788｜金红光：能源的低碳变革｜中国科学院工程热物理研究所｜格致SELF

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金红光：能源的低碳变革

格致论道第99期 | 2023年7月29日 北京

双碳不是某一个行业、某一个装备的事情，它牵扯到各行各业以及我们每一个人

实现“双碳”目标，亟需推动能源低碳转型，根本改变一些行业简单粗放的发展方式

未来碳捕集需要的是新技术，而不是穿新鞋走老路，一定需要变革性的技术。

金红光,中国科学院院士，中国科学院工程热物理研究所研究员，所学术委员会主任，中国工程热物理学会理事长。长期从事工程热物理和能源动力系统研究，建立了燃料化学能能质能势理论，发现了燃烧中二氧化碳定向迁移的新现象，发明了捕集二氧化碳的化学链燃烧动力系统，提出并应用了燃料化学能和热能综合梯级利用和多能互补方法。获得国家自然科学二等奖，何梁何利科学与技术进步奖等。

大家好！我是金红光，很高兴来到格致论道讲坛，和大家分享我对双碳目标中关于能源低碳转化的一些思考。

我国在国际上做出了双碳目标的承诺。在这个背景下，能源领域也提出了要能源革命。二十大报告中我们宣布要构建新型能源体系。

我个人认为，我们国家对双碳目标很明确，但是在双碳未来如何发展这个问题上还未达成共识。对于双碳的重要性、必要性谈得比较多，但是对于双碳目标的艰巨性和复杂性，大家的认识还不够充分。

首先，双碳不是某一个行业、某一个装备的事情，它牵扯到社会的各行各业以及我们在座的每一个人，它是非常复杂的。

第二，在国家发展层面上，我国的产业结构、能源结构和西方国家，甚至国际上任何一个国家都是不一样的。我国GDP（国内生产总值）的构成中工业占比较高，我国的能源当中高碳能源较多，我们的经济发展目前还处于从大国走向强国的阶段。所以，不能简单地说某一个西方国家怎么做，我们就怎么做，我们要结合自身国情去考虑未来的发展。

在可持续发展的前景下，特别是在双碳和绿色能源发展的前景下，我们需要考虑我国的经济和能源安全是什么样的。有人说，低碳、绿色能源和经济与安全构成了一个“不可能三角”。到底是不可能还是可能，希望我后面的一些对科技的思考可以回答这个问题。

第三，在低碳发展的路径当中，我们需要明确未来的新型战略产业是什么，主体能源是什么，主战场在哪里。抓住了这些，我们才能够大幅度地做好碳减排工作。我们必须清楚要如何转变过去的发展模式，如何改变能源利用的方式以及如何发展变革性的技术。双碳是一个新的领域、新的方向，企业也好，科技界也好，都应该对与它相关的关键技术突破给予足够的重视。

为什么这么说呢？有一些新的突破可以实现某些功能，但是我们在工程上只考虑了工程的应用，在科技层面只考虑科技的革新，这样的话我们就难以突破关键技术。

我谈一下我国目前能源和碳减排领域的一些现状和问题。

第一步，我们用了几十年提高能效，把发电效率从百分之三十几提高到了百分之四十几。第二步，我们遇到了新的问题，脱硫、脱硝和粉尘的问题，这些问题属于环境污染。这两个问题还没有解决好，第三个问题又来了，就是碳的问题。我把这几个问题称作“能效”“清洁”还有“低碳”。

现在的能源发展模式，实际上是遇到一个问题就解决一个问题，我们走的是一个链式发展模式。这种链式发展模式给我们未来的可持续发展带来了挑战。它向我们提出了一个问题：能源、经济、安全能不能协调发展？

我的答案是，只有把能效的问题、清洁的问题和低碳的问题“三位一体”去解决，才能够满足图中右边的三角关系。这是一个重要的命题。

我们再来看能源的利用方式是什么样的呢？

一般能源的转化部分都是单一输入、单一输出，高品位能源用于低品位。比如说，我们现在正在享受的冷气。冷的品位并不高，但是我们用了电这种高品位能源。这种简单粗放的利用方式造成我们的能源利用的“三高问题”：高能耗、高污染、高碳排放。

那么，我们能源领域要如何解决这些问题呢？

中国科学院的双碳计划

为了实现双碳目标，各行各业都有自己的规划，我们中国科学院也有一个支持碳达峰碳中和的行动计划。

这个行动计划包括了3个部分、8大行动和18项重点任务。这个计划的主要抓手还是科技支撑，我们要突破高能耗行业的关键技术。这是我们的任务清单，我就不一一说明了。

为了完成这个行动计划，中国科学院规划了多个先导项目。目前，我们已经启动了“煤炭清洁燃烧与低碳利用”的先导项目。每一个先导项目都是10亿级，还有很多我们正在酝酿的先导项目。

这些先导项目有几个方面。第一，储能方面；第二，氢能方面；第三，可再生能源方面；还有一个工业的低碳方面。这些在不久的将来都会启动。

简单地总结一下，我们国家在双碳方面需要做的事有很多，有一些亟需解决的关键问题和亟需突破的关键领域，包括化石燃料的低碳转化、可再生能源、氢能、储能，还有碳捕集利用与封存（CCUS）方面。

追求能源的梯级利用

那么，我们目前能源利用问题的根源是什么？最大潜力在哪里？这些都是突破口，也是我们未来的发展方向。

能源转化实际上是一门技术科学。技术科学这个概念在很早的时候钱学森先生就提过。他认为工程技术和科学技术中间有一个桥梁，要搭建的这个桥梁就是技术科学。

如果科学界只是从理论到理论，如果工程界只解决工程问题，那就会存在这个鸿沟，不解决这个鸿沟就难以突破我们的关键技术。

在能源利用方面，创建我们工程热物理学会和中国科学院工程热物理研究所的吴仲华先生，他在20世纪80年代在中央党校向中央书记处讲解，为了让大家能够理解能源的利用，提出了“温度对口、梯级利用”的用能理念。

那么，什么是“温度对口、梯级利用”呢？就是说能源利用不仅要考虑能源的量，还要考虑能源的质。什么是能质？比如说同样的热量在不同温度下，高温的、中温的、低温的，作功能力是不一样的，我们把这个叫作品位不一样。作功能力不一样这件事，非常重要。从科学的层面，我们就可以从这个角度去看各种能源转化到底转化得好不好。

从80年代到现在，在国家文件里面都能够看到“能源的梯级利用”，后面我也会从梯级利用的继承和发展上去阐述我们的方向和关键技术。

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