东西。那么一个优点就是不用水了，再循环是没有了；还有一个优点就是把这三步的反应最后就变成一步了。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理53现在世界上做得最好的，比如说做烯烃，也就做到58%的低碳烃选择性。那我们就用这个反应去做，因为它选择性高了嘛，它一下可以做到百分之九十几的低碳烃选择性。大家知道，这个百分五十八同百分九十几可是差别很大了。这件事情出来以后，我们不光是就做这样一个反应，我们把这个概念进一步推广，它实际上是一个平台，最起码可以少用水，少排二氧化碳，少耗能，因为这个过程就节能，而且它的反应选择性高。所以这个过程也就是一个绿色的过程，我为什么讲催化能够来支撑绿色发展呢？支撑这个协调发展呢？那这个也就是我们做的一件事，就通过催化在煤化工当中来支撑绿色发展这样一件事。全球变暖已成为制约人类经济社会可持续发展的重要障碍，温室气体排放将导致全球平均气温上升，引发冰盖融化、极端天气和海平面上升，危及人类生存。二氧化碳是当今最主要的温室气体，也是人类面临的最大挑战之一，联合国专门针对二氧化碳减排进行过诸多努力。但是，在科学家眼中，二氧化碳除了危害，还是一种储量丰富的“碳源”，如果能借助科技手段将其“变废为宝”，不仅能缓解碳排放引发的温室效应，还将循环利用，成为理想的能源补充形式。如何将温室效应的元凶，变成我们可持续发展的资源呢?催化能否将温室气体二氧化碳变废为宝？什么叫温室效应？我们小时候在乡下买棒冰，卖棒冰的人会把这些棒冰摆在一个箱子里，上面用被子把它盖好，当有人来买了，几分钱一根就拿走了。我小时候就一直就想不大通，为什么要把棒冰用被子盖起来呢？棒冰不是怕热吗？用被子盖起来不是更热了吗？因为我们平常都有这种印象，我们冬天天冷才盖被子，为碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理54什么要把棒冰盖着被子拿出来卖呢？我后来慢慢就知道了，实际上，盖被子是为了隔热，使热量不散发出去，达到保温的效果。所以现在大家就认为，二氧化碳多了以后，就在我们的大气层上面产生一个像被子一样的东西，把地球给盖上了。但地球的能量从哪来的呢？是从太阳来的，太阳的能量有很大的一部分是要通过红外光散发到大气当中去的，以此来保持地球温度基本平衡。那么，假如说给地球盖上一个“被子”，不管厚的、薄的，那来自太阳的能量散发起来不就是难了吗？地球温度不就增加了吗？所以根据这个理论就说，二氧化碳是温室气体。世界上大概一年要将400亿吨左右的二氧化碳排放到大气当中去。早年中国的二氧化碳排放量是非常低的，总量非常低，人均排放就更低，那个时候欧美这些发达国家排放的量是很大的。这几年以后，这个量慢慢在增加。改革开放以后，在经济有了大的飞跃以后，我们的二氧化碳排放量是非常大的。根据统计，到2018年的数据来看，中国每年要排100亿吨左右的二氧化碳，其中工业排放的二氧化碳特别多，以煤为主的这样一个能源结构使中国在环境方面的压力非常大。国际社会就坐在一起商量，大家认准了二氧化碳是温室气体，它会对地球的温升包括环境有很大的影响。那么大家就在考虑要限制二氧化碳的排放。西方人就说要先限制，先把一个总量控制好，先把该减的减下来。所以，不管是《巴黎协定》也好，气候谈判也好，中国都在其中发挥了很大的作用。最后我们中国认为，西方发展得比较早，而二氧化碳在大气层中可能都是经过百年或者几百年排放的积累了。那么，现在中国要发展了，而西方突然限制了，我们就变成不能排放了。曾经有一段时间飞机飞到欧洲去要收碳税的，不收碳税就不让飞机降落，因为飞机排放二氧化碳。所以，万一未来哪一天世界上都说二氧化碳是一个问题，中国人排放了三分之一的二氧化碳，一定要收中国人的税，我们还真没办法解决，是碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理55吧？大家又在说了，我能不能用能源，但是不排二氧化碳呢？但是我们知道，只要是用了化石能源，碳加氧总要产生二氧化碳。一吨的煤就要排放两、三吨以上的二氧化碳。还有人说，二氧化碳是能量来的，那么我就少用能，但少用能的话对发展来说是不是就有问题了呢？我们中国就想对国际社会承诺，二氧化碳排放与发展是有关系的，但并不是说少排了二氧化碳发展就一定慢了。从这个地方来看，减少二氧化碳的排放和发展之间的关系也不是完全对应的，也就是说我们还是要想办法用可再生能源，少排二氧化碳，这样就对国际社会、对大家都有好处。但是现在假如说可用的可再生能源也不多，现在二氧化碳也都排出来了，或者马上还要排二氧化碳怎么办呢？美国人就想了个办法，叫CCS，即二氧化碳捕获和封存技术，将产生的二氧化碳收集起来，把它变纯了之后再把它压缩。我们不是已经开了那么多煤矿吗？我们最后能不能把这些压缩的二氧化碳藏到矿井里面去，或者藏到岩石里面去？还有人说藏到海底去。美国人用的这个方法叫CCS（二氧化碳捕获和封存技术），要花很多钱，大家都在做这件事。大家判断一下，将压缩的二氧化碳摆到岩层下面去或者摆到什么地方去，这个事情是不是靠谱呢？当然要是保存得好的话也是蛮好的。但万一哪天地震了或者什发生什么自然灾害呢？关键问题是什么呢？就是费用特别大，大到什么程度呢？