金涌:“碳中和”是中国转型的巨大驱动力

——专访中国工程院院士、清华大学化学工程系金涌教授
选择字号:   本文共阅读 216 次 更新时间:2021-07-16 13:43:36

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金涌  

  

   “碳中和”是环境问题,更是发展问题。在“碳中和”的大背景下,化工行业路在何方?如何实现产业转型与能源转型?

   《环境与生活》记者专访中国工程院院士、清华大学化工科学与技术研究院院长、博士生导师金涌教授,请他分享一个资深化工科学家对“碳中和”的理解与思考。金涌院士认为,化工行业未来应该实现低碳转型,变“化石燃料”为“化石材料”——

   “碳中和”是中国发展的必然需求

   《环境与生活》:在我国提出了2030年碳达峰,2060年碳中和的“双碳”目标之后,各行各业对此都极为重视。作为化学工程科研领域的领军人物,您深耕化工行业数十年,对“双碳”目标和化工行业的未来有着远远超越这个时代的理解和认识,请问在迈向碳中和的大背景下,化工行业应该如何转型?化工行业可持续发展的路该怎么走?

   金涌:咱们就说说碳中和,去年联合国大会上,有121个国家提出要2050年达到碳中和,这当然是对中国有压力的。我国在提出构建人类命运共同体的前提下,也坚持了自己的原则,也就是说应对气候变化问题,大家都有责任,责任是共同但有区别的。所以,我国提出了“争取在2060年前实现碳中和”的目标。

   那么,我国为什么要做这个事,并且作为全国的一个重大发展目标呢?事实上这和我国自身的发展需求也有关系。我觉得,我国制定“双碳”目标,一方面是应对来自西方国家的压力,另一方面也是我国发展到了目前的阶段,不得不做的。中国现在发展最大的矛盾就是能源短缺,资源不够,加上环境恶化。我国现在74%的石油是从国外进口,差不多40%至50%的天然气进口,铁矿石80%进口。我国在资源和能源上,如果还想进一步发展,就会受到这些方面的制约。

   “碳中和”是环境问题,更是发展问题

   《环境与生活》:对于碳中和目标,目前似乎存在着两派观点,其中一派认为实现碳中和目标需要消耗大量的财力物力,这将会是十分困难的;另一派认为,我国现在已经具有足够的技术和经济实力,因此实现碳中和将是水到渠成。那么,您认为我国实现这一目标的难度如何?

   金涌:我国现在要从工业化社会变成信息化社会,就必须解决我国的资源问题、能源问题、环境问题。在这种情况下,我国正好以碳中和作为一个巨大的驱动力,来驱动中国的转型。所以说,碳中和是中国必须做的,我觉得我国通过中国人的财富、才能,是完全可以做到的,是可以解决这些问题的,我国是有自己的发展目标和任务的。

   因此我国提出碳达峰、碳中和的目标,要知道我国现在是全世界碳排放量最大的国家,排放全球近1/3的二氧化碳。我国从碳达峰到碳中和只有30年时间,这是非常短的时间。世界上其他一些国家,从碳达峰到2050年碳中和,像英国是接近80年,美国也有40多年。我国要想很快地把这么大的二氧化碳排放量,降到碳中和的目标,困难还是很大的。

   与此同时,我国还承诺到2050年,中国要从小康达到发达国家水平,要进入发达国家行列。发达国家最大的指标,就是人均GDP。像美国等发达国家,人均GDP能到四五万美元,我国目前的人均GDP是一万美元。在这个过程中,我国不光需要减少排放,还要提高GDP,中高速经济发展同步进行,这就比较困难了。可是还不能不做。碳中和绝对不是一个单纯的能源问题或气候变化问题,而是一个深刻、广泛的经济社会系统变革,是涉及全社会的事,是一个非常非常大的目标。也可以说,碳中和将会是主导中国经济增长和转型的最大驱动力,也是我国以后经济活动最核心的部分之一。将来,我国无论科学研究、技术开发、投资、生产、消费,一直到物流、循环利用,全部决策都需要以此作为依据。因此我觉得,我国对碳中和的目标,要从一个比较高的角度来认识,不要以为就是解决一点环境问题,不是这样的。我国和美国人的想法是完全不同的。

