各位來(lái)賓，女士們、先生們：
大家上午好！很高興參加今年的財(cái)經(jīng)年會(huì)，和各界人士一道展望2023年全球和中國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、科技發(fā)展趨勢(shì)，共同探討大變局時(shí)代中國(guó)與全球發(fā)展的新動(dòng)力、新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)。剛剛過去的一年，受俄烏沖突、新冠肺炎疫情、極端天氣頻發(fā)等因素疊加影響，全球能源供需嚴(yán)重失衡，能源價(jià)格飆漲，這些大家都深有體會(huì)。我今天想就碳中和背景下的能源科技發(fā)展態(tài)勢(shì)與大家做一個(gè)交流和探討。
以CO2為主的溫室氣體排放所導(dǎo)致的全球氣候變暖，已成為全球性的非傳統(tǒng)安全問題，嚴(yán)重威脅人類的生存和可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)《巴黎協(xié)定》，要實(shí)現(xiàn)2℃溫升控制目標(biāo)，全球要在2065-2070年左右實(shí)現(xiàn)碳中和，各國(guó)積極響應(yīng)，紛紛制定碳中和目標(biāo)。2020年9月，習(xí)近平主席在第 75 屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上鄭重宣布，中國(guó)CO2排放力爭(zhēng)于 2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取 2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和，不僅彰顯了我國(guó)作為世界大國(guó)的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，也是推動(dòng)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的自身發(fā)展需要，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，建設(shè)人與自然和諧共生的社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)具有重要戰(zhàn)略意義。
根據(jù)國(guó)際能源署（IEA）發(fā)布的報(bào)告，2021年全球與能源相關(guān)的CO2排放量增加6%至363億噸，創(chuàng)歷史新高。2021年，我國(guó)CO2排放量為119億噸，占全球總量的33%。這里需要說(shuō)明，一方面，從主要發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展歷史來(lái)看，一個(gè)國(guó)家的發(fā)展程度與人均累計(jì)碳排放密切相關(guān)，我國(guó)人均累計(jì)碳排放遠(yuǎn)不及世界平均水平。另一方面， 2021年我國(guó)GDP總量約114萬(wàn)億元，CO2排放總量約119億噸，即1萬(wàn)元GDP排放約1噸CO2，而在上世紀(jì)90年代，1萬(wàn)元GDP排放約12噸CO2，我國(guó)在節(jié)能減排方面取得巨大進(jìn)步。
現(xiàn)階段，我國(guó)CO2排放80%來(lái)自于能源生產(chǎn)和工業(yè)利用，可見實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，需要能源變革。黨的二十大報(bào)告明確指出，“深入推進(jìn)能源革命，加強(qiáng)煤炭清潔高效利用，加大油氣資源勘探開發(fā)和增儲(chǔ)上產(chǎn)力度，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，統(tǒng)籌水電開發(fā)和生態(tài)保護(hù)，積極安全有序發(fā)展核電，加強(qiáng)能源產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系建設(shè)，確保能源安全?！蹦壳翱茖W(xué)界認(rèn)為能源革命和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要方向，一是化石能源清潔低碳利用，二是低碳和可再生能源的規(guī)?；瘧?yīng)用，三是二氧化碳捕集和利用。
一、化石能源清潔低碳利用
我國(guó)總的能源特征是“富煤、貧油、少氣”。根據(jù)預(yù)測(cè)，我國(guó)能源消費(fèi)在2030年達(dá)到峰值總量約56億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。石油消費(fèi)量在2025年進(jìn)入峰值平臺(tái)區(qū)，天然氣消費(fèi)比重逐年增加，到2040年接近14%，但仍遠(yuǎn)低于同期全球天然氣消費(fèi)占比23%；煤炭消費(fèi)比重持續(xù)下降，到2050年占比17%；非化石能源進(jìn)入快速發(fā)展期，到2050年占比57%，2060年達(dá)80%，到本世紀(jì)中葉，石油和天然氣消費(fèi)比重總和為26%，仍是能源消費(fèi)的主體之一。化石能源的清潔低碳利用，主要是指煤炭和石油的優(yōu)化利用。