比如说，我们现在最高的发电厂的能源效率大概是50%左右，一半的废热散掉了，还有一半就是发电了。假如用这个方法去弄，以后发电效率就变成40%，也就说有10%的能源都去处理二氧化碳了，那这个事情到底是不是合适呢？但是现在也在研究，也没有哪个地方大规模地做这件事。但马上就会有人问了，碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理56我们能不能把二氧化碳用起来呢？最近还有人在做什么事呢？就是在电催化转化上面二氧化碳加甲烷这两个共转化以后，变成化学品甲醇，将来再变成乙烯、乙醇这样的东西。假如说未来直接用电把二氧化碳在电极上面用水或者甲烷这样东西，就能变成我们需要的化学品，我认为这个过程还是可行的。因为电化学过程规模做得比较大的，而且它的法拉第效率相对讲比较高，专一性比较强。实际上重要的一件事情是什么呢？就是把二氧化碳转化这件事可以看成一个储能的过程。也就是说，你把风能弄来，把二氧化碳变成甲醇，实际上就是把这个光电风产生的电能，最后就变成了甲醇，把能量储存到甲醇里面，甲醇再一燃烧就获得能量了。很多人就畅想，未来有没有可能做成一个树叶，因为树叶是通过光合作用把水、二氧化碳变成我们需要的烃类了。那么未来有没有可能用人造树叶直接进行转化？还有人就用一个光反应器，直接把二氧化碳、水加进去，光一照，在催化剂上面，我们就可以得到燃料、油品。这些有没有可能在可再生能源场景下转化二氧化碳呢？我自己认为是可能的，但什么时候能实现就不知道了，就得要靠大家来共同做这个事儿。我想大家都是任重道远，这个事情在科学上都是可行的，但怎么把这些事情变成一个实际的过程，要大家去费很多劲来做这件事，所以这是一个美好的愿景。人类对能源的追求永无止境，而各种新锐能源正演绎着各自的风云，试图在未来的能源体系中占据主导地位，氢能就是其中之一，它被称为21世纪的终极能源。在人们的期待中，氢能取之不尽、清洁高效，还不会产生二氧化碳这种温室气体，不会有化石能源的枯竭焦虑。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理572018年我国将氢能源及燃料电池的产业定为发展元年，日本也成为全球首个将氢能发展定为国家战略的国家。但是，不可否认的是，现在的氢能还不是最方便、最实用的能源，很多卡脖子的技术问题还制约着氢能的广泛应用。未来，我们如何解决氢气主要依靠化石能源制备的问题？怎样突破氢燃料电池的耐久性和氢气的储存问题？2050年，将氢气作为新能源的愿景能否实现？催化能否助力氢能社会早日到来？现在社会上一直在讲氢能，还有氢能经济、氢能社会，都在讲这样的事情。但是我们搞化学的人要有个判断，氢能到底会是怎么样？未来会怎么走？在什么情况之下我们才能说氢能这件事？我们看看氢能到底是怎么一回事。当能源碳跟氧反应，比如说当空气和汽油、柴油等燃料一混合，遇到火花就会发爆炸，这样的爆炸在气缸内进行，会产生高温高压的燃气，推动活塞做功，内燃机就是这样来的，它所产生能量大概效率是是百分之三十几这个样子，还有百分之六十几就损失掉了。碳是自然界里就有的，我们是能够挖出碳来的，但是它产生温室气体——二氧化碳。所以大家可以看到，自然界它还是很平衡、很公平的，有的东西一定会相应产生不好的东西出来。氢很好，跟氧一反应就能生成水，但是问题就是在自然界当中，氢是不存在的。氢可以用于燃料电池，而且它的运行效率很高，可以达到60%，但是自然界当中没有氢气。我们从没听说有人可以在什么地方挖到一个氢气矿出来。所以，虽然氢能的利用会产生水，没有污染，但是氢这个原料在自然界是没有的。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理58为什么人们会想到利用氢这回事呢？大家可以看到，从我们人类的能源发展来讲，最早是木材，木材基本上就是碳，也含有一点点氢；后面是煤炭，煤炭里面大概是两分碳一分氢；再到后面发展到石油，石油大概是两分氢一分碳；再后面就是天然气，天然气是四分氢一分碳。从这个发展过程看下来，基本上人类的能源发展是逐步向氢碳比高的方向迈进的。氢气在自然界当中是没有的，但是水通过电解可以产生氢气，而且它可以跟可再生能源连在一起。有这些条件以后，大家就认为氢可能是未来非常重要的一个能源。未来，氢能在我们的能源体系当中可能会起到什么样的作用？现在的能源体系是怎么做的呢？化石能源，我们可以把它变成液体材料，像油这样的东西，最后到终端用户。还有一个很重要的事儿，就是化石能源可以发电，变成电能以后到终端用户。但我想未来再怎么变，电总不会少，核能也好，光也好，风也好，电是不能少的。但是电力能不能开飞机呢？现在还没有这样的飞机。假如说未来有了氢燃料电池可以开飞机、开船，就类似于跟油差不多一样的道理了。所以在未来能源体系当中，氢就有可能替代现在液体燃料的角色。要把氢能这一块做起来，会有个很长的产业链。首先自然界是没有氢气的，你要制备出氢气出来，接下来储存、转换、应用。所以大家可以看到，整个一个产业链有好多作研究的人在做这么一件事。比如制备过程，制氢的方法很多，通过化石能源、水电解、化工原料、工业尾气等。全世界一年大概用5000亿立方米的氢气，非常遗憾的是在这个制氢结构当中，4%是从可再生能源来的，96%是化石能源来的。