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楊裕生院士:實現(xiàn)“雙碳”目標的若干科技問題
日期:2021-04-20   [復(fù)制鏈接]
責任編輯:sy_qianjiao 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
“二氧化碳排放力爭于2030年達到峰值,努力爭取2060年實現(xiàn)碳中和”,是我國提出的兩個階段碳減排奮斗目標(以下簡稱“雙碳”戰(zhàn)略目標)。實現(xiàn)這一目標,必須以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)。這就為科技創(chuàng)新提供了廣闊的空間,廣大科技人員要乘勢而上、選準目標、奮力攻關(guān)。

目前,我國正處于高質(zhì)量發(fā)展階段,化石能源的消耗還將不斷增長,未來一個階段內(nèi)二氧化碳排放勢必繼續(xù)增長。我們必須進行艱苦的努力,才能夠在2030年實現(xiàn)“碳達峰”。2060年的任務(wù)則更為艱巨,要將生產(chǎn)、生活所產(chǎn)生的二氧化碳全部消除,才能達到二氧化碳產(chǎn)生量和消除量的平衡。


在大量使用化石能源且能源消耗不斷增長的條件下,2030年二氧化碳排放要達到峰值必須從三方面努力:大力發(fā)展可再生能源、減少化石能源使用、實行全民總動員的節(jié)能減排。而要想在2060年前實現(xiàn)碳中和,還要著力開辟新的清潔能源。

大力發(fā)展可再生能源

大力發(fā)展可再生能源是首要措施。我國水力資源要充分利用,但潛力有限。風能、光伏發(fā)電將是主要能源,同時要因地制宜建設(shè)裂變核反應(yīng)堆、地熱等清潔能源發(fā)電,利用潮汐能等能源。

風能、光伏、潮汐等間歇式發(fā)電和恒定功率的核能,都必須以儲能調(diào)節(jié)。未來10年要發(fā)展12億千瓦可再生能源,如以10%的儲能功率、儲能6小時相配合,就需建7.2億千瓦·時容量的儲能電站,或720座1吉瓦時儲能電站。儲能電站建設(shè)費用如以平均1400元/千瓦·時計,需投資1萬億元。分布式儲能費用也許還要更高??梢姡瑑δ軝C遇很大,擔子也很重。

儲能技術(shù)路線百舸爭流、各有所長,應(yīng)允許在競爭中發(fā)展。儲能是商業(yè)行為,必須講究經(jīng)濟效益。決定經(jīng)濟效益的因素有建設(shè)投資、使用壽命、能量轉(zhuǎn)換效率、設(shè)備利用深度、電進價、電出價和運行費用等,其中與儲能技術(shù)設(shè)備相關(guān)的是前四項。

對于建設(shè)投資,抽水蓄能電站不斷漲價至每千瓦七、八千元;化學(xué)電源不斷降價至每千瓦·時千元上下,以6小時蓄電容量計算的造價并不高于抽水蓄能。抽水蓄能優(yōu)勢在運行壽命長,分攤到每度電的成本要比電池儲能約低一半。但抽水蓄能能量轉(zhuǎn)換效率僅約75%,電池則高達80%(液流電池)、85%(鉛炭電池)乃至90%以上(磷酸鐵鋰鋰離子電池),能量轉(zhuǎn)換效率高的投資回籠快。何況,電池還可不受地域限制,規(guī)模可大可小。所以,兩者綜合優(yōu)勢已不相上下。對于能量轉(zhuǎn)換效率約為60%的物理儲能技術(shù),可以展開研究,但想實用就要認真掂量經(jīng)濟效益。

規(guī)模儲能對于電池而言,是近年來才遇到的新課題,但需求發(fā)展勢頭很猛,形勢喜人。電池新體系(正極、負極、電解質(zhì)的組合)變化多端,層出不窮,前途不可限量。我們倡導(dǎo)集成液流電池、鉛炭電池、鋰離子電池三者優(yōu)點的長壽命、高安全、低成本的儲能專用水系電池,這是一項世界性、世紀性難題,已不乏電化學(xué)界仁人志士刻苦攻關(guān),相信假以時日定有顛覆性進展,必將對2030年實現(xiàn)“碳達峰”做出更大貢獻。

在大力發(fā)展可再生能源的同時,也要減少化石能源的使用,這不存在重大技術(shù)難題,主要取決于政府的決心,要制定堅定、可行的政策,消除習慣性和地方保護主義。如停止建造燃煤電廠、逐步提高排放稅、加速試點碳排放權(quán)和碳匯交易并及早實行等。

除了政策,補貼力度也要恰當,獎補要與懲罰并施。我國光伏發(fā)電和電動汽車發(fā)展中的補貼實踐證明,過度、單純的補貼弊多利少,該教訓(xùn)應(yīng)該充分汲取。

實行全民節(jié)能減排

實行全民總動員的節(jié)能減排首先要做到節(jié)能減排思想家喻戶曉、深入人心、付諸行動、持之以恒,大打一場持久的節(jié)能減排人民戰(zhàn)爭,糾正陳年積累的浪費能源的觀念、習慣、誤解;要在全社會樹立強烈的“節(jié)省能源、減少排放為榮,浪費能源、任意排放為恥”的風尚。