1.煤炭的清潔高效利用
煤炭的清潔高效利用和轉(zhuǎn)化一直是我國(guó)重要的能源發(fā)展戰(zhàn)略，這方面已經(jīng)開展了很多研究工作并取得了一系列重要進(jìn)展，這里簡(jiǎn)單舉幾個(gè)例子。2018年，以中科院的技術(shù)為核心，全球單套規(guī)模最大的煤炭液化裝置、年產(chǎn)400萬(wàn)噸煤制油工程成功投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)煤炭資源清潔高效轉(zhuǎn)化，拓寬我國(guó)油品供給渠道，有助于保障能源供應(yīng)安全，習(xí)近平總書記專門致信祝賀。2021年，國(guó)家能源集團(tuán)寧煤煤制油分公司全年產(chǎn)出油化品超過405萬(wàn)噸，全球單套規(guī)模最大煤制油項(xiàng)目建成投產(chǎn)以來(lái)首次達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能。
乙烯、丙烯等低碳烯烴是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基石，日常生活中的塑料杯、保鮮膜、吸管等都是以烯烴為原料生產(chǎn)出來(lái)的。烯烴的傳統(tǒng)生產(chǎn)高度依賴于石油資源，中科院大連化物所長(zhǎng)期開展煤制烯烴的技術(shù)研究。一方面，成功開發(fā)了煤經(jīng)甲醇制取低碳烯烴DMTO成套工業(yè)化技術(shù)，處于國(guó)際領(lǐng)先水平。截至目前，DMTO系列技術(shù)已經(jīng)簽訂了31套裝置的技術(shù)實(shí)施許可合同（含出口1套），烯烴產(chǎn)能達(dá)2025萬(wàn)噸/年，約占全國(guó)現(xiàn)有產(chǎn)能的1/3，預(yù)計(jì)拉動(dòng)投資超4000億元。已投產(chǎn)的16套工業(yè)裝置，烯烴（乙烯+丙烯）產(chǎn)能超過900萬(wàn)噸/年，新增產(chǎn)值超過900億元/年。另一方面，利用納米限域催化新概念，創(chuàng)立OXZEO催化劑和催化體系，開創(chuàng)煤經(jīng)合成氣制烯烴新捷徑。合成氣是一氧化碳和氫氣的混合氣，可由煤、天然氣或生物質(zhì)氣化得到，傳統(tǒng)的合成過程中消耗大量水，會(huì)產(chǎn)生廢水和CO2。OXZEO實(shí)現(xiàn)了煤經(jīng)合成氣直接轉(zhuǎn)化制低碳烯烴等高值化學(xué)品，低碳烯烴選擇性超過了80%。這一突破性成果于2016年發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）上，并得到同行的高度評(píng)價(jià)和認(rèn)可，被譽(yù)為“里程碑式新進(jìn)展”和“開創(chuàng)煤制烯烴新捷徑”，入選2016 年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”，并作為重要內(nèi)容之一，獲2020年國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
2.石油化工行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)
石油化工是化工產(chǎn)業(yè)鏈上游基礎(chǔ)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行提供能源和基礎(chǔ)原料，從排放總量的角度看，石油和化工行業(yè)對(duì)于全國(guó)碳排放總量的貢獻(xiàn)較小，但單位能耗和單位碳排放強(qiáng)度較大。目前，原油加工市場(chǎng)逐漸趨于飽和，且新能源汽車迅速發(fā)展，石油化工行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是煉化一體化，煉油企業(yè)應(yīng)大力發(fā)展煉化一體化生產(chǎn)模式，提高原油制化學(xué)品收率。代表性技術(shù)有?？松梨诩夹g(shù)，將布倫特原油直接進(jìn)行蒸汽裂解，化學(xué)品收率大于60%；沙特阿美技術(shù)，采用一體化的加氫裂化、蒸汽裂解和深度催化裂化工藝直接加工阿拉伯輕質(zhì)原油，化學(xué)品收率接近50%。國(guó)內(nèi)中國(guó)石油、中國(guó)石化等大型企業(yè)，以及中科院過程工程研究所、中國(guó)石油大學(xué)（華東）等科研機(jī)構(gòu)和高校也相繼開展相關(guān)工作。
二、低碳和可再生能源的規(guī)?；瘧?yīng)用