使用化石能源就要排放二氧化碳，碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理59所以，要想发展氢能经济燃料电池，就一定要跟可再生能源连起来。未来可以从可再生能源发展，用光、风、核能把水电解变成氢，只有在这个时候，整个氢能才能够被利用起来。所以我要套用一句广告词，自然界当中实际上是没有氢的，没有氢能的，氢能实际上就是可再生能源的搬运工，把可再生能源从这里搬到那里而已。那么氢能利用我们到底有什么卡脖子的事情？搞了这么长时间，为什么就没有搞起来呢？这个问题到底在哪里呢？大家可以看到，一个是制造技术，怎么把燃料电池制造得非常之可靠。氢跟氧在这个燃料电池上面它是不反应的，它一定要有催化剂。催化剂是什么呢？贵金属催化剂，用铂、钯、钌这样的东西。这个贵金属呢，它是吸附氢或者吸附氧，解离以后呢，氢氧才在表面反应，反应以后再电子传递才会发电。所以大概算了算，现在最好的就是这样一个技术，依靠现在的条件，一部车子大概需要50克左右的铂。你们现在谁有一个白金的项链或者一个戒指，50克重也不这么容易吧？搞一个车子就要50克。出点钱倒没什么问题，比如现在有钱的，50克能有多少钱呢？50克，我估计可能几万块钱，可能也能拿下来吧？是不是？也不一定算什么，但是这些贵金属自然界中没有这么多量，所以就有问题。所以就出来一个什么研究呢？非贵金属催化剂做燃料电池。燃料电池的耐久性问题，已经获得了比较好的突破。原来为什么有这个问题呢？就是燃料电池在实验室做，做3000小时5000小时，一点问题没有，但是一放到车上去开，一两千小时就不行了。为什么就不行了呢？燃料电池它是要吸空气的，不是吗？空气里面有粒子，粒子里面就有金属，贵金属，还有硫。这种东西一吸碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理60进去以后，燃料电池的催化剂，它就慢慢就中毒了。就因为这些东西，膜也就堵塞起来了，催化剂就中毒了。本来在实验室搞得好好的，到这个地方就不行了。接下来一个很重要的一个事情就是储氢。这个氢大家知道，实验室也有储氢的钢瓶。氢是很轻的，是不是？你要把这个氢带到车上去，你可不能弄太大的东西，你一定要把它弄得很小。现在有三个办法，把它弄得很小。一个办法是压缩氢，就把氢压在钢瓶里。我们现在不是用钢瓶吗？但我们实验室的钢瓶大概是130个大气压、150个大气压，在实验室里很少有超过200个大气压的。据说车子上中国现在已经在搞标准，在搞350个大气压，日本人是搞多少呢？700个大气压。大家可以看到，700个大气压同300个大气压就差一倍多一点，同这个150个大气压相比就差5倍，是不是？也就说，150大气压的钢瓶，储存的氢在车上可以跑100公里，假如700个大气压，同样的钢瓶储存的氢可以跑差不多500公里。所以储氢相对比较好的还是氢瓶，现在基本上世界范围之内都是这么干。第二个事情是什么呢？就把氢冷却下来，变成液氢。冷却下来到这个地方呢，再把它释放这个出来。这个氢密度是很高的，但是安全性差，而且它要耗很多能量，把它冷却下来。而且在行驶过程当中，还得防止瓶子漏气了，一漏气以后热量就进去了，接着就放出来，可能就得爆炸了。假如说这个压力太高了，它不就爆炸了吗？所以安全性这地方还有问题。第三个事情，这都是我们化学搞的，材料储氢。各式各样的储氢材料，高分子的也有，金属的也有，用纳米碳管的也有，什么东西都有。但非常遗憾，迄今为止重量百分比都没有达到6%。也就说，100公斤的储氢材料，都储不了6公斤的氢，碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理61储氢的效率是太低了！假如有一天，储氢能达到10%这个样子就好了。因为它压力也不高，是吧？就储在这个里面。所以，燃料电池要做起来以后，储氢的这个事情还得要考虑，你不考虑你是没办法走下去的。日本人最近氢能推广得很厉害，大家可能也都知道，日本人已经做到什么程度呢？到2040年它要普及，2020年就有4万台。大家可以看到，日本人是用700大气压储氢的，大概储氢的重量比是7.5%。那么也就是说，这里面如果用个大的瓶子，它可以走得很远。那么它的行驶里程，据说到2040年的时候，可以跑1000公里。大家想一想，假如加一次气跑1000公里，倒也是蛮好的，是吧？我们中国从奥运会开始就有燃料电池车的示范，从上海的那个世博会开始，一直在作这样一个示范，包括现在还在作这个示范，一直在做，做得也是蛮好的。但是还是有很多问题，特别是制氢。大家知道，张家口我们2022年是要搞冬奥会的，冬奥会里面就希望能够推氢能燃料电池这样一个事儿，所以最近他们就在搞一个项目，就是用这个风同太阳能产生电，电解水制氢，制氢以后就运行在燃料电池车子。这件事情假如做成了以后，我认为意义还是很大的，经济上可能马上起不到作用，到不了经济实用这样的程度，但最起码为未来作了个示范。所以中国也有个目标，到2035年，中国希望一公斤的氢能够降到25块钱。一公斤氢大概就是11立方米左右，现在跑得好的车子，据说一公斤氢可以跑100公里不到一点。大家知道油现在多少钱一升呢？可能是六、七块钱左右一升，是不是？那么一升油大概能跑多远呢？