來源：2023年第2期《黨委中心組學(xué)習(xí)》

以二氧化碳為主的溫室氣體大規(guī)模無序排放所導(dǎo)致的全球持續(xù)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》，要實現(xiàn)2℃溫升控制目標(biāo)，全球要在2065—2070年左右實現(xiàn)碳中和，各國積極響應(yīng)，陸續(xù)制定碳中和目標(biāo)。2020年9月，習(xí)近平主席在第75屆聯(lián)合國大會上鄭重宣布，中國二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。這不僅彰顯了我國作為世界大國的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，也是推動我國能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的自身發(fā)展需要，對我國實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，建設(shè)人與自然和諧共生的社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)國具有重要戰(zhàn)略意義。

根據(jù)國際能源署(IEA)發(fā)布的報告，2021年全球與能源相關(guān)的二氧化碳排放量增加6%至363億噸，創(chuàng)歷史新高。2021年，我國二氧化碳排放量為119億噸，占全球總量的33%。需要說明的是，一方面，從主要發(fā)達(dá)國家的發(fā)展歷史來看，一個國家的發(fā)展程度與人均累計碳排放密切相關(guān)，我國人均累計碳排放遠(yuǎn)不及世界平均水平。另一方面，2021年我國GDP總量約114萬億元，二氧化碳排放總量約119億噸，即1萬元GDP排放約1噸二氧化碳，而在20世紀(jì)90年代，1萬元GDP排放約12噸二氧化碳，我國在節(jié)能減排方面取得巨大進(jìn)步。

現(xiàn)階段，中國二氧化碳排放80%來自能源生產(chǎn)和工業(yè)利用，可見實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，需要變革能源生產(chǎn)及利用方式。黨的二十大報告明確指出，“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)供儲銷體系建設(shè)，確保能源安全。”

目前科技界認(rèn)為能源革命和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要方向，一是化石能源清潔高效利用，二是低碳和可再生能源的規(guī)模化應(yīng)用，三是二氧化碳捕集和利用。

一、化石能源清潔高效利用

我國能源具有“富煤、貧油、少氣”等特征。根據(jù)預(yù)測，我國能源消費(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。

(一)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，例如：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)400萬噸煤制油工程成功投產(chǎn)，實現(xiàn)煤炭資源清潔高效轉(zhuǎn)化，拓寬我國油品供給渠道，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405萬噸，全球單套規(guī)模最大煤制油項目建成投產(chǎn)以來首次達(dá)到設(shè)計產(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)的。烯烴的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝高度依賴于石油資源，中科院大連化物所長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)，處于國際領(lǐng)先水平。截至2022年底，DMTO系列技術(shù)已經(jīng)簽訂了31套裝置的技術(shù)實施許可合同(含出口1套)，烯烴產(chǎn)能達(dá)2025萬噸/年，約占全國現(xiàn)有產(chǎn)能的1/3，預(yù)計拉動投資超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)的合成過程會消耗大量水，產(chǎn)生很多廢水和二氧化碳。OXZEO可實現(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)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)上，并得到同行的高度評價和認(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“中國科學(xué)十大進(jìn)展”，并作為重要內(nèi)容之一獲2020年國家自然科學(xué)獎一等獎。

(二)石油化工行業(yè)的發(fā)展趨勢

石油化工是化工產(chǎn)業(yè)鏈上游基礎(chǔ)，為國民經(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)對于全國碳排放總量的貢獻(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)工藝，提高原油制化學(xué)品收率。代表性技術(shù)有埃克森美孚技術(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%。國內(nèi)中國石油、中國石化等大型企業(yè)，以及中科院過程工程研究所、中國石油大學(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)模化應(yīng)用

據(jù)統(tǒng)計，我國2022年能源消費(fèi)總量為54.1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比上年增長2.9%。煤炭消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的56.2%，比上年上升0.3個百分點。石油消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的17.9%，比上年下降0.6個百分點。天然氣、水電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電等清潔能源消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的25.9%，上升0.4個百分點，比2012年提高了約11.4個百分點，我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)加快向清潔低碳轉(zhuǎn)變。根據(jù)預(yù)測，到2060年實現(xiàn)碳中和目標(biāo)時，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)用將是實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵。