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年，我國(guó)煤炭和石油消費(fèi)量分別占能源消費(fèi)總量的56.0%和18.5%，比上年分別下降0.8和0.4個(gè)百分點(diǎn)。天然氣、水電、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等清潔能源消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的25.5%，較上年上升1.2個(gè)百分點(diǎn)，比2012年提高了約11個(gè)百分點(diǎn)，我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)向清潔低碳加快轉(zhuǎn)變。根據(jù)預(yù)測(cè)，到2060年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)時(shí)，清潔能源消費(fèi)量占比要達(dá)到80%，低碳清潔能源的規(guī)模化應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵。
1.非化石能源發(fā)展迅速，“棄水”“棄風(fēng)”“棄光”狀況明顯緩解
近年來(lái)，我國(guó)非化石能源發(fā)展迅速，截至2021年底，全國(guó)全口徑非化石能源發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)11.2億千瓦，同比增長(zhǎng)13.4%，占總發(fā)電裝機(jī)容量比重約為47%，比上年提高2.3個(gè)百分點(diǎn)，歷史上首次超過煤電裝機(jī)比重。其中，水電裝機(jī)容量3.9億千瓦、風(fēng)電裝機(jī)容量3.3億千瓦、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量3.1億千瓦、核電裝機(jī)容量5326萬(wàn)千瓦、生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量3798萬(wàn)千瓦。非化石能源利用水平繼續(xù)提升，2021年，我國(guó)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電和水能利用率分別達(dá)到96.9%、98%和97.8%。廣東、廣西、云南、貴州、海南五省區(qū)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電利用率均達(dá)99.8%，區(qū)域能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型成效顯著，“棄水”“棄風(fēng)”“棄光”狀況明顯緩解。
2. 核能是實(shí)現(xiàn)碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)不可或缺的低碳能源
這里我想重點(diǎn)講一下核能，核能具有能量密度高、供能穩(wěn)定、碳排放低的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于波動(dòng)性的太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電來(lái)說(shuō)是良好的穩(wěn)定劑。2021年9月，《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》明確指出:“積極安全有序發(fā)展核電”。根據(jù)測(cè)算，2060年核電的總發(fā)電量達(dá)到2.7萬(wàn)億度，2021年我國(guó)核電發(fā)電裝機(jī)容量約5000萬(wàn)千瓦，還有很大的提升空間。
核能的利用包括核裂變和核聚變兩種方式。關(guān)于核裂變主要有以下三個(gè)問題需要解決，一是安全性，二是核燃料的持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)，三是乏燃料安全處理處置。我國(guó)已經(jīng)探明的鈾資源約27萬(wàn)噸，按當(dāng)前核電水平，已探明鈾資源支持約40年，核燃料的持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)急需解決。當(dāng)前我國(guó)乏燃料已累積近2萬(wàn)噸，每年新產(chǎn)生約1千噸，主要采用濕式暫存法處理，濕式暫存費(fèi)約4萬(wàn)元/噸/年，乏燃料安全處理處置急需解決。近年來(lái)，我國(guó)核電技術(shù)持續(xù)取得進(jìn)步。關(guān)于核電的安全性問題，2021年12月，山東榮成石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程送電成功，是全球首個(gè)并網(wǎng)發(fā)電的第四代高溫氣冷堆核電項(xiàng)目，核安全性能較高，標(biāo)志著我國(guó)成為世界少數(shù)幾個(gè)掌握第四代核電技術(shù)的國(guó)家之一。關(guān)于鈾資源短缺問題，中科院設(shè)立“釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)（TMSR）”先導(dǎo)專項(xiàng)，以釷為核燃料具有資源豐富、核廢料少、毒性低和固有防核擴(kuò)散等優(yōu)點(diǎn)，還可減少稀土開采中的釷資源流失和放射性環(huán)境污染，是核能發(fā)展重要方向之一。但這目前還是研究項(xiàng)目，還沒有達(dá)到應(yīng)用程度。關(guān)于核乏燃料的安全處理，我們目前也正在進(jìn)行重要的科研項(xiàng)目，瞄準(zhǔn)解決這個(gè)問題。