小车大概一般跑100公里，好的车子耗油大概五、六升的样子，大型的SUV，可能就要15升这个样子，那么就是要60块钱，是吧？那假如百公里消耗氢气能够变到一公斤，跑100公里25块钱，就是跑50碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理62块钱，我认为也是合算的。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理639、使用氢能到底有哪些技术瓶颈？我们看看氢能到底是怎么一回事。当能源碳跟氧反应，比如说当空气和汽油、柴油等燃料一混合，遇到火花就会发爆炸，这样的爆炸在气缸内进行，会产生高温高压的燃气，推动活塞做功，内燃机就是这样来的，它所产生能量大概效率是是百分之三十几这个样子，还有百分之六十几就损失掉了。碳是自然界里就有的，我们是能够挖出碳来的，但是它产生温室气体——二氧化碳。所以大家可以看到，自然界它还是很平衡、很公平的，有的东西一定会相应产生不好的东西出来氢很好，跟氧一反应就能生成水，但是问题就是在自然界当中，氢是不存在的。氢可以用于燃料电池，而且它的运行效率很高，可以达到60%，但是自然界当中没有氢气。我们从没听说有人可以在什么地方挖到一个氢气矿出来。所以，虽然碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理64氢能的利用会产生水，没有污染，但是氢这个原料在自然界是没有的。为什么人们会想到利用氢呢？大家可以看到，从我们人类的能源发展来讲，最早是木材，木材基本上就是碳，也含有一点点氢；后面是煤炭，煤炭里面大概是两分碳一分氢；再到后面发展到石油，石油大概是两分氢一分碳；再后面就是天然气，天然气是四分氢一分碳。从这个发展过程看下来，基本上人类的能源发展是逐步向氢碳比高的方向迈进的。氢气在自然界当中是没有的，但是水通过电解可以产生氢气，而且它可以跟可再生能源连在一起。有这些条件以后，大家就认为氢可能是未来非常重要的一个能源。未来，氢能在我们的能源体系当中可能会起到什么样的作用？现在的能源体系是怎么做的呢？化石能源，我们可以把它变成液体材料，像油这样的东西，最后到终端用户。还有一个很重要的事儿，就是化石能源可以发电，变成电能以后到终端用户。但我想未来再怎么变，电总不会少，核能也好，光也好，风也好，电是不能少的。但是电力能不能开飞机呢？现在还没有这样的飞机。假如说未来有了氢燃料电池可以开飞机、开船，就类似于跟油差不多一样的道理了。所以在未来能源体系当中，氢就有可能替代现在液体燃料的角色。要把氢能这一块做起来，会有个很长的产业链。首先自然界是没有氢气的，你要制备出氢气出来，接下来储存、转换、应用。所以大家可以看到，整个一个产业链有好多作研究的人在做这么一件事。比如制备过程，制氢的方法很多，通过化石能源、水电解、化工原料、工业尾气等。全世界一年大概用5000亿立方米的氢气，非常遗憾的是在这个制氢结构当中，4%碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理65是从可再生能源来的，96%是化石能源来的。使用化石能源就要排放二氧化碳，所以，要想发展氢能经济燃料电池，就一定要跟可再生能源连起来。未来可以从可再生能源发展，用光、风、核能把水电解变成氢，只有在这个时候，整个氢能才能够被利用起来。所以我要套用一句广告词，自然界当中实际上是没有氢的，没有氢能的，氢能实际上就是可再生能源的搬运工，把可再生能源从这里搬到那里而已。那么氢能利用我们到底有什么卡脖子的事情？搞了这么长时间，为什么就没有搞起来呢？这个问题到底在哪里呢？一是制造技术怎么把燃料电池制造得非常之可靠。氢跟氧在这个燃料电池上面它是不反应的，它一定要有催化剂。催化剂是什么呢？贵金属催化剂，用铂、钯、钌这样的东西。这个贵金属呢，它是吸附氢或者吸附氧，解离以后呢，氢氧才在表面反应，反应碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理66以后再电子传递才会发电。所以大概算了算，现在最好的就是这样一个技术，依靠现在的条件，一部车子大概需要50克左右的铂。你们现在谁有一个白金的项链或者一个戒指，50克重也不这么容易吧？搞一个车子就要50克。出点钱倒没什么问题，比如现在有钱的，50克能有多少钱呢？50克，我估计可能几万块钱，可能也能拿下来吧？是不是？也不一定算什么，但是这些贵金属自然界中没有这么多量，所以就有问题。所以就出来一个什么研究呢？非贵金属催化剂做燃料电池。燃料电池的耐久性问题，已经获得了比较好的突破。原来为什么有这个问题呢？就是燃料电池在实验室做，做3000小时5000小时，一点问题没有，但是一放到车上去开，一两千小时就不行了。为什么就不行了呢？燃料电池它是要吸空气的，不是吗？空气里面有粒子，粒子里面就有金属，贵金属，还有硫。这种东西一吸进去以后，燃料电池的催化剂，它就慢慢就中毒了。就因为这些东西，膜也就堵塞起来了，催化剂就中毒了。本来在实验室搞得好好的，到这个地方就不行了。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理67二是储氢这个氢大家知道，实验室也有储氢的钢瓶。