包信和院士 碳中和认知12篇 维度系列-碳中和 2023.3 目 录 专家简介 ...........................................................................................................1 1、煤炭如何迎来“第二春” ............................................................................ 1 2、双碳这场仗注定难打 ................................................................................. 11 3、实现碳中和，可再生能源是根本 ............................................................... 16 4、未来碳达峰和碳中和目标的实现焦点是“绿氢” ...................................... 19 5、先立后破推动能源结构调整，校企联动促进双碳成果转化 ........................27 6、“精准剪裁”煤分子，实现煤炭清洁利用 .................................................33 7、我的“能源梦” ........................................................................................ 36 8、 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 ...............47 9、使用氢能到底有哪些技术瓶颈？ ............................................................... 63 10、煤炭清洁利用，不仅仅是简单的“一烧了之” ........................................69 11、能源消费主体仍是化石能源 ................................................................. 70 12、氢能制造和储存还存在技术难关 ............................................................. 75 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。 1、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 1 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 2 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。 3 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。 4 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， 5 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