核聚變反應(yīng)是宇宙中的普遍現(xiàn)象，它是恒星（例如太陽(yáng)）的能量來(lái)源。核聚變能也是能源發(fā)展的前沿方向，被視為未來(lái)社會(huì)的“終極能源”。如果人類可以掌控這種能量，就能擺脫目前地球的能源與環(huán)境危機(jī)困擾。到目前為止，人類對(duì)受控核聚變的研究主要分為兩類：
一類是磁約束核聚變，如“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃”，它是全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際科研合作項(xiàng)目之一。ITER裝置是一個(gè)能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的超導(dǎo)托克馬克，俗稱“人造太陽(yáng)”。中國(guó)科學(xué)家積極參與國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）相關(guān)工作，2021年5月，中科院建造的東方超環(huán)（EAST）在核聚變研究上取得進(jìn)展，成功實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運(yùn)行，進(jìn)一步證明核聚變能源的可行性，也為邁向商用奠定了物理和工程基礎(chǔ)。今年2月，歐洲核聚變研發(fā)創(chuàng)新聯(lián)盟、國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃（ITER）等單位聯(lián)合宣布，實(shí)現(xiàn)了受控核聚變能量的新記錄，它們?cè)谀壳笆澜缟献畲蟮木圩兎磻?yīng)堆，即在歐洲聯(lián)合環(huán)（JET）中，將氫的同位素氘和氚加熱到了 1.5 億攝氏度并穩(wěn)定保持了 5 秒鐘，同時(shí)核聚變反應(yīng)發(fā)生，原子核融合在了一起，釋放出 59 兆焦耳的能量。有測(cè)算稱，這相當(dāng)于11兆瓦電力，大約能夠?yàn)橐粋€(gè)普通家庭提供一天的電力。JET是世界上唯一一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)“氘氚聚變”反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，保持著核聚變最大能量輸出紀(jì)錄。EAST更偏向于磁約束實(shí)驗(yàn)，并不實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)，這是因?yàn)樵贓AST運(yùn)行過程中，等離子體內(nèi)只有D核素（氘），沒有T核素（氚）。EAST實(shí)驗(yàn)的意義主要在于研究如何長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地約束等離子體，以便為我國(guó)參與的ITER項(xiàng)目及CFETR提供實(shí)驗(yàn)支持，維持聚變反應(yīng)、解決材料輻照問題、能量轉(zhuǎn)換、T滯留問題等都不是它的研究重點(diǎn)。我國(guó)自己籌建的中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆（CFETR），以實(shí)現(xiàn)聚變能源為目標(biāo)，將研究走向?qū)嵱没梢詮浹a(bǔ)EAST不能發(fā)電等缺點(diǎn)。
另一類是激光核聚變。就在本周的12月13日，美國(guó)能源部官員宣布，加州勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，首次成功在核聚變反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)“凈能量增益”，即聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量大于促發(fā)該反應(yīng)的鐳射能量。實(shí)驗(yàn)向目標(biāo)輸入了2.05兆焦耳的能量，產(chǎn)生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出，能量增益達(dá)到153%。3.15兆焦耳的能量相當(dāng)于二兩炸藥的爆炸威力。這是世界上首次激光核聚變點(diǎn)火，是一個(gè)里程碑式的工作，引起了科學(xué)界和社會(huì)的廣泛關(guān)注。當(dāng)然，目前激光核聚變具有時(shí)間短，發(fā)電效率低等特點(diǎn)，科學(xué)上具有重要意義，可應(yīng)用在一些特殊領(lǐng)域，離商業(yè)發(fā)電還有很長(zhǎng)的路要走。2020年，中科院也立項(xiàng)部署了與美國(guó)不同技術(shù)路徑的激光核聚變研究工作。
3. 儲(chǔ)能是可再生能源大規(guī)模融合利用的關(guān)鍵