氢是很轻的，是不是？你要把这个氢带到车上去，你可不能弄太大的东西，你一定要把它弄得很小。现在有三个办法，把它弄得很小。一个办法是压缩氢，就把氢压在钢瓶里。我们现在不是用钢瓶吗？但我们实验室的钢瓶大概是130个大气压、150个大气压，在实验室里很少有超过200个大气压的。据说车子上中国现在已经在搞标准，在搞350个大气压，日本人是搞多少呢？700个大气压。大家可以看到，700个大气压同300个大气压就差一倍多一点，同这个150个大气压相比就差5倍，是不是？也就说，150大气压的钢瓶，储存的氢在车上可以跑100公里，假如700个大气压，同样的钢瓶储存的氢可以跑差不多500公里。所以储氢相对比较好的还是氢瓶，现在基本上世界范围之内都是这么干。第二个事情是什么呢？就把氢冷却下来，变成液氢。冷却下来到这个地方呢，再把它释放这个出来。这个氢密度是很高的，但是安全性差，而且它要耗很多能量，把它冷却下来。而且在行驶过程当中，还得防止瓶子漏气了，一漏气以后热量就进去了，接着就放出来，可能就得爆炸了。假如说这个压力太高了，它不就爆炸了吗？所以安全性这地方还有问题。第三个事情，这都是我们化学搞的，材料储氢。各式各样的储氢材料，高分子的也有，金属的也有，用纳米碳管的也有，什么东西都有。但非常遗憾，迄今为止重量百分比都没有达到6%。也就说，100公斤的储氢材料，都储不了6公斤的氢，储氢的效率是太低了！假如有一天，储氢能达到10%这个样子就好了。因为它压碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理68力也不高，是吧？就储在这个里面。所以，燃料电池要做起来以后，储氢的这个事情还得要考虑，你不考虑你是没办法走下去的。日本人最近氢能推广得很厉害，大家可能也都知道，日本人已经做到什么程度呢？到2040年它要普及，2020年就有4万台。大家可以看到，日本人是用700大气压储氢的，大概储氢的重量比是7.5%。那么也就是说，这里面如果用个大的瓶子，它可以走得很远。那么它的行驶里程，据说到2040年的时候，可以跑1000公里。大家想一想，假如加一次气跑1000公里，倒也是蛮好的，是吧？我们中国从奥运会开始就有燃料电池车的示范，从上海的那个世博会开始，一直在作这样一个示范，包括现在还在作这个示范，一直在做，做得也是蛮好的。但是还是有很多问题，特别是制氢。大家知道，张家口我们2022年是要搞冬奥会的，冬奥会里面就希望能够推氢能燃料电池这样一个事儿，所以最近他们就在搞一个项目，就是用这个风同太阳能产生电，电解水制氢，制氢以后就运行在燃料电池车子。这件事情假如做成了以后，我认为意义还是很大的，经济上可能马上起不到作用，到不了经济实用这样的程度，但最起码为未来作了个示范。所以中国也有个目标，到2035年，中国希望一公斤的氢能够降到25块钱。一公斤氢大概就是11立方米左右，现在跑得好的车子，据说一公斤氢可以跑100公里不到一点。大家知道油现在多少钱一升呢？可能是六、七块钱左右一升，是不是？那么一升油大概能跑多远呢？小车大概一般跑100公里，好的车子耗油大概五、六升的样子，大型的SUV，可能就要15升这个样子，那么就是要60块钱，是吧？那假如百公里消耗氢气能够变到一公斤，跑100公里25块钱，就是跑50块钱，我认为也是合算的。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理6910、煤炭清洁利用，不仅仅是简单的“一烧了之”作为我国能源安全稳定供应的基石，煤炭在社会经济发展中扮演着重要角色。根据预测，到2030年，煤炭在我国一次能源消费中仍将占比50%，2050年占比40%左右。如何做好清洁高效利用这篇大文章，成为煤炭行业必须面对的现实问题。在中国科学院院士、中国科学技术大学校长包信和看来，煤炭清洁利用不仅仅是简单的“一烧了之”，通过升级催化过程、提高催化效率，煤炭完全可以产出符合不同需求的化学品，实现清洁高效利用。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理7011、能源消费主体仍是化石能源中国能源报：伴随着能源转型进程加速、清洁能源地位提升，对煤炭的质疑声也随之而起。您如何看待煤炭所扮演的角色？包信和：在能源革命的使命、任务之下，中国能源未来到底往哪里走？我想，这个答案非常明确，绿色、清洁、高效是我们追求的目标，清洁能源、可再生能源一定是方向所在。紧接着我们就要追问：“未来”到底什么时候来？如果没有时间性这一尺度，任何战略性目标都将难以实现。结合我国资源禀赋、能源结构、消费需求等现实状况，我认为“未来”并不可一蹴而就，而要认认真真分阶段、分步骤予以规划和实施。中国能源报：那眼下该怎么做？包信和：聚焦“眼前”，根据最新发布的2018年国民经济和社会发展计划执行情况报告，非化石能源占一次能源消费比重为14.3%。这意味着，至少在现阶段，我国能源消费的主体仍是化石能源。而煤炭作为支撑我国经济社会发展的基础能源，占一次能源消费的比重维持在60%左右，要实现2035年占比降至50%以下的目标，还有很长一段路要走。对此，我们一方面要重视可再生能源的发展，另一方面也不能忽视煤炭的重要作用。