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碳中和：戏说与正说 ——刘育琳 刘育琳 刘育琳，广丰区霞峰人，欧美同学会留美医学会执委；中美健康峰会组织副秘书长。 最近看了很多人，包括很多专家写的关于碳中和的文章，看着看着，头脑里突然冒出马保国师傅应声倒地的情景。马师傅的接化发理论并无错，错在他接也笨拙，化完全不会，所以发的机会根本没有。对碳中和，要是向马师傅学习，最终的结果可能也只能是说人家不讲武德。 接化发的真正高手是汤姆?索亚。汤姆因为偷吃东西,波莉姨妈罚他去粉刷栅栏。一桩极枯燥无味的手工活，被他转化成同伴们人人向往，而且得用礼物才能换得一次参与机会的活动。当本（Ben）付出苹果才有机会在烈日下替他挥汗如雨地工作时，汤姆就像一位退居二线的艺术家，坐在一旁树荫底下的大木桶上，晃着腿，嚼着人家送给他的苹果。最美妙的是，同伴们一个接一个地中了他的接化发： “本刷到精疲力尽时，汤姆已经将下一次机会以一只风筝的价格卖给了比利·费雪，那风筝可保养得不错哪。等这位玩儿腻了，强尼·米勒又接着入手，代价是一只死老鼠，附赠一根甩着玩的绳子——如此如此，这般这般，好几个小时过去了。到中午时分，早上还是个可怜的穷光蛋的汤姆，这会儿却成了货真价实的大富翁。除了之前说过的那几样，他还得到了十二颗弹珠、一只破口弦琴、一片透光的蓝玻璃、一门线轴大炮、一把什么锁都打不开的钥匙、碎粉笔、玻璃瓶塞、小锡兵、一对蝌蚪、六枚鞭炮、一只独眼小猫咪、黄铜门把手、狗项圈——但是没有狗、小刀的柄、四片橘子皮，还有一副马上就要四分五裂的旧窗框。 “汤姆的这个下午过得是轻松自在——有很多玩伴，栅栏还上了三道漆！要不是白漆用光了，村里每个孩子都会被汤姆搞到破产。” 当然，我的这些联想，都是在我加入绿碳科技后才产生的。绿碳科技让我知道，对付二氧化碳硬接是要受伤的，转化是唯一的出路。 绿碳科技的全称是江苏绿碳纳米科技有限公司，是我的北大师兄宋维宁博士创立的。宋博士大半辈子都在干一件事：化腐朽为神奇：原来用秸秆等生物质生产木塑复合材料；5年前，脑洞大开，开始对无色无相的二氧化碳下手。他一出手，就很高调，组织了一个团队去参加世界碳X大赛。他给这个团队取了个很炫的名字C4X,成员包括中国、加拿大两国最优秀的专家，其中有纳米化学之父杰弗里?厄津（GeoffreyOzin）、英国皇家化学学会会员、加拿大工程院院士莫西尼?塞恩（MohiniSain）这样的大牛。这个团队用了整整四年时间，在全球个团队中挤入了十强，拿到了50万美元的奖金，最关键的是，把大家都视为废物的二氧化碳，转化成价值几十万一吨的碳纳米管。 碳纳米管是管状的纳米级石墨晶体，是单层或多层的石墨烯层围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管状结构，管直径尺寸在纳米级，长度在微米级。碳纳米管在力学、电学、热学等性能方面具备优异表现，是具备多领域应用潜能的新型材料。 性能类别 碳纳米管的特性 _力学性能 碳纳米管具有极高的强度（与金刚石同一级别）和极大的韧性（抗拉强度为钢的倍），比重只有钢的1/6。 _电学性能 碳纳米管具有良好的电学性能。电子通过碳纳米管能量损失极其微小，导电性能优于常规导电材料。 _热学性能 碳纳米管具有优异的导热性能，是已知的最好的导热材料，导热系数是自然界最好导热材料金刚石的3-6倍，是铜的16倍。 _化学稳定性 碳纳米管化学性质稳定，具有耐酸性和耐碱性，在高分子复合材料中添加碳纳米管，可以提高材料本身的阻酸抗氧化性能。 _深入了解了这个团队的工作后，我想宋博士连二氧化碳都能转化为价值不菲的材料，我这块废料（awretchlikeme）不妨也交给他试试，没准也能化腐朽为神奇呢？于是义无反顾，抛家傍路，追随宋博士来到了山西大同：绿碳科技在此建设了世界首个从煤电烟气中捕集二氧化碳，并将二氧化碳转化为碳纳米管的小型工业化项目。 五年前宋博士决定对二氧化碳下手时，万万没有想到二氧化碳的研究也会成为显学；更没有想到碳达峰、碳中和会成为当下最热门的词汇，全国也不知道从哪里一下子冒出了那么多碳中和的专家，在各种场合侃侃而谈。有一次，看到一位搞金融的，说碳中和主要还是要依靠自然的力量，多种树，我忍不住算了一笔账：整个亚马逊森林万平方公里，一年吸收二氧化碳才10亿吨。中国现在每年排放二氧化碳亿吨以上，假设三分之一的二氧化碳通过种树来解决，就得有近万平方公里的面积用来种树。中国的国土面积总共只有万平方公里，即使全部用来种树也远远不够啊。这另外的0多平方公里从哪里来？ 从那以后，我就一直想做点碳中和方面的科普工作，于是现学现卖。幸好我身边有宋博士这样的高人指点，加上我还没有完全老年痴呆，所以，一些常识性的东西还是能讲明白。更何况，据说，一个刚学会开车的人，最善于教别人开车。我现在的状态，也正好适合写点肤浅的东西。 戏说完毕，谈点正经的。今天主要想澄清几个被广泛混淆的概念。 一、关于清洁能源 在谈论碳达峰、碳中和的方案时，很多意见领袖都大谈发展太阳能、风电、水电、氢能等清洁能源。似乎这些能源就是无碳或者低碳能源。 我国清洁能源概念的提出，是在大气污染背景下，对太阳能、风电、水电、天然气、氢能等新能源的概括，这些能源相对于传统煤电而言，较少二氧化硫、氮化物及颗粒物的排放，相对比较清洁，所以称之为清洁能源。但是，清洁能源概念并未与二氧化碳的排放量有任何挂钩，因为二氧化碳并非空气污染源。 实际上，就全生命周期的碳排放而言，目前被认为清洁能源的太阳能、风电、氢能等，其上游往往是高耗能过程，或者直接排放大量二氧化碳。以大家都觉得很清洁的氢能为例，电解水制氢是一高耗能过程，每生产1公斤氢气，就要18升水，耗费55度电。如果所用的电来源于火电厂，则相应的排放量为50公斤二氧化碳当量。丰田的Mirai氢气汽车（尺寸与汽油车丰田凯美瑞相似）,加1公斤氢气可行驶公里；相比之下，在城市条件下驾驶的汽油凯美瑞每公里产生约25公斤的二氧化碳，究竟哪个更低碳？ 其他能源形式，如太阳能，在发电过程中没有二氧化碳排放，但在工业硅生产、多晶硅生产、多晶硅铸锭和硅片生产、光伏电池片的生产、光伏电池组件的生产、光伏系统平衡组件、光伏系统的运输、废弃处置等环节，均有碳足迹。虽然目前的计算表明太阳能较火电，碳排放强度低很多，但不同的计算结果相差很大，而且都没有考虑储能环节的碳足迹。 即使我们很熟悉的水电，华盛顿州立大学的研究者发现每年从水坝和水库排放的甲烷大约相当于十亿吨二氧化碳排放，原因是新建水库淹没的植物及其他有机物，在缺氧状态下，水底微生物便开始消化有机物质，最终产生甲烷气泡。 总之，将碳排放考虑进来，目前没有一种能源是清洁的。传统火电通过CCUS（碳捕集、利用、封存）甚至可以实现更低或者零碳排放。 二、化石能源必须抛弃吗？ 与上述概念上的混淆相关，很多人一提到煤电等化石能源，就自然认为是有污染、高排放的非清洁能源。讨论碳中和时，不由分说，对煤电采取一种妖魔化的态度。 传统化石能源之所以对大气产生污染，并非技术上不能处理，而是原来经济成本上无法平衡。