(一)非化石能源發(fā)展迅速，“棄水”“棄風(fēng)”“棄光”情況明顯緩解

近年來，我國非化石能源發(fā)展迅速，截至2021年底，全國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13.4%，占總發(fā)電裝機(jī)容量的47%，較上年提高2.3個百分點，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、太陽能發(fā)電裝機(jī)容量3.1億千瓦、核電裝機(jī)容量0.53億千瓦、生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量0.38億千瓦。非化石能源利用水平繼續(xù)提升，2021年中國風(fēng)電、太陽能發(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。

(二)核能是實現(xiàn)碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)不可或缺的低碳能源

核能具有能量密度高、供能穩(wěn)定、碳排放低等優(yōu)勢，對于波動性的太陽能和風(fēng)能發(fā)電來說是良好的穩(wěn)定劑。在全球范圍內(nèi)，核能不僅是實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的重要支柱能源，更被視為能源現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)的工業(yè)技術(shù)集大成者，其對能源清潔低碳轉(zhuǎn)型和科技轉(zhuǎn)型變革具有戰(zhàn)略性帶動作用。2021年9月，《中共中央 國務(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”。據(jù)測算2060年核電的總發(fā)電量達(dá)到2.7萬億度，2021年我國核電發(fā)電裝機(jī)容量約5000萬千瓦，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。我國已經(jīng)探明的鈾資源約27萬噸，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)前我國乏燃料已累積近2萬噸，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4萬元/(噸·年)，乏燃料安全處理處置急需解決。近年來，我國核電技術(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，是全球首個并網(wǎng)發(fā)電的第四代高溫氣冷堆核電項目，核安全性能較高，標(biāo)志著我國成為世界少數(shù)幾個掌握第四代核電技術(shù)的國家之一。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，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，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)行重要的科研項目，瞄準(zhǔn)解決這個問題。

核聚變反應(yīng)是宇宙中的普遍現(xiàn)象，它是恒星(例如太陽)的能量來源。核聚變能也是能源發(fā)展的前沿方向，被視為未來社會的“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“國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃”，它是全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國際科研合作項目之一。ITER裝置是一個能產(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”。中國科學(xué)家積極參與國際熱核聚變實驗堆(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)。2022年2月，歐洲核聚變研發(fā)創(chuàng)新聯(lián)盟、國際熱核聚變實驗堆計劃(ITER)等單位聯(lián)合宣布，實現(xiàn)了受控核聚變能量的新紀(jì)錄，它們在目前世界上最大的聚變反應(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。有測算稱，這相當(dāng)于11兆瓦電力，大約能夠為一個普通家庭提供一天的電力。JET是世界上唯一一個能夠?qū)崿F(xiàn)“氘氚聚變”反應(yīng)的實驗裝置，保持著核聚變最大能量輸出紀(jì)錄。EAST更偏向于磁約束實驗，并不實現(xiàn)核聚變反應(yīng)，這是因為在EAST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實驗的意義主要在于研究如何長時間穩(wěn)定地約束等離子體，以便為我國參與的ITER項目及CFETR提供實驗支持，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。我國自己籌建的中國聚變工程實驗堆(CFETR)，以實現(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。

另一類實現(xiàn)核聚變的方式是激光核聚變。2022年的12月，美國能源部官員宣布，加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室，首次成功在核聚變反應(yīng)中實現(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)的激光能量。實驗向目標(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火，是一個里程碑式的工作，引起了科學(xué)界和社會的廣泛關(guān)注。當(dāng)然，目前激光核聚變具有時間短，發(fā)電效率低等特點，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)電還有很長的路要走。2020年，中科院也立項部署了與美國不同技術(shù)路徑的激光核聚變研究工作。