我國工業(yè)節(jié)能潛力很大,研究各行業(yè)工業(yè)節(jié)能技術(shù)大有可為。

汽車是耗能、排放大戶,節(jié)能減排潛力很大。為此筆者提出十項具體措施:一要進行全民宣傳教育,改變落后觀念,不以高檔、豪華車顯示經(jīng)濟和社會地位,而以坐小車、乘節(jié)能車為榮。二要加重燃油稅和高檔車消費稅。三要按高速公路限速對汽車設(shè)計提出最高行駛速度限制,削除以發(fā)動機功率為首的冗余設(shè)計。四要對汽車生產(chǎn)、使用、維修、報廢處置全過程進行系統(tǒng)排放計算,對其二氧化碳排放總量提出相應(yīng)的鼓勵、懲罰政策。五要排除“不用油就等于節(jié)能減排”的膚淺觀念,發(fā)展全過程最節(jié)能減排的電動汽車技術(shù)。六要大力研究、使用能量轉(zhuǎn)換效率高的內(nèi)燃機,使燃油車節(jié)能減排立竿見影。七要將內(nèi)燃機與電池并聯(lián)組合,可以達到最佳的節(jié)能減排效果,應(yīng)大力發(fā)展此純電驅(qū)動的增程式電動車。八要停止生產(chǎn)、銷售假節(jié)能減排的插電式“混合電動車”。九要鼓勵夜間充電和慢速充電、盡量避免快速充電,以提高電能利用效率。十要鼓勵充電站同建蓄電站,夜蓄晝充,削峰填谷。

有種觀點認為“可再生能源發(fā)的電是零排放”。實際上,在目前以煤為主要能源的情況下,風力和光伏等可再生能源發(fā)電并不是零碳排放,這些發(fā)電設(shè)備的制作、用材、安裝、維護、報廢都很耗能,這些過程中的二氧化碳排放量都應(yīng)分攤到所發(fā)的每一度電上。

所以,要樹立全生命周期二氧化碳排放和減排的觀念,認真計較每項技術(shù)全過程的“凈減排”。

著力開辟新的能源

“碳中和”是要將生產(chǎn)、生活中產(chǎn)生的二氧化碳全部消除,確保不再增加大氣中二氧化碳含量。除要繼續(xù)加大力度實施前文所述的節(jié)能減排外,還要著力開辟新的清潔能源,消除產(chǎn)生的二氧化碳。

聚變能發(fā)電有可能在2060年前實現(xiàn),生產(chǎn)這種清潔能源有利于減排二氧化碳。最易發(fā)生聚變反應(yīng)的是氘與氚的聚合,氘可自水中提取,氚可用鋰-6在堆中子作用下產(chǎn)生,將天然鋰中鋰-6分離后的大量鋰-7用于鋰離子電池,不會影響電池性能,鋰-6、鋰-7“各盡所能”。為此,要發(fā)展廉價、低耗能的水中提氘技術(shù)和鋰同位素分離技術(shù)。

當汽車的發(fā)動機全部使用生物柴油或生物乙醇時,在汽車行駛階段就可以基本實現(xiàn)“碳中和”。因此,要大力發(fā)展各種生物乙醇、生物柴油生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。秸稈規(guī)模轉(zhuǎn)化和甜高粱種植利用等工程技術(shù)問題應(yīng)列入發(fā)展計劃,還要培育高產(chǎn)油料作物。

消除或轉(zhuǎn)化二氧化碳

森林能夠大量吸收二氧化碳。我國西北地域遼闊,碳匯價值巨大,但是缺水。如從西藏每年引水200億立方米到新疆植樹造林,將對“碳中和”作出巨大貢獻,還能改變西北氣候。這是一項十分艱巨的工程,涉及許多科學(xué)技術(shù)問題,因此要及早展開前期研究。從橫斷山脈諸大江引水的南水北調(diào)西線工程要加速建設(shè),除緩解黃河流域工業(yè)、生活用水緊張外,還可適當加大調(diào)水量,為造林(特別是內(nèi)蒙)供水。在全國各地普遍加強植樹綠化,對提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力也有貢獻。

向地下埋藏二氧化碳已有相關(guān)研究。這不僅是一項很耗能的技術(shù),還要解決二氧化碳“地下固定化”問題,并不是簡單的物理性儲存,要謹防地質(zhì)變化造成“潘多拉魔盒打開”式的災(zāi)難。

用化學(xué)法轉(zhuǎn)化二氧化碳為能源材料或其它有機物也已有研究。轉(zhuǎn)化需要能量,應(yīng)該追求高能效(即低能耗,也就是低排放)轉(zhuǎn)化技術(shù),在開題時就該認真論證、比較。例如,用光化學(xué)法轉(zhuǎn)化二氧化碳為甲醇,是一個6電子還原反應(yīng),直接轉(zhuǎn)化的效率極低,而得副產(chǎn)物甲酸、甲醛為主,總效率也僅百分之幾?,F(xiàn)在實用的光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換效率已達20%(還將進一步提高),發(fā)展其它電轉(zhuǎn)化技術(shù)路線(如電解還原二氧化碳、電解水制氫-氫與二氧化碳化合等),可能會有更高的轉(zhuǎn)換效率??傊?,要充分論證、比較這些技術(shù)路線的能量轉(zhuǎn)換效率和經(jīng)濟可行性。

二氧化碳埋藏或轉(zhuǎn)化,都涉及其回收和濃集。要發(fā)展適用于大規(guī)模濃集二氧化碳的低排放、低成本技術(shù),吸附—解吸等物化原理可待利用。

作者:中國工程院院士 楊裕生 

原標題:楊裕生院士:實現(xiàn)“雙碳”目標的若干科技問題
 
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來源:電動汽車百人會
 
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