如果将前者视为长期规划，用好煤炭尤其是做好煤炭的清洁、高效利用，就是短期内“看得见的未来”。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理71高碳能源要低碳化利用中国能源报：如何理解这个“看得见的未来”？包信和：煤炭清洁高效利用，是环境保护等需求下的当务之急，也是我们通过技术手段可以掌握、实现的。简而言之，就是高碳能源的低碳化利用。中国能源报：怎么才能实现低碳化？包信和：目前，我国煤炭的主流利用方向有两个。一是用于发电，这是目前最便捷、最广泛的清洁利用方式。通过提前两年完成燃煤电厂超低排放和节能改造，我国在煤电能耗、污染排放等方面的控制已达到世界领先水平。但我认为，随着清洁能源大力发展，煤炭在未来或将不再是发电的唯一选择，风电、光伏、水电、核电等利用越发完善、价格逐步下降，最终替代煤电只是一个时间问题。另一利用方向是通过高效转化，实现化学品生产。一方面，在“贫油、少气、相对富煤”的现实下，我们很难像国外那样完全依赖石油化工，利用煤炭制化学品是较为现实的选择。另一方面，从化学角度来说，制备化学品少不了“碳”这个重要元素，而煤炭就是“碳源”之一。此外，鉴于能源转换效率、经济性等因素，可再生能源即便得到很好发展，用其制备化学品的难度依然很大。因此我认为，作为大自然留给我们的宝贵资源，煤炭不应被摒弃，转化反应可作为未来其利用的主要途径。技术仍是煤化工瓶颈中国能源报：利用煤炭制备化学品，现阶段其实已有不少实践，同时也伴随部分争议。您怎么看？碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理72包信和：提及煤化工行业，质疑多集中在高水耗、高能耗及高污染排放。但我认为最大障碍仍是技术，这也是清洁高效利用的本质所在。回顾石油化工发展，在大多数人的最初印象中，刚开采出来的石油黑乎乎、脏兮兮，里面存有许多杂质，可能并不比煤干净。但事实证明，随着炼制技术的升级，石油的利用方式越来越多，根据所含分子不同可生产石脑油、汽油、柴油等不同产品，实现相对清洁的高效利用。中国能源报：换言之，这一思路也应该适用于煤炭？包信和：是的。同理，煤中其实也含有许多分子，但现有使用方式比较“粗暴”，在没有弄清这些分子结构的情况下，煤炭往往先被拿来“一烧了之”，即生成合成气，再用烧出来的“小分子”一个个砌出新的化学品。这就好比，改造一座大楼时，不是根据其已有特性、格局进行修整利用，而是不管三七二十一直接推平，再用一块块砖去建造新的房子。若能进行合理修缮，不仅能得到新房，还可节约时间、精力及经济成本，为何非要推平呢？说到底，煤化工行业现存的种种瓶颈，还是因为我们的技术不行。如果有朝一日，煤化工能像石油利用一样清洁，我们为什么不去做呢？建立新的催化体系中国能源报：结合上述瓶颈，技术环节如何突破？包信和：现阶段要实现进一步突破，主要有两大难点值得关注——降低水耗及二氧化碳排放。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理73在现行技术路线下，转化是“煤-合成气-化学品或液体燃料”的过程。其中，首先需加入一定量的水，才能将固体的煤转为气体，即一氧化碳和氢气的混合体，俗称“煤气化”过程，碳、氢比例由此变为2：1或1：1。但要进一步制备化学品，碳、氢比例要达到1：3甚至1：4、1：5。为得到更多的“氢”，同样需要加入水，用一氧化碳置换出水中的氢，放出二氧化碳。在此基础上，以一氧化碳和氢为原料，以不同的金属和化合物作催化剂，即可得到不同的化学品。以煤制烯烃为例，这也是为何生产1吨烯烃往往消耗3—4吨水的原因。反观上述过程，水耗虽不可避免，“水”在其中却只是参与了反应循环，并未实际进入反应产物，相反还排放大量二氧化碳。换言之，若能通过技术升级少用水甚至不用水，既可解决长期以来的高水耗诟病，还能减少排放，这是当前的一大重点研究方向。中国能源报：围绕该方向，目前研究进展如何？包信和：我们现在所做的一项主要工作，就是通过开发一套新型催化过程，实现煤基合成气直接制低碳烯烃。简单来说，是在发明一种新型催化剂的基础上，建立一套完全创新的催化化工体系，在不增加碳排放的情况下，使得整个化学反应的过程本身不再需要水的参与（当然，工艺过程还需部分循环水用于冷却、洗涤等），因此也称为“干式转化”。该项研究在2016年一经公开，便得到国内外学术界和产业界的广泛关注，并被认为是“煤化工领域一个里程碑式的突破”。目前，项目已完成实验室试验，有企业计划投资，展开工业性试验研究，希望能尽快得到成功的结果。因此我说，煤炭清洁利用绝不是简单的“一烧了之”，借助催化剂这个“黑匣子”，有千变碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理74万化值得期待。中国能源报：您对煤化工的未来有何展望与期待？包信和：石油炼制是利用催化剂这把“剪刀”，将原油中的大分子“裁剪”成人们需要的不同大小的分子，我希望，随着科学和技术的发展，煤碳，这个复杂的大分子，也能象原油一样，通过精炼，按照我们的愿望进行分子裁剪。要实现这一“分子炼煤”梦需要更加强大的催化剂和更高效、精准的加氢催化过程。我相信，实现这个梦的应该会是我们中国人，时间应该也不会太长。