(三)儲能是可再生能源大規(guī)模融合利用的關(guān)鍵

以風(fēng)電、光伏為代表的可再生能源普遍具有間歇性、波動性、隨機(jī)性的特點，要實現(xiàn)其大規(guī)模融合利用，儲能是關(guān)鍵。根據(jù)預(yù)測，2060年我國儲能規(guī)模將達(dá)到420GW(42000萬千瓦)。根據(jù)統(tǒng)計，2022年我國已投運(yùn)電力儲能項目累計裝機(jī)59.4GW，同比增長37%，其中，抽水蓄能占據(jù)最大比重，累計裝機(jī)達(dá)46.1GW;新型儲能發(fā)展繼續(xù)保持高增長速度，累計裝機(jī)規(guī)模達(dá)到12.7GW。儲能行業(yè)仍有較大發(fā)展空間，比如，國家能源局2021年8月發(fā)布的《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》，到2025年，中國抽水蓄能累計裝機(jī)量要達(dá)到62GW以上，到2030年達(dá)到120GW，這意味著未來8年間有將近2.6倍的成長空間。

儲能技術(shù)主要分為機(jī)械儲能、電磁儲能、電化學(xué)儲能和其他儲能。機(jī)械儲能中的抽水蓄能技術(shù)成熟，是目前儲能市場上應(yīng)用廣、占比高的技術(shù)，但其對地理條件依賴度高;壓縮空氣儲能可以不依賴地理條件，中科院工程熱物理研究所開發(fā)的100MW壓縮空氣儲能技術(shù)，2022年9月在張家口并網(wǎng)運(yùn)行，效率達(dá)到70%，接近抽水儲能效率，已具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的條件。電化學(xué)儲能是通過電池完成的能量儲存、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，是未來儲能技術(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、鈉離子電池和金屬—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)模化量產(chǎn)階段，是目前發(fā)展快、占比較高的電化學(xué)儲能技術(shù)，在電動汽車和新型儲能中占主導(dǎo)作用。

液流電池方面，2022年10月，由中科院大連化學(xué)物理研究所提供技術(shù)支撐的迄今全球功率最大、容量最大的百兆瓦級液流電池儲能調(diào)峰電站正式并網(wǎng)發(fā)電，全釩液流電池一定程度上具備大規(guī)模商業(yè)化的條件，但目前仍存在成本較高、系統(tǒng)效率低等問題。鈣鈦礦電池是電化學(xué)儲能的新方向，具有吸光能力強(qiáng)、低成本和易制備、弱光效率高等優(yōu)勢和特點，但存在穩(wěn)定性較差和大面積應(yīng)用時的效率損失兩個短板，是當(dāng)前研究的熱點之一。

當(dāng)前我國儲能技術(shù)發(fā)展仍然面臨一些問題和挑戰(zhàn)。一方面，我國在儲能領(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)計軟件、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與理念方面缺少話語權(quán)。另一方面，大規(guī)模儲能技術(shù)推廣，受電力系統(tǒng)市場機(jī)制不完善等方面限制，存在儲能市場主體地位不明晰、市場機(jī)制不完善導(dǎo)致儲能價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爭性電力市場運(yùn)行機(jī)制，很難合理核定各類電力輔助服務(wù)的價格，從而造成儲能的價值和收益難以對接。近年來這些方面都已經(jīng)有所進(jìn)步和改善，但問題依然突出。新型儲能大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵仍是技術(shù)和成本。技術(shù)方面，面臨的難點是針對不同應(yīng)用場景如何滿足電網(wǎng)高安全性、大規(guī)模、長壽命、低成本、高效率等需求，關(guān)鍵材料、制造工藝和能量轉(zhuǎn)化效率也是行業(yè)需要面對的挑戰(zhàn)。成本過高是儲能電站面臨的普遍問題，降低成本主要依賴技術(shù)創(chuàng)新、規(guī)模化生產(chǎn)以及穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)鏈體系。