   《环境与生活》:也有观点认为,中央是想以此为抓手,统筹整个社会的变革

   金涌:对,因为是一个整体的社会变革,如果达成目标,我国就真正做到了可持续发展,我国就不会再有对国外的能源的依赖。大部分资源我国能通过循环经济解决,这样的话,中国就真正做到了可持续发展,相应的,污染也减少了。

   《环境与生活》:通过您的介绍,我国对“双碳”目标也有了一个更加深刻的认识。您认为,我国后续将需要在哪些方向做出更多努力?

   金涌:我觉得首先我国需要对碳达峰、碳中和的真正的内涵、高度,有正确的认识。不能一上来就说是应对气候变化的问题。

   相应的,我国的经济和社会还想继续发展,就必须找到可再生能源代替化石能源。这是我想说的第一点,也就是高度的问题。我想谈的第二点,是我国需要怎么做。按人口学家的统计,到2060年,我国的人口预计还会稳定在14亿左右。也许有可能会变少,但是可以肯定不会出现大幅度增加了。我国和发达国家的水平差在哪里?我想就是万元GDP能耗,也就是每生产1万元的产值消耗多少能量。这是目前我国和外国相比,存在的最大问题。日本和美国这些发达国家,每生产1万元产值,大概需要消耗不到0.2吨标准煤。我国目前是接近0.5吨。我国每生产1万元GDP,消耗的能源太多。所以,我国必须把每万元GDP能耗降下来,也要降到0.1吨这个级别。

   产业转型与能源转型,是目前最大需求

   《环境与生活》:的确如您所说,2020年,我国的GDP首次突破百万亿元人民币,位列世界第二。但是,我国的人均GDP水平还是相对较低。

   金涌:为什么我国的每万元GDP能耗和发达国家有如此大的差距?根本问题在于产业结构,当然服务业少也是原因之一。改变产业结构非常重要,但是,我国也不会因此放弃制造业,因为中国是世界制造业第一大国。因此我国要发展高端制造业,向着高质量发展。

   我国现在存在很多产品价值低,但二氧化碳排放量大,并且能耗很大的产业。比如钢铁,我国2019年生产了12亿吨钢,占全球钢年产量的一半。按人均产量来算,是美国的3倍。水泥就更是如此了,我国的水泥产量占全世界70%,人均水泥生产量是美国的6倍。但是问题就来了,我国未来还会再建这么多高速公路或楼房吗?我国进入了信息化社会,产业就要发生很大变化,所以在这40年之内,可能我国会逐渐将一些产业淘汰,尤其是一些高耗能低产出的行业,要有序地退出,然后用先进的、高端的、耗能少、产值高的行业代替。这样就有机会把我国的每万元GDP能耗也降到0.1吨左右,这是完全可能实现的。所以,这将会是全行业要面临的情况。我国要从工业化社会,变成信息化社会,这样才有可能真正实现碳中和。要想经济发展和减少碳排放同时实现,就需要全社会的共同努力。

   我国还需要消费拉动,比如说现在中国的高端化妆品大多数依靠进口,其实化妆品就是我刚才提到的高附加值、低能耗产品。那我国为什么不可以打造我们自己的高端化妆品?现在,我国每年进口的化妆品约有4000亿元,要是再算上那些在国外旅游购买或者代购的,几年以后很快就会达到1万亿元。相比起来,我国每年进口石油也就只有两三万亿元。随着我国加大在化妆品方面的研究力度,会慢慢拥有自己的高端化妆品,拥有一定的话语权,我国就会把这一部分市场慢慢夺回来。

   接着就是产业转型,现在我国的能源,基本都是把煤、油、天然气直接烧掉,燃烧就会产生二氧化碳。不烧不就没有二氧化碳了吗?可就目前的情况来看,不烧就没有能源了。化石能源是推动此前三次工业革命的主要力量,现在我国需要让化石能源逐渐退出,如果不烧,自然就不会有二氧化碳排放。