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理7512、氢能制造和储存还存在技术难关近日，《中国经济大讲堂》特邀中国科学技术大学校长、中国科学院院士包信和，深度解读氢能利用的技术瓶颈以及氢能社会离我们有多远?包信和谈到，从发展过程看，人类的能源发展是逐步向氢碳比高的方向迈进的。在氢能利用方面，目前氢能制造和储氢还存在技术难关。2018年我国将氢能源及燃料电池的产业定为发展元年，日本也成为全球首个将氢能发展定为国家战略的国家。但是，不可否认的是，现在的氢能还不是最方便、最实用的能源，很多卡脖子的技术问题还制约着氢能的广泛应用。那么，怎样才能突破氢燃料电池的耐久性和氢气的储存问题？2050年，将氢气作为新能源的愿景能否实现？人类对能源的追求永无止境，而各种新锐能源正演绎着各自的风云，试图在未来的能源体系中占据主导地位，氢能就是其中之一，它被称为21世纪的终极能源。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理76在人们的期待中，氢能取之不尽、清洁高效，还不会产生二氧化碳这种温室气体，不会有化石能源的枯竭焦虑。01氢能是可再生能源的搬运工现在社会上一直在讲氢能，还有氢能经济、氢能社会，都在讲这样的事情。但是我们搞化学的人要有个判断，氢能到底会是怎么样？未来会怎么走？在什么情况之下我们才能说氢能这件事？当能源碳跟氧反应，比如说当空气和汽油、柴油等燃料一混合，遇到火花就会发爆炸，这样的爆炸在气缸内进行，会产生高温高压的燃气，推动活塞做功，内燃机就是这样来的，它所产生能量大概效率是是百分之三十几这个样子，还有百分之六十几就损失掉了。碳是自然界里就有的，我们是能够挖出碳来的，但是它产生温室气体——二氧化碳。所以大家可以看到，自然界它还是很平衡、很公平的，有的东西一定会相应产生不好的东西出来。氢很好，跟氧一反应就能生成水，但是问题就是在自然界当中，氢是不存在的。氢可以用于燃料电池，而且它的运行效率很高，可以达到60%，但是自然界当中没有氢气。我们从没听说有人可以在什么地方挖到一个氢气矿出来。所以，虽然氢能的利用会产生水，没有污染，但是氢这个原料在自然界是没有的。为什么人们会想到利用氢这回事呢？大家可以看到，从我们人类的能源发展来讲，最早是木材，木材基本上就是碳，也含有一点点氢；后面是煤炭，煤炭里面大概是两分碳一分氢；再到后面发展到石油，石油大概是两分氢一分碳；再后面就是天然气，天然气是四分氢一分碳。从这个发展过程看下来，基本上人类的能源发碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理77展是逐步向氢碳比高的方向迈进的。氢气在自然界当中是没有的，但是水通过电解可以产生氢气，而且它可以跟可再生能源连在一起。有这些条件以后，大家就认为氢可能是未来非常重要的一个能源。未来，氢能在我们的能源体系当中可能会起到什么样的作用？现在的能源体系是怎么做的呢？化石能源，我们可以把它变成液体材料，像油这样的东西，最后到终端用户。还有一个很重要的事儿，就是化石能源可以发电，变成电能以后到终端用户。但我想未来再怎么变，电总不会少，核能也好，光也好，风也好，电是不能少的。但是电力能不能开飞机呢？现在还没有这样的飞机。假如说未来有了氢燃料电池可以开飞机、开船，就类似于跟油差不多一样的道理了。所以在未来能源体系当中，氢就有可能替代现在液体燃料的角色。要把氢能这一块做起来，会有个很长的产业链。首先自然界是没有氢气的，你要制备出氢气出来，接下来储存、转换、应用。所以大家可以看到，整个一个产业链有好多做研究的人在做这么一件事。比如制备过程，制氢的方法很多，通过化石能源、水电解、化工原料、工业尾气等。全世界一年大概用5000亿立方米的氢气，非常遗憾的是在这个制氢结构当中，4%是从可再生能源来的，96%是化石能源来的。使用化石能源就要排放二氧化碳，所以，要想发展氢能经济燃料电池，就一定要跟可再生能源连起来。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理78未来可以从可再生能源发展，用光、风、核能把水电解变成氢，只有在这个时候，整个氢能才能够被利用起来。所以我要套用一句广告词，自然界当中实际上是没有氢的，没有氢能的，氢能实际上就是可再生能源的搬运工，把可再生能源从这里搬到那里而已。02制造和储存瓶颈待突破那么氢能利用我们到底有什么卡脖子的事情？搞了这么长时间，为什么就没有搞起来呢？这个问题到底在哪里呢？大家可以看到，一个是制造技术，怎么把燃料电池制造得非常之可靠。氢跟氧在这个燃料电池上面它是不反应的，它一定要有催化剂。催化剂是什么呢？贵金属催化剂，用铂、钯、钌这样的东西。这个贵金属呢，它是吸附氢或者吸附氧，解离以后呢，氢氧才在表面反应，反应以后再电子传递才会发电。所以大概算了算，现在最好的就是这样一个技术，依靠现在的条件，一部车子大概需要50克左右的铂。你们现在谁有一个白金的项链或者一个戒指，50克重也不这么容易吧？搞一个车子就要50克。出点钱倒没什么问题，比如现在有钱的，50克能有多少钱呢？50克，我估计可能几万块钱，可能也能拿下来吧？是不是？