由于以風(fēng)電、光伏為代表的可再生能源普遍存在間歇性、波動(dòng)性、隨機(jī)性的特點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模融合利用，儲(chǔ)能是關(guān)鍵。根據(jù)預(yù)測(cè)，2060年我國(guó)儲(chǔ)能規(guī)模達(dá)到420GW（42000萬(wàn)千瓦）。2021年是我國(guó)儲(chǔ)能行業(yè)從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變的一年。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年，我國(guó)已投運(yùn)電力儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)46.1GW，約占全球市場(chǎng)總規(guī)模的22%，同比增長(zhǎng)30%，仍有較大發(fā)展空間。比如，國(guó)家能源局2021年8月發(fā)布的《抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，到2025年，中國(guó)抽水蓄能累計(jì)裝機(jī)量要達(dá)到62GW以上，到2030年達(dá)到120GW，截至2021年底，抽水蓄能裝機(jī)規(guī)模僅為39.8GW。這意味著9年間有3倍的成長(zhǎng)空間，復(fù)合年均增長(zhǎng)率為13%。
儲(chǔ)能技術(shù)路徑主要分為機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和其他儲(chǔ)能。機(jī)械儲(chǔ)能中的抽水蓄能技術(shù)成熟，是目前儲(chǔ)能市場(chǎng)上應(yīng)用廣、占比高的技術(shù)，但其對(duì)地理?xiàng)l件依賴度高；壓縮空氣儲(chǔ)能可以不依賴地理?xiàng)l件，中科院工程熱物理研究所開發(fā)的100MW壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，今年9月30日張家口并網(wǎng)運(yùn)行，效率達(dá)到70%，接近抽水儲(chǔ)能效率。電化學(xué)儲(chǔ)能是通過電池完成的能量?jī)?chǔ)存、釋放和管理的過程，具有配置靈活、建設(shè)期短、響應(yīng)快速，可以有效提高可再生能源消納水平，是未來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的重要方向。主要分為鋰離子電池、鉛酸電池、液流電池、鈉系高溫電池和金屬-空氣電池等。其中鋰離子電池技術(shù)較為成熟，已進(jìn)入規(guī)?；慨a(chǎn)階段，是目前發(fā)展快、占比較高的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。鈣鈦礦電池是電化學(xué)儲(chǔ)能的新方向，具有吸光能力強(qiáng)、低成本和易制備、弱光效率高等優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，但存在穩(wěn)定性較差和大面積應(yīng)用時(shí)的效率損失兩個(gè)短板，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。根據(jù)中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)數(shù)據(jù)，2021年，我國(guó)新增儲(chǔ)能項(xiàng)目146個(gè)。其中，抽水蓄能項(xiàng)目5個(gè)，電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目131個(gè)。在電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目中，鋰離子電池儲(chǔ)能項(xiàng)目高達(dá)120個(gè)。
當(dāng)前我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展仍然面臨一些問題和挑戰(zhàn)。一方面，我國(guó)在儲(chǔ)能領(lǐng)域基礎(chǔ)性、原創(chuàng)性、突破性創(chuàng)新不足，具有“領(lǐng)跑”意義的先進(jìn)技術(shù)還不多，儲(chǔ)能轉(zhuǎn)化的相關(guān)機(jī)理、技術(shù)及系統(tǒng)的研究還不夠成熟，尤其是在設(shè)計(jì)軟件、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與理念方面缺少話語(yǔ)權(quán)。另一方面，大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)推廣，受電力系統(tǒng)市場(chǎng)機(jī)制不完善等方面限制，存在儲(chǔ)能市場(chǎng)主體地位不明晰、市場(chǎng)機(jī)制不完善導(dǎo)致儲(chǔ)能價(jià)值收益難以得到合理補(bǔ)償?shù)葐栴}，現(xiàn)階段還未建立成熟的競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)運(yùn)行機(jī)制，很難合理核定各類電力輔助服務(wù)的價(jià)格，從而造成儲(chǔ)能的價(jià)值和收益難以對(duì)接。近年來(lái)這些方面都已經(jīng)有所進(jìn)步和改善，但問題依然突出。