以煤电为例，1吨标煤发电约度电，产值约0元，经过脱硫脱硝达到超低排放标准时，只剩下不到元的利润。如果要做到净零排放，技术上完全做得到，但每吨标煤还需-元的处理成本。电厂为了维持持续运营，只能以牺牲环境为代价。但是，这不是化石能源的本来面目。 其实，化石能源也可以成为一种清洁、无碳排放的能源。绿碳科技所属的山西清洁碳经济产业研究院在山西大唐国际云冈热电厂做了一个示范项目，将煤电烟气中的二氧化碳进行捕集，并将二氧化碳转化为碳纳米管。在捕集二氧化碳的过程中，对烟气中的残留污染物进行了进一步的处理，实现了零排放。而捕集二氧化碳和处理大气污染源的成本，则由二氧化碳转化产生的价值来补偿。这一项目虽然规模还比较小，但足以证明，化石能源也可以做到清洁、低碳或者零碳。 国际能源署(IEA)近日发布的旗舰报告《全球能源行业碳中和路线图》中，有多处提到CCUS。报告中对于化石能源给出了较为科学合理的出路——安装了CCUS系统达到碳中和的化石能源仍有存在的空间和价值。作为达成碳中和的工具，报告基本将CCUS与氢能等清洁能源置于同等地位。报告中提到，目前全球每年CCUS共捕集约万吨二氧化碳；到年，每年捕集量将达到16亿吨，到年，增长到每年76亿吨；其中20%的捕集量来自电力板块，而其中45%来自煤电厂，40%来自生物能源发电厂，15%来自天然气发电厂。 但是，目前国际上对CCUS的理解受欧盟的影响较为严重，他们过于强调二氧化碳的封存，而忽略了二氧化碳的转化和利用。山西清洁碳研究院提出，应该以CCCUS(碳捕集、转化、利用、封存)来作为中国的碳中和主要工具。 经过CCCUS处理后的煤电，既做到了大气污染物的净零排放，也把所有的二氧化碳收集起来，一部分转化为对国民经济有重大价值的产品；另有大量的二氧化碳，在混凝土生产过程中注入，可提高混凝土的强度，而且可缩短初凝时间，节约水泥用量；作为气肥，可促进农业生产；用于驱油、驱替煤层气，可提高油气的开采效率。因此，CCCUS不仅是碳中和的工具，更是百万亿碳经济的动力。 对于化石能源，一方面确实要认识到其目前的缺陷，但应该以发展的眼光，允许现有化石能源通过CCCUS改造为清洁能源，并应鼓励采用新技术、能效更高的安装有CCCUS的新的煤电项目。美国的碳中和方案中，也保留了不低的化石能源作为最可靠能源。 三、二氧化碳是负担还是资源？ 一种物质究竟是负担还是资产，往往取决于是否有适当的技术能利用该物质。在农耕时代，露天油田可能被视为劣质农田，但有了石油开采、冶炼技术后，该油田可创造的价值，即远远大于其农业用途。 目前在讨论碳中和问题时，绝大多数人把二氧化碳视为要花费几百万亿来处理的一个大问题，完全把二氧化碳视为负担。山西清洁碳经济产业研究院的研究表明，二氧化碳是与石油、天然气、煤、生物质并列的工业五大基础原材料，可以生产出4万多种人类社会需要并赖以生存的产品。 按照二氧化碳转化产品的价值高低，以及各种转化用途所消纳二氧化碳的数量，二氧化碳转化呈如下金字塔状： 一旦认识到二氧化碳是一种资源，我们的地位就如同汤姆?索亚一般，实现了一次逆袭。碳中和并非只是花钱的过程，而是中国产业全面更新升级的机会。碳中和战略应立足于二氧化碳的资源化利用。只要市场主体在二氧化碳的开发利用中获利，碳中和的实现就是人们在追逐利益中的一件副产品。 四、新能源的地位 在讨论碳中和方案时，最流行的观点是要大力发展新能源，逐步替代煤炭资源。对此观点，中国工程院院士倪维斗先生曾在一次演讲指出，年我国能源消耗总量已达43.6亿吨标准煤。不管是天然气、核电还是水电、风电、太阳能、氢能，都只能是辅助能源，而不能成为主力。 