也不一定算什么，但是这些贵金属自然界中没有这么多量，所以就有问题。所以就出来一个什么研究呢？非贵金属催化剂做燃料电池。燃料电池的耐久性问题，已经获得了比较好的突破。原来为什么有这个问题呢？就是燃料电池在实验室做，做3000小时5000小时，一点问题没有，但是一放到车上去开，一两千小时就不行了。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理79为什么就不行了呢？燃料电池它是要吸空气的，不是吗？空气里面有粒子，粒子里面就有金属，贵金属，还有硫。这种东西一吸进去以后，燃料电池的催化剂，它就慢慢就中毒了。就因为这些东西，膜也就堵塞起来了，催化剂就中毒了。本来在实验室搞得好好的，到这个地方就不行了。接下来一个很重要的一个事情就是储氢。这个氢大家知道，实验室也有储氢的钢瓶。氢是很轻的，是不是？你要把这个氢带到车上去，你可不能弄太大的东西，你一定要把它弄得很小。现在有三个办法，把它弄得很小。一个办法是压缩氢，就把氢压在钢瓶里。我们现在不是用钢瓶吗？但我们实验室的钢瓶大概是130个大气压、150个大气压，在实验室里很少有超过200个大气压的。据说车子上中国现在已经在搞标准，在搞350个大气压，日本人是搞多少呢？700个大气压。大家可以看到，700个大气压同300个大气压就差一倍多一点，同这个150个大气压相比就差5倍，是不是？也就说，150大气压的钢瓶，储存的氢在车上可以跑100公里，假如700个大气压，同样的钢瓶储存的氢可以跑差不多500公里。所以储氢相对比较好的还是氢瓶，现在基本上世界范围之内都是这么干。第二个事情是什么呢？就把氢冷却下来，变成液氢。冷却下来到这个地方呢，再把它释放这个出来。这个氢密度是很高的，但是安全性差，而且它要耗很多能量，把它冷却下来。而且在行驶过程当中，还得防止瓶子漏气了，一漏气以后热量就进去了，接着就放出来，可能就得爆炸了。假如说这个压力太高了，它不就爆炸了吗？所以安全性这地方还有问题。碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理80第三个事情，这都是我们化学搞的，材料储氢。各式各样的储氢材料，高分子的也有，金属的也有，用纳米碳管的也有，什么东西都有。但非常遗憾，迄今为止重量百分比都没有达到6%。也就说，100公斤的储氢材料，都储不了6公斤的氢，储氢的效率是太低了！假如有一天，储氢能达到10%这个样子就好了。因为它压力也不高，是吧？就储在这个里面。所以，燃料电池要做起来以后，储氢的这个事情还得要考虑，你不考虑你是没办法走下去的。日本人最近氢能推广得很厉害，大家可能也都知道，日本人已经做到什么程度呢？到2040年它要普及，2020年就有4万台。大家可以看到，日本人是用700大气压储氢的，大概储氢的重量比是7.5%。那么也就是说，这里面如果用个大的瓶子，它可以走得很远。那么它的行驶里程，据说到2040年的时候，可以跑1000公里。大家想一想，假如加一次气跑1000公里，倒也是蛮好的，是吧？我们中国从奥运会开始就有燃料电池车的示范，从上海的那个世博会开始，一直在作这样一个示范，包括现在还在作这个示范，一直在做，做得也是蛮好的。但是还是有很多问题，特别是制氢。大家知道，张家口我们2022年是要搞冬奥会的，冬奥会里面就希望能够推氢能燃料电池这样一个事儿，所以最近他们就在搞一个项目，就是用这个风同太阳能产生电，电解水制氢，制氢以后就运行在燃料电池车子。这件事情假如做成了以后，我认为意义还是很大的，经济上可能马上起不到作用，到不了经济实用这样的程度，但最起码为未来作了个示范。所以中国也有个目标，到2035年，中国希望一公斤的氢能够降到25块钱。一公斤氢大概就是11立方米左右，现在跑得好的车子，据说一公斤氢可以跑100公碳中和资料库包信和院士碳中和思考汇编碳中和资料库整理81里不到一点。大家知道油现在多少钱一升呢？可能是六、七块钱左右一升，是不是？那么一升油大概能跑多远呢？小车大概一般跑100公里，好的车子耗油大概五、六升的样子，大型的SUV，可能就要15升这个样子，那么就是要60块钱，是吧？那假如百公里消耗氢气能够变到一公斤，跑100公里25块钱，就是跑50块钱，我认为也是合算的。碳中和资料库《包信和院士碳中和思考汇编》，由碳中和资料库知识星球社区编制完成，已于2023年3月20日在碳中和资料库公众号发布，供大家参考和使用。我们已经发布了《总书记碳达峰碳中和历次讲话汇总》《113个国内外经典零碳项目案例》《1+N政策体系汇总》等多篇双碳实用工具。碳中和从业者的必备工具。社区整理分享双碳相关资料内容超过万条，建立了10个板块，包括资料、培训、数据、文章、政策、问答、企业、专家、工具、招标等，致力于建成碳中和综合服务平台，已有近5000多位专业人士加入，是从事双碳工作的必备工具。开通年度会员获取全年内容。扫描下方年度码加入星球下载全部资料，支持搜索、收藏、聊天、提问等功能，与两千位专业人士共同探索碳中和时代机遇，加入后可获得星球社区成立以来和未来一年的全部内容。开通永久会员享受更大优惠。扫描下方星主码，添加星主开颜微信，申请开通或升级为永久会员，可获得更多福利权益，年度会员升级为永久只需补交差价。年度会员码星主码（永久会员）碳中和资料库碳中和资料库