4. 氫儲(chǔ)能與電化學(xué)儲(chǔ)能具有互補(bǔ)性
氫能受到各方高度關(guān)注，2022年初國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》，首次明確了氫的能源屬性。氫能是一種來(lái)源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，正逐步成為全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要載體之一。氫儲(chǔ)能在能量密度、儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)上具有較大優(yōu)勢(shì)，在能量轉(zhuǎn)換效率、響應(yīng)速度等方面相對(duì)較差，可以與電化學(xué)儲(chǔ)能形成互補(bǔ)。近年來(lái)，我國(guó)氫氣產(chǎn)量保持連續(xù)增長(zhǎng)，已成為世界第一產(chǎn)氫大國(guó)，2021年產(chǎn)量達(dá)3300萬(wàn)噸。但是氫能的發(fā)展仍存在一些問題和挑戰(zhàn)。一方面，目前氫氣制取主要由化石能源制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫構(gòu)成，據(jù)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)煤制氫占比約62%，天然氣重整制氫占比約19%，焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣等工業(yè)副產(chǎn)提純制氫和石油制氫占比約18%，電解水制氫等約占1%，可再生能源制氫規(guī)模還很小。大家知道，通過化石能源燃燒制氫過程中會(huì)產(chǎn)生CO2，是灰氫；在灰氫的基礎(chǔ)上，將二氧化碳副產(chǎn)品捕獲、利用和封存（CCUS）而制取后的氫氣是藍(lán)氫；通過使用再生能源（例如太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能等）制造的氫氣是綠氫，我們真正需要的是綠氫。另一方面，氫是元素周期表上最輕的元素，很容易泄露，對(duì)儲(chǔ)能容器要求高，常壓下液化需在-235℃下，能耗較高。如果以管道運(yùn)輸，則需要克服純氫以及摻氫氣體給管道帶來(lái)的安全隱患。現(xiàn)階段，我國(guó)氫氣儲(chǔ)運(yùn)主要以高壓氣態(tài)長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸為主，常用的高壓氣態(tài)長(zhǎng)管拖車氫氣儲(chǔ)存壓力為20兆帕，單車運(yùn)載量約300千克氫氣。液氫運(yùn)輸和管道運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)尚不成熟，液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)均處于小規(guī)模試驗(yàn)階段，目前氫氣管道里程約400千米，在用管道僅100千米左右。預(yù)計(jì)到2025年，液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)和管道儲(chǔ)運(yùn)的方式將有初步發(fā)展，到2035年，高壓氣氫儲(chǔ)運(yùn)、液體儲(chǔ)運(yùn)和管道儲(chǔ)運(yùn)等多種氫氣儲(chǔ)運(yùn)形式將實(shí)現(xiàn)并存。
氨既能當(dāng)儲(chǔ)氫介質(zhì)，又能做零碳燃料。氨（NH3）是天然的儲(chǔ)氫介質(zhì)，常壓下，-33℃就能液化，便于安全運(yùn)輸，有完備的貿(mào)易和運(yùn)輸體系?？稍偕茉瓷a(chǎn)氫，再將氫轉(zhuǎn)換為氨，運(yùn)輸?shù)侥康牡?，或許是一條解決途徑。目前，氨的主要制備方式是氫氣和氮?dú)夥磻?yīng)合成，全球年產(chǎn)量1.8億噸，80%左右用于化肥行業(yè)，工藝成熟，成本低廉。在氨能使用方面，技術(shù)難題是不能穩(wěn)定燃燒，如何獲取“綠氨”，日韓等國(guó)在充分燃燒的研發(fā)方面遙遙領(lǐng)先，都有氨動(dòng)力船研究項(xiàng)目。
三、二氧化碳捕集和利用
根據(jù)預(yù)測(cè)，到2060年，仍有25～30億噸CO2總排放量，其中一部分可以由海洋、陸地?zé)o機(jī)過程和陸地生態(tài)系統(tǒng)吸收，另一部分需要通過CCUS（碳捕集-利用-封存）技術(shù)進(jìn)行去除。