首先看天然气，我国的天然气储量为亿立方米，相当于2.6亿吨标煤，已是极限；中国和俄罗斯的天然气合作供应协议也仅增加了亿立方米，相当于万吨标准煤。目前天然气的用量是煤的1/20，远期来看，天然气的用量仍将只是煤的1/15。 核电：年的装机量是万千瓦，年发电量为亿千瓦时，占全部发电总量的3.5%。规划年装机万千瓦，到年装机1.2亿千瓦，发电亿千瓦时，折合来看是1亿标准煤。我国铀资源贫乏，铀进口依存度已超过90%，决定了核电不能成为我国能源发展主要方式。 水电：7亿千瓦的理论蕴藏量装机，技术可开发不到5.5亿千瓦，而经济可开发4亿千瓦。年发电量1.19万亿千瓦时，相当于约2.15亿吨标准煤。水电装机容量已达3.32亿千瓦，开发度已达到了75%，剩下的1亿千瓦中包含有雅鲁藏布江的蕴藏量，实际开发方面存在国际问题。 天然气、核电、水电、风电、太阳能等发电量加起来约等于7.0亿吨标准煤，这相比年我国40多亿煤的能源消耗，是个小数。 在逐项分析后，倪维斗院士以无可辩驳的结论指出：山西、内蒙一带的几千亿吨煤才是我国能源的根本保障。中国只能走煤的清洁、高效、低碳利用之路。 还必须要看到的是，对于风光电、氢能等可再生能源，在大规模储能技术获得突破且成为稳定的技术前，不可能替代煤电，只能成为一项补充能源。而大规模的储能技术开发，尚有漫长的路要走，而且受制于关键材料的供应。以制造储能设施的重要材料镍为例，我国红土镍矿资源比较缺乏，高度依赖进口。年中国镍矿进口量为.72万吨，对外依存度超过60%。我国提出能源革命的一个重要考虑是要减少进口依赖，如果未来在储能技术方面，依然要高度依赖进口，则无疑背离了初心。 因此，对于碳中和的路径选择，必须立足中国实际。过早让新能源承担其难以承受的负担，有可能最终阻碍了新能源的发展，更有可能对社会、经济、民生都造成巨大的损失。年2月初，美国德克萨斯州众多天然气、风能和火力发电厂因结冰而无法运转，造成德州百分之四十的电力供应中断，造成万户人家天寒地冻时无电可用，连带影响供水系统运作。这种教训我们不能视而不见。 最后，还是有必要做个声明：面对能源、碳中和这样的话题，也许也只有我这样的生手，才能像安徒生童话《皇帝的新装》中的那个孩子一样。我也知道在此方面的知识积累十分有限，所以我随时准备好接受不同的观点，只要有足够的事实和数据能说服我。 明德书院简介：明德书院于年在江西省上饶市广丰区塘塭自然村发起，旨在为乡村中小学生提供与城市青少年无差别的阅读机会与环境，是以“填平城乡青少年之间的知识结构鸿沟”为目标的公益项目。三年多来，凝聚发起人和参与者心血的明德项目茁壮成长，并已促成数十家书院在不同的乡镇落地生根。目前，大多数明德书院的书籍，都是由城里孩子们从已阅读过的书籍中精选并捐赠，是孩子们为孩子们所挑选的最适合阅读的书，是城市小伙伴们向乡村同龄人分享的美好阅读机会，从宇宙的起源到世界的运转、从生命的诞生到人类文明的发展、从数学的奥秘到诗歌的美好……应有尽有。书院将不定期邀请博士、专家开展公益讲座。他们丰富的人生阅历、顶尖的专业知识可以帮助孩子们活跃思维、开阔视野，为孩子们点燃梦想，指引方向。 ▽ 明德书院受捐基本原则 1.由正规出版社出版，适合幼儿园、小学、初中阶段学生阅读的书籍为主； 2.如有以捐现金形式，必须指定专门人员购买相关书籍； 3.为节约社会资源，鼓励孩子捐赠读过的书籍，培养城市孩子的“为他意识”； 4.谢绝宗教类图书； 邮寄
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