5月31日，甬江实验室科技人文大讲堂首场开讲！公开课第一讲聚焦“双碳”。中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所所长刘中民以《“双碳”目标下的科技与产业革命》为主题，与来自政府、高校、科研机构和企业的上百位观众分享他在“双碳”目标下关于科技创新方向的深度思考。

 

       自2020年“双碳”战略提出以来，降碳减排已成为各界共识。发展新兴技术，在“双碳”产业发展中起着关键作用，利用新技术推动能源转型，成为各界研究的重要课题。 

 

       我国每年排放100多亿吨二氧化碳，80%左右与能源及工业相关……以几组数据出发，刘中民向大家展示了我国的资源禀赋现状、能源结构与二氧化碳排放量。“双碳”目标下，有挑战，也有机遇。

 

       刘中民坦言，我国没有系统化的能源结构，煤讲煤的事、油气讲油气的事、风光讲风光的事，长期缺乏连接不同能源形式的技术。实现双碳目标是一项系统性变革，各种能源不能“单打独斗”，亟需构建新体系，各能源分系统耦合互补，各自发挥所长、规避短板，跨部门、跨行业、跨领域联动，形成合力。

 

 

       现场，刘中民展示了一张“双碳”目标下多能融合科技路径图。这是一张刘中民及其团队关于能源新体系的“思维导图”，通向目标主要有四条路径——

       主线一：化石能源清洁高效利用与耦合替代

       刘中民认为，调整我国石化原料结构，开展煤基化石能源高效清洁转化，以及多种资源系统耦合优化转化来生产大宗化学品，具有诸多优势。这既可以大幅提高资源利用率，还可以通过能源耦合降低能耗，促进石化工业低碳化流程改造和结构升级。

 

       主线二：可再生能源多能互补与规模应用

       化石能源遇上可再生能源，会迸发怎样的火花？

 

       刘中民以煤制烯烃为例，展示两种资源耦合的威力。

 

       从原理上看煤化工过程，不可能规避二氧化碳排放，但是如果与清洁能源、电解水制氢气、氧气结合起来，就可以大幅度减排二氧化碳。如果电解水的氢足够，煤化工造气部分的水就可以少加，水煤气变换部分可以去掉，能耗自然就降低，二氧化碳排放就会降，整体可以减排大概70%。若充足的绿氢和电解水产生的氧足够，合成气变换部分可以省掉，甚至可以将附近的二氧化碳引入造气装置，促进煤化工二氧化碳零排放，甚至负排放。

 

      “所以煤化工是有减排前途的。”刘中民说。

 

 

       主线三：低碳与零碳工业流程再造

       钢铁、水泥行业是“脱碳”老大难。对此，刘中民也在探索新解。

 

       钢铁行业的生产过程中产生的各种尾气里都有氢和一氧化碳，但是大多被用作了燃烧、发电之中，这显然不合适，应当把它制作成新的化学品。比如，大力发展乙醇这一清洁能源。全国钢厂25%剩余尾气约可制1000万吨乙醇，不仅可解决“与民争粮”问题，还能减少钢厂二氧化碳排放量近1000万吨。

 

       那水泥生产过程中碳酸钙分解成氧化钙时释放的二氧化碳又该如何减？“那为什么碳酸钙分解一定要在空气里进行呢？”刘中民抛出问题，并紧接着给出答案——在天然气、甲烷环境下分解，它就成了对其他行业有高价值的一氧化碳和氢。

 

       主线四：低碳化智能化多能融合

       未来的能源系统，应该是低碳化、智能化和分布式能源结合的系统。整个能源体系、热量体系都需要重新考虑融合关系。

 

 

       刘中民以核电厂的热能举例：核电厂通常建在海边通过海水吸收热能做冷却处理。事实上核电厂的热也可以考虑利用？可以尝试把热量沿着海岸线传输到城市供热，现在的研究已经预测可延伸1500公里。

 

 

       在“双碳”发展新形势下，企业、科技、教育等各行各业，都面临着机遇与挑战，如何把握机会，发力点在哪里？各界代表忙不迭向刘院士问计。

 

 

       镇海炼化的代表对刘中民讲到的石脑油蒸汽裂解和甲醇制烯烃的耦合技术路径表现出了十足的兴趣，现场讨教技术细节。

       刘中民的回答同样直击技术核心：“从烯烃和芳烃的原料讲，烯烃要求直链的石脑油，芳烃是环状的，我的建议是要打通它们。”

       高校院所代表则关注了人才培养，请教关于双碳方向人才培养的建议。

     “我国非常需要双碳人才，以本科生培养来讲，例如碳足迹、碳核算，还有标准的建立、非二氧化碳的监测，这些都缺人才。”刘中民说。

一位来自中科院宁波材料所的学生，把话题延伸到了实现碳中和的未来。他表示，从生态圈来说，物质能量是守恒的。从宇宙中来的能量是有很大的开发潜力的，在达到碳中和之后需要源源不断的能量的输入。这些宇宙中的能源是不是我们能源结构中很重要的组成部分？

       刘中民立刻同意了这个观点。“这部分越来越重要，取之于自然的能源，自然就可以循环利用了。只是现在我们用的效率不够高。当然我认为人类既要追求高效率，又要适可而止。总体上，我认为太阳能是极其重要的方向。”

 

 

       观点“减二氧化碳比后面搜集二氧化碳更重要”让他深受启发。

 

       刘中民坦言，利用二氧化碳其实很难，尽管提到了二氧化碳与石脑油耦合技术，但是使用的二氧化碳总量很少。从大系统来看，氢是对冲整个工业高碳体系的载体，它的用处远远超过了作为能源本身的用处。如利用氢冶金炼钢能够实现钢铁行业的减排。煤化工厂和石油化工厂本质上是缺氢。

 

       现场的最后一个问题，让刘中民聚焦了科学对于技术的支撑和引领作用。他坦言，催化技术缺少理论体系的支撑，我们面临的难点是复杂体系的数学描述没有突破，这曾被Science定义为最难的题目之一。“如果我们从基础的原理推导出动力学方程，结合反应器模拟，只要实验证明这个方程是对的，我就敢建工厂。先在计算机上建工厂，在计算机上运行调试，接下来就可以建真的工厂。”这是刘中民为现场所有的科学家们描述的蓝图。

 

     “我们正处于全人类大变革高潮的前期，对我国的‘双碳’目标挑战前所未有，但我相信这轮调整之后，工业、能源结构将会更加合理、更加低碳。这是我们这代人的使命，是我们生而逢时的使命，是大变革赋予我们的大使命。期待在座的所有人都在这过程中做出巨大的贡献。”刘中民以一段深情的寄语结束了两个小时的讲座。