【两会声音】专访全国人大常委会委员、中科院院士包信和:“先立后破”推动能源结构调整 校企联动促进“双碳”成果转化

  来源:21世纪经济报道

  发布时间:2022-03-12

  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21世纪经济报道记者专访时建议,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

  《21世纪》: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?

  包信和:“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。

  《21世纪》: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: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。

  利用好长三角优势

  《21世纪》: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: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

  《21世纪》: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?

  包信和: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。

  《21世纪》: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: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。

  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/cm^2,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。

  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。

  《21世纪》: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: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。(作者:易佳颖,卜羽 编辑:杜弘禹)

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