(四)氫能與電化學(xué)儲能具有高度互補(bǔ)性

氫能受到各方高度關(guān)注，2022年初國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》，首次明確了氫的能源屬性。氫能是一種來源豐富、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。氫儲能在能量密度、儲能時長上具有較大優(yōu)勢，在能量轉(zhuǎn)換效率、響應(yīng)速度等方面相對較差，可以與電化學(xué)儲能形成互補(bǔ)。近年來，我國氫氣產(chǎn)量保持連續(xù)增長，已成為世界第一產(chǎn)氫大國，2021年產(chǎn)量達(dá)3300萬噸。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)中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院不完全統(tǒng)計，目前我國煤制氫占比約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產(chǎn)生二氧化碳，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，很容易泄漏，對儲能容器要求高，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的安全隱患。現(xiàn)階段，我國氫氣儲運(yùn)主要以高壓氣態(tài)長管拖車運(yùn)輸為主，常用的高壓氣態(tài)長管拖車氫氣儲存壓力為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)儲運(yùn)、固態(tài)儲運(yùn)均處于小規(guī)模試驗階段，目前氫氣管道里程約400千米，在用管道僅100千米左右。預(yù)計到2025年，液態(tài)儲運(yùn)和管道儲運(yùn)的方式將有初步發(fā)展，到2035年，高壓氣氫儲運(yùn)、液體儲運(yùn)和管道儲運(yùn)等多種氫氣儲運(yùn)形式將實現(xiàn)并存。

氨既能當(dāng)儲氫介質(zhì)，又能做零碳燃料。氨是天然的儲氫介質(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。可再生能源生產(chǎn)氫，再將氫轉(zhuǎn)換為氨，運(yùn)輸?shù)侥康牡兀蛟S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”，日韓等國在充分燃燒的研發(fā)方面遙遙領(lǐng)先，有氨動力船研究項目。

三、二氧化碳捕集和利用

根據(jù)測算，到2060年實現(xiàn)碳中和時，仍有一定數(shù)量的二氧化碳總排放量，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)是指將二氧化碳從工業(yè)或相關(guān)排放源中分離出來，輸送到封存地點，并長期與大氣隔絕的過程。根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)的估計，到2050年，CCS要想對緩解氣候變化產(chǎn)生顯著影響，至少需要有6,000個項目。每個項目每年在地下存儲100萬噸二氧化碳，而全世界只有三個如此規(guī)模的項目。可以說，如果CCS在未來20年不能進(jìn)化為主流技術(shù)，情況將不容樂觀。CCS技術(shù)無法迅速得到推廣的主要原因是其高昂的成本，根據(jù)測算，以當(dāng)前技術(shù)封存1噸二氧化碳需要200—300美元，就是說1噸煤燃燒排放2噸二氧化碳，至少需要400美元進(jìn)行二氧化碳封存處理，將來如果技術(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)對全球氣候變化的關(guān)鍵技術(shù)之一，受到世界各國的高度重視，紛紛加大研發(fā)力度，并取得一些研究成果。2021年9月，中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所從二氧化碳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，以二氧化碳、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二氧化碳生產(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。天津工業(yè)生物技術(shù)研究所從頭設(shè)計出11步主反應(yīng)的非自然二氧化碳固定與人工合成淀粉新途徑，在實驗室中首次實現(xiàn)從二氧化碳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)計自然、超越自然目標(biāo)的實現(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驗室階段，離實際應(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)院在國際期刊《自然·催化》發(fā)表研究成果，電催化結(jié)合生物合成的方式，能將二氧化碳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)展了一條由水和二氧化碳到含能化學(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)媒體報道，中國農(nóng)科院與首鋼朗澤新能源公司合作，全球首次實現(xiàn)從一氧化碳到飼料蛋白質(zhì)的一步合成，并已形成萬噸級工業(yè)產(chǎn)能。該項研究以含一氧化碳、二氧化碳的工業(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)動植物資源生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼料蛋白質(zhì)的新途徑。

2022年2月，美國西北大學(xué)和郎澤科技公司研究人員在《自然》發(fā)表論文稱，他們在一項新的試點研究中，將一種梭菌進(jìn)行遺傳工程改造，用于合成此前它們無法產(chǎn)生的化合物，這種選擇、設(shè)計和優(yōu)化細(xì)菌菌株的過程，成功地證明了其將二氧化碳轉(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。

“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。科技創(chuàng)新，特別是能源的科技創(chuàng)新，是同時實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和碳達(dá)峰、碳中和的關(guān)鍵。社會各界應(yīng)共同努力、攜手并進(jìn)，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)作出更大貢獻(xiàn)。

(作者為中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院原院長)