碳捕獲與封存（CCS）技術(shù)是指將CO2從工業(yè)或相關(guān)排放源中分離出來(lái)，輸送到封存地點(diǎn)，并長(zhǎng)期與大氣隔絕的過程。根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)的估計(jì)，到2050年，CCS要想對(duì)緩解氣候變化產(chǎn)生顯著影響，至少需要有6,000個(gè)項(xiàng)目。每個(gè)項(xiàng)目每年在地下存儲(chǔ)100萬(wàn)噸CO2，而全世界只有三個(gè)如此規(guī)模的項(xiàng)目?？梢哉f(shuō)，如果CCS在未來(lái)20年不能進(jìn)化為主流技術(shù)，情況將不容樂觀。CCS技術(shù)無(wú)法迅速得到推廣的主要原因是其高昂的成本，根據(jù)測(cè)算，封存1噸CO2需要200~300美元，就是說(shuō)1噸煤燃燒排放2噸CO2，至少需要400美元進(jìn)行CO2封存處理，將來(lái)如果技術(shù)沒有突破性進(jìn)展，這件事根本不可能做到。另外，其推廣過程還存在諸多不確定因素，對(duì)環(huán)境也存在一定的影響。
碳捕獲、利用與封存（CCUS）技術(shù)是應(yīng)對(duì)全球氣候變化的關(guān)鍵技術(shù)之一，受到世界各國(guó)的高度重視，紛紛加大研發(fā)力度，并取得一些研究成果。2021年9月，中科院天津工生所從CO2人工合成淀粉的成果引起了廣泛的關(guān)注，有網(wǎng)友將此比作空氣變饅頭。這是國(guó)際上第一次不需要依賴植物光合作用，而是采用人工手段，將自然的代謝過程重新拆解、組裝，以CO2、水和氫能為原料，生產(chǎn)出了人工的淀粉。目前，淀粉主要由玉米等農(nóng)作物通過自然光合作用固定CO2生產(chǎn)，合成與積累涉及約60步代謝反應(yīng)以及復(fù)雜的生理調(diào)控，理論能量轉(zhuǎn)化效率僅為2%左右。天津工生所從頭設(shè)計(jì)出11步主反應(yīng)的非自然CO2固定與人工合成淀粉新途徑，在實(shí)驗(yàn)室中首次實(shí)現(xiàn)從CO2到淀粉分子的全合成，合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，向設(shè)計(jì)自然、超越自然目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)邁進(jìn)一大步，為創(chuàng)建新功能的生物系統(tǒng)提供了新科學(xué)基礎(chǔ)，是典型的從0到1的原創(chuàng)性成果。當(dāng)然該成果目前尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，離實(shí)際應(yīng)用還有一段距離。今年4月，電子科技大學(xué)、中科院深圳先進(jìn)院在《自然—催化》發(fā)表研究成果，電催化結(jié)合生物合成的方式，能將CO2高效還原合成高濃度乙酸，進(jìn)一步利用微生物，可以合成葡萄糖和油脂。有科學(xué)家認(rèn)為，該工作耦合人工電催化與生物酶催化過程，發(fā)展了一條由水和CO2到含能化學(xué)小分子乙酸，后經(jīng)工程改造的酵母微生物催化合成葡萄糖和游離的脂肪酸等高附加值產(chǎn)物的新途徑，為人工和半人工合成“糧食”提供了新的技術(shù)。
據(jù)媒體報(bào)道，中國(guó)農(nóng)科院與首鋼朗澤新能源公司合作，全球首次實(shí)現(xiàn)從一氧化碳到飼料蛋白質(zhì)的一步合成，并已形成萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)產(chǎn)能。該項(xiàng)研究以含CO、CO2的工業(yè)尾氣和氨水為主要原料，制造新型飼料蛋白資源，將無(wú)機(jī)的氮和碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)的氮和碳，開辟了一條低成本非傳統(tǒng)動(dòng)植物資源生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼料蛋白質(zhì)的新途徑。
今年2月，美國(guó)西北大學(xué)和郎澤科技公司研究人員在《自然》發(fā)表論文稱，他們?cè)谝豁?xiàng)新的試點(diǎn)研究中，將一種梭菌進(jìn)行遺傳工程改造，用于合成此前它們無(wú)法產(chǎn)生的化合物，這種選擇、設(shè)計(jì)和優(yōu)化細(xì)菌菌株的過程，成功地證明了其將CO2轉(zhuǎn)化為丙酮和異丙醇的能力。這種新的氣體發(fā)酵過程不僅可從大氣中去除溫室氣體，還可避免使用化石燃料，而化石燃料通常是生成丙酮和異丙醇所必需的。
以上我就碳中和背景下的能源科技發(fā)展態(tài)勢(shì)與大家進(jìn)行了簡(jiǎn)要交流。碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)是黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體?？萍紕?chuàng)新，特別是能源的科技創(chuàng)新是同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和碳達(dá)峰、碳中和的關(guān)鍵。希望社會(huì)各界，共同努力、攜手并進(jìn)，為實(shí)現(xiàn)“雙碳” 目標(biāo)做出更大貢獻(xiàn)。
謝謝大家！
來(lái)源：財(cái)經(jīng)