   那么,能源问题怎么解决?我国提出碳中和目标的一个先决条件,就是我国的光伏发电和风电产业发展很好。在光伏发电和风电发展了十多年后的今天,其发电成本已经大幅下降。现在光电、风电与火电相比,每发一度电的经济成本,已经基本相近。我国的技术已经到了这种程度,并且在这方面是领先的。我国的光电、风电发展非常好,而且现在产量、产值都是世界第一。我国完全可以建设光电风电的发电装置来代替火力发电,也就是不用烧(燃料)了。中国的风力发电占全世界的1/3到1/4。中国出口的光电用硅板,产量占全世界70%。

   另外就是电动车,我国电动车保有量约为500多万辆,也是全世界第一,当然占比还很小。电动车在未来也会成为拉动经济的重要力量。美国就很害怕,6月初美国总统拜登在“汽车城”底特律市发表演讲,说中国在电动车领域超过了美国,无论产量、市场和电池,都比美国做得好。为了赶上中国,拜登公开承诺将会投入1700亿美元补贴美国的电动车产业。

   我国现在是有条件利用新的可再生能源代替火电了,技术问题都解决了,经济问题也接近解决,那么我国的环境当然会更好。以后,我国发展经济就需要考虑技术可行、经济合算、二氧化碳排放量低,这是与今后的发展吻合的。这些都是先决条件,如果没有这些条件,碳中和自然不可能实现,我国正是因为有了这些良好的基础,才有了现在的目标。

   从“化石燃料”到“化石材料”

   《环境与生活》:作为深耕化工行业几十年的专家,您对我国化工行业现状有着准确、全面、清醒、超前的认识。您认为在“双碳”目标提出后,我国的化工领域会受到哪些影响?同时基于您刚刚提到的产业结构转型,您认为化工行业后续的发展方向是什么?

   金涌:回到化工行业的话题,既然我国未来不烧化石燃料了,那用它做什么?首先就是石油,将来我国的汽车绝大多数会被电动车代替。这不会是十分遥远的未来,现在欧盟一些国家已经计划2030年后不再生产汽油车,而是全部变为电动车,那么传统炼油产业肯定要逐渐退出市场。相应的,要把石油做成材料,而不是变成汽油、柴油、煤油。现在,我国的传统炼油技术,80%的石油都变成了汽油、柴油、煤油,20%是石脑油。石脑油裂解再制成烯烃、芳烃。

   我认为,今后这种技术路线将会改变,石油化工企业将会改变结构,不再生产燃料,而是生产材料,比如说橡胶、纤维或其他高端材料、涂料。这种转型就是石油化工的发展方向,现在已经成为全球共识。国外的一些企业已经开始着手布局这种转型,比如欧洲的道达尔公司,就要把石油的利润占比逐渐减少,现在占50%,将来要减少到30%,同时要大量发展新产业,也就是石油材料。这也是我们清华大学化工系目前的主要任务之一,现在我们的实验室在研究把石油制成材料,我们也有相关的研究基础,在十多年前就开展了这方面的研究。

   《环境与生活》:您当时为什么会想到以此作为研究方向?

   金涌:当时的环境问题和能源问题并不像现在这么尖锐,但是我们作为科学研究者,意识到了炼油技术存在的问题。炼油最重要的第一步就是催化裂化,这个步骤决定了汽油、柴油、煤油和石脑油的占比。现在使用的反应器,是催化剂和石油气从下向上走,也就是上行床。我们研究的反应器与之相反,是下行床,也就是从上往下走,我们在10年前就已经做了年产15万吨的实验,证明了下行床可以大幅度提高石脑油的占比。我们在济南炼油厂利用厂区废弃的设备进行改造,完成了实验。通过实验证明,改进的下行床可以把石脑油的占比提高到70%。

有了石脑油,我们就可以生产三烯三苯,也就是乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二甲苯。就可以生产非常多的化工产品,可以说所有的石化产品,原料都是三烯三苯。有了这些,我们就可以生产各种高分子材料。我们不再把石油烧掉,(点击此处